上一期我談到了時間如果倒流產生的因果矛盾如何解決,不知道大家發現沒有,我們通常認為很熟悉的事物,當我們仔細深入去想會發現並不熟悉。我們每個人都對時間很熟悉,但是我問你什麼時間,你卻很難回答這個問題。其實我們的世界這些看起來熟悉但是很陌生的概念還有很多,比如我們今天要談的過去、現在和未來就屬於這種「最熟悉的陌生概念」。
什麼是過去、現在和未來?這個話題很值得人類思考,直覺理解的過去應該是一種已經發生且不可改變的事物,這個事物存在於我們的記憶中,我們可以反覆回憶或者用文字、圖片、視頻的形式將過去進行一定程度的「重現」來回味,我們也可以從過去總結經驗吸取教訓來指導我們的未來。
「現在」是什麼呢?直覺理解應該是當前我們正在發生的一切事情,比如現在我正在寫文章,你現在正在看手機,他現在正在看電視,所有的一切正在發生的事情合在一起就構成了「現在」。
「將來」是什麼呢?直覺理解應該是一種「預判」,一種可以過去和現在積累的經驗來「預言」的事物,並且隨著時間的推移將來會慢慢變成現在,然後變成過去,所以有一句話:將來永遠不會到來,因為當將來到來時就已經是現在了。
但是以上描述都是一種直覺經驗的定性描述,而物理學對定性研究的事物並不感興趣,物理學喜歡定量描述事物,比如一個物體速度很快,這樣的表達方式物理學不喜歡,但是你說一個物體速度是20m/s,物理學會給你雙手「點讚」。
所以我們能否從定性的角度來定義過去、現在和將來呢?當然是可以的,這裡我就要再次提到三個概念:類時間隔、類光間隔和類空間隔。這三個概念其實之前的文章我提到過,但是並未詳細做深入的講解,我們還是首先來回顧下這三個概念到底是什麼。
首先這三個概念是用來描述兩個事物是否具有因果關係的,比如「A開槍」然後「B死了」,從時間順序來看是A先B後,但是僅僅用時間順序是不足以說明兩者間必然有因果關係的。因為很可能A和B空間距離很遠,A開槍後子彈還沒到B,B就先死了,所以說這種情況雖然仍然是A先B後,但是A和B沒有因果關係。
這裡有個關鍵點要注意,根據狹義相對論,A和B要產生因果關係,產生關係的過程也是需要時間的,也就是說因果關係的建立也是有「時間成本」,不可能瞬時完成(這個觀點和量子力學的糾纏態和疊加態相矛盾,至今無人能統一)。既然A要對B產生作用必然要花費時間,那麼如果A和B很遠,那麼要對B施加影響就變得越來越困難,舉個極端例子當A和B距離10光年,相當於A就算以光速去對B施加影響也得花10年時間。(注意光年是距離單位,不是時間單位,1光年=光1年所走的距離)
有了以上的基礎知識我們就可以談「類時間隔」、「類光間隔」和了「類空間隔」。我們首先假設A和B相距為△X,A對B產生作用的時間為△T,由於光速是恆定不變固定為C。
所以當C*△T>△X,也就是光按照△T的時間所走的距離已經超過了「A和B的距離」,那麼這種就屬於「類時間隔」。
當C*△T=△X,也就是光按照△T的時間所走的距離恰好等於「A和B的距離」,這種屬於「類光間隔」。
當C*△T<△X,也就是光按照△T的時間所走的距離恰好大於「A和B的距離」,這種屬於「類空間隔」。
根據這三個定義我們可以看出,當A和B處於「類時間隔」或者「類光間隔」時,A和B才有可能產生英國關係。如果處於「類空間隔」,那麼即使A以光速去影響B,在△T時間內影響也還沒傳達到B,所以A和B不可能有因果關係。
請確保你理解了這三個「間隔」,那麼我接著往下說,這個間隔是如何描述過去、現在和未來呢?可以用函數圖來表示,圖像的橫坐標是空間間隔△X,圖像的縱坐標是△T,如果C*△T=△X,那麼△T=△X/C,這個式子中C是常數,△X是自變量,△T是函數值,那麼這個函數圖像其實就是如下圖所示。
我們仔細觀察就會發現,區域1+區域2+區域3+區域4合起來的部位,其實就是「類時間隔」,因為這四個部位的C*△T>△X,兩條交叉的線上恰好就是「類光間隔」,因為線上都是C*△T=△X,其餘部位都是「類空間隔」,因為其餘部分C*△T<△X。
圖像非常直觀的展示了三個「間隔」的詳細定義,那麼我們可以清晰的看到圖像上的過去、現在和將來。過去就是黃色的部位,現在就是兩條斜線的交叉點,將來就是藍色部位。這裡要注意由於縱坐標是時間,所以縱坐標的值是永遠在增加,而橫坐標則可增可減,因為橫坐標是空間,空間來回移動是允許的。
所以通過剛才的分析我們可以看出,其實每一個人都有一個上面的「時空圓錐」,且每個人的「時空圓錐」都是不一樣的,除非這兩個人在空間上無限重合到一起,那麼這兩個人的「時空圓錐」也重合了。
同時大家要注意,圖像上區域1、2、3、4除了這四個區域,還有其他區域的,這些區域就和我們沒有任何關係,也就是說當前這些區域無法與我們建立任何因果關係,我們無法影響到這些區域,這些區域也無法影響到我們,我們可以把這些區域叫:無關區。
但是請注意,由於每個人(不僅僅是人,每一個事物)都具有一個自己的「時光圓錐」。這裡我們假設有兩個人對應了兩個「圓錐」,如下圖所示。當前看來兩個人的「時光圓錐」都處於彼此的「無關區」。但是請注意,由於時間是一直在走,也就是說我們的「時光圓錐」會一直向上延伸,由於彼此的都是用斜線畫出來的圓錐,只要將斜線無限向上延長,那麼在未來的某個時刻,彼此都會走進對方的「時光圓錐」,所以當前沒有因果關係不代表將來沒有,其實只要時間足夠長,任何事物都可以建立因果關係,只不過如果先把時間定死,那麼在這個有限的時間內要產生因果關係就有一定難度,尤其是兩者空間距離非常遠的情況下,就必須要很久才能建立因果關係。
從以上分析可以看出,我們所認知的過去、現在和未來,其實是可以通過物理語言來定量描述的,一旦一個事物可以定量來表達,那麼研究這個事物就可能開闢出一個新的研究領域。我是百家號《小彭來給您解惑》大家如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。