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如何理解时间和空间是统一的?


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悟空问答,有问有答,且听大狮来答题。

提到时间与空间,我们大多数人的理解,时间是沿着直线运动的,而空间是一个三维立体的概念。但是我们的这些理解其实都是对时间和空间的误解,真实的时间和空间其实是相互联系在一起的,而且时间也并非一成不变,它是一个相对的概念,换句话说,时间是可以被改变的。那么,要理解这一切,咱们还得先从牛顿的万有引力说起。

根据牛顿的万有引力定律,物体与物体之间是存在着相互作用的引力的,而物体与物体之间引力的大小是与物质本身的质量和距离有关的,质量越大、距离越近的两个物质,它们之间的引力也就越大,反之则越小。

诚然,这是一个非常重要的科学发现,但是对于引力是如何产生的,又是如何发生作用的,牛顿并没有找到答案,他只不过是发现了这样一个现象和规律。

虽然牛顿没有找到答案,但是后来却被爱因斯坦解开了谜题。

爱因斯坦的广义相对论对于物质之间引力的产生给出了精辟而合理的解释。

按照爱因斯坦的广义相对论,引力的产生是由于时空弯曲造成的。这里所说的时空是指时间和空间,也就是说,所谓的时空弯曲实则是时间和空间共同弯曲。

说到这,相信很多人意识到这里所说的时间和空间似乎和我们日常理解的不太一样。按咱们普通人的理解,时间就像是一条直线,从一端走到另一端,而空间也仅仅是一个三维的概念。但是按照爱因斯坦的广义相对论,时空是平直的,任何有质量的物质都会造成时空平面的凹陷,而凹陷所形成的弯曲就会影响弯曲范围内的物质。这些弯曲范围内的物质会因此而代表其运行轨迹和时间的快慢。

说到这,相信很多人对于改变运行轨迹这点比较容易理解。就好比用一个四周被撑起来的大床单,如果你在床单里放一个重物,它自然会把本来平直的床单压得变形。如果在这个时候再向床单中投掷一个质量不那么大的东西,你会发现,这个东西的运动轨迹会不断地向刚才那个重物靠近,这个过程其实就跟爱因斯坦的广义相对论描绘的场景差不多。

如果说空间扭曲产生引力这事儿比较好理解的话,那么时间的快慢又是怎么改变的呢?

其实,关于时空扭曲会改变其影响范围内的物质的运动轨迹这事儿,也包括光。也就是说,在空间被扭曲的同时,光的运行轨迹也会发生改变,它会在经过被扭曲的空间范围时产生一个弧度。而弧度内侧的行进距离相对于外侧来说就会短一些。而我们都知道,光的传播速度是恒定的,所以根据“距离=光速*时间”这个公式,我们就可以推导出,弧度内侧的时间必须慢于弧度外侧的时间,上述的等式才能成立。这也就是说越靠近引力场的时间会越慢。

其实这一点,在《星际穿越》这部电影中也有涉及。其中有一个画面就是当库珀他们的飞船登录了靠近黑洞的星球后,时间突然变慢了,他们在这个星球上度过1个小时就相当于地球上的7年,结果当他们再与同事汇合的时候,他们的同事已经老去了几十岁。这就是因为黑洞的超大质量造成了时空的扭曲,从而使得越靠近黑洞的星球,其星球上的时间就会越慢的道理。

所以,从这个角度讲,时间和空间确实是一个统一的概念。

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