从物理学看

李学潜

目录

  • 1 导论
    • 1.1 霍金其人
    • 1.2 霍金的主要贡献
    • 1.3 《时间简史》简介
    • 1.4 纪录片《时间简史》节选
  • 2 我们的宇宙图像
    • 2.1 万物理论与宇宙创生
    • 2.2 人类宇宙观的发展
    • 2.3 大爆炸理论
    • 2.4 霍金的物理理论观
    • 2.5 量子引力理论
  • 3 空间和时间
    • 3.1 亚里士多德与牛顿之争
    • 3.2 时间的秘密
    • 3.3 爱因斯坦火车
    • 3.4 光锥
    • 3.5 时空弯曲
    • 3.6 时间变慢
    • 3.7 时空观念的变迁
  • 4 膨胀的宇宙
    • 4.1 多普勒红移与宇宙膨胀
    • 4.2 宇宙是如何膨胀的?
    • 4.3 宇宙始于奇点?
  • 5 不确定性原理
    • 5.1 不确定性原理的提出
    • 5.2 关于量子力学的讨论
    • 5.3 纪录片《量子力学揭秘》节选
  • 6 基本粒子和自然的力
    • 6.1 基本粒子
    • 6.2 自然的力
  • 7 黑洞
    • 7.1 黑洞是如何形成的?
    • 7.2 落入黑洞将怎么样?
    • 7.3 黑洞中的奇点
    • 7.4 黑洞如何被发现?
  • 8 黑洞不是这么黑的
    • 8.1 熵与黑洞
    • 8.2 黑洞辐射
  • 9 宇宙的起源和命运
    • 9.1 宇宙的诞生
    • 9.2 有序世界的诞生
    • 9.3 人存原理
    • 9.4 暴胀理论
  • 10 时间箭头
    • 10.1 三种时间箭头
    • 10.2 关于时间箭头的猜想
  • 11 虫洞和时间旅行
    • 11.1 虫洞
    • 11.2 时间旅行
  • 12 物理学的统一
    • 12.1 大统一理论
    • 12.2 结论
亚里士多德与牛顿之争
  • 1 视频
  • 2 章节测验



爱因斯坦相对论中的时空观



在牛顿的经典力学时代,人们认为时间和空间都是绝对的,不会因为所处参照系的不同而不同。但是爱因斯坦的狭义相对论的发表,打破了这个观点,关键点也就是相对论的基础就是人们发现光速是恒定的,不论你以何种状态测量真空光速,得到的数值都不变。爱因斯坦根据这个理论设计了个实验,得出了著名的时间方程,根据这个方程可以得出,不同参照系的时间是不一样的,速度越快,时间越慢,也就是时间膨胀理论。

时间膨胀是相对论效应的一个特别引人注意的例证,它是首先在宇宙射线中观测到的。我们注意到,在相对论中,空间和时间的尺度随着观察者速度的改变而改变。例如,假定我们测量正向着我们运动的一只时钟所表明的时间,我们就会发现它要比另一只同我们相对静止的正常走时的时钟走得慢些。另一方面,假定我们也以这只运动时钟的速度和它一同运动,它的走时又回到十分正常。我们不会见到普通时钟以光速向我们飞来,但是放射性衰变就像时钟,这是因为放射性物质包含着一个完全确定的时间标尺,也就是它的半衰期。当我们对向我们飞来的宇宙射线M作测量时,发现它的半衰期要比在实验室中测出的22微秒长很多。在这个意义上,从我们观察者的观点来看,M内部的时钟确实是走得慢些。时间进程拉长了,就是说时间膨胀了。时间膨胀理论表明,运动时,钟的速率将变慢。

也就是说如果你坐飞机,那你的时间就比在地面的人过的慢,当然因为这个速度相对于光速来说实在太小,因此时间的差别也小的忽略不计。当我们的速度快到一定程度,相对光速不能忽略了,这种差别就会变得明显了。当然无论你是多大的速度,你自己是感觉不到时间变慢的。比如,当你坐飞船离开地球,你的速度恰好使时间系数等于2,那么一年后当你回到地球时,你就会发现,地球上已经是两年后了。

  而爱因斯坦相对论中的“时空观”是怎么表述的呢?

  分两类来说:

  一、狭义相对论的时空观,跟运动有关,是一种观测效应,最关键的是具有相对性。最著名的是双生子佯谬。

        二、广义相对论的时空观,认为一维时间、三维空间,构成时空四维体。因为重力作用,时空弯曲着的。重力越大,时空弯曲程度越大;重力越小,时空弯曲程度越小。