用「時光錐」來理解時間,你會看到不一樣的過去、現在和未來

2020-12-05 小彭來給您解惑

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。

相關焦點

  • 用光錐的模型來理解時空
    用光錐的模型來解釋時空,非常形象,光錐的定義,時空中的面,在上面標出光通過一給定事件的可能方向。類似地,從一個事件出發的光在四維的空間-時間裡形成了一個三維的圓錐,這個圓錐稱為事件的過去光錐。它的宇宙學意義就是當我們遙望夜空的時候,我們並沒有看到目前狀態的宇宙,天空所顯示的圖像不同於一幅瞬時拍攝的快照因為光從遙遠的地方到達我們這裡要花一定的時間,我們在天空中所見到的任何一個天體都是它在發光瞬間的像。望遠鏡好比是「望時鏡」。
  • 「時間」只是大腦的幻覺——不存在過去、現在和未來,如何理解?
    本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽在這張血月的延時影像中,我們在一張影像中看到了月亮的所有三個時態:過去、現在和未來。「時間」是最常用的名詞。時間這個詞本身就有多種用途:我們可以消磨時間,節省時間,花掉時間。
  • 物理學是如何解釋過去、現在、未來,以及命運的?
    我們怎樣理解量子力學不遵行因果關係》我們平常描述一個物體的位置,一般是指它的空間位置,那是我們用三維空間的思維來看待它,實際上對我們的眼睛來說,我們在思維上已經用了高一維來看它。我們用眼睛看到的物體實際是二維平面的物體表面反光,對於人眼來說,我們看不到物體背面的樣子。
  • 將來光錐和過去光錐的穿越的通道?
    將來光錐和過去光錐的穿越的通道?早在1930年代,愛因斯坦在研究引力方程的時候就提出了一個設想,宇宙中可能存在連接兩個時空的通道,這時候以色列裔的美國物理學家羅森一同與愛因斯坦對這個問題進行了研究,並且給出了假設方程,這就是愛因斯坦羅森橋。
  • 過去、現在和未來
    如果還有人在金星和火星上與我們一樣觀日出,由於金星和火星距太陽分別約1.1億和2.3億千米。太陽光到達金星需6分鐘,到達火星約12.7分鐘。當地球人說「太陽現在出來了」時的「現在」,對金星上的觀測者來說已是「過去」,而對火星上的觀測者來說則還是「未來」。
  • 過去現在和未來都是共存的,意味著我們能回到過去也能前往未來?
    愛因斯坦試圖用相對論解釋時間的原理,在他眼裡,時間是一種維度,就跟空間的三個維度一樣,因此他認為,世上並沒有單一的「現在」。空間沒有單一的「這裡」,時間也是一樣。比如這裡是北京,但世上還有上海,紐約,倫敦等地,只是我們看不到這些地方,但是它們的確存在。同理,所有的時間點都是並存的,所有的時間點都跟空間的三個維度並存。
  • 假如時光能夠倒流,你想回到過去嗎?不,我不想!
    如果有人問你,世界上最珍貴的資源是什麼?你會怎麼回答?黃金?石油?鑽石?不,世界上最珍貴的資源是——時間。時間是最稀有的,即使你家財萬貫,也不能多買到一分時間;時間是最公平的,不論貧窮富有,所擁有的時間都是一樣的;時間是最獨特的,因為過去的每一分鐘都是不可逆的,無法重來。
  • 給你五分鐘時間回到過去 你會做些什麼?看到友軍評論,心疼
    記得小的時候,我們看多啦a夢的動畫,經常看到他從他的魔法口袋裡掏出各種各樣的工具,與大雄和他們的夥伴們做很多有意思,快樂的事情。其中最令小編嚮往的就是時光機器了,穿梭於時空之間是人類從古至今的幻想與願望,可現在以人類已知的科技,甚至未來百年內也未必能發明出來時光機器。
  • 相對論破壞了「同時性」,也順便粉碎了過去、現在和未來?
    前面幾期我們重點談了相對論對「同時性」的破壞,也解釋了破壞「同時性」並不違背因果律。這一節我會給大家講解:「同時性」被破壞後,過去、現在、未來這三個概念會進行一次毀三觀的刷新。此話怎講?且聽我慢慢說。什麼是時間?
  • 時間到底存不存在?過去和未來到底存不存在?
    3小時從哪來的,從手機上的鐘表計時而來。如果是古人呢,他們沒有精確的鐘表計時,他們用什麼來量化時間?常常用「一炷香」,當成時間的測量單位。一炷香的燃燒和一個人的衰老,難道不是一樣的麼?再後來,人們發明了機械時鐘,時間漸漸被量化的越來越精確。你發沒發現,時間其實是個度量單位。像不像長度,重量,角度?這些度量單位的發展歷史和時間一樣。
  • 相對論不支持穿越到過去,為什麼霍金《時間簡史》卻可以?
    時光倒流、回到過去總是能提起大家的興趣,歸結起來不過是大家對過去有著太多美好的回憶,或者抱著發財的目的,帶一本現代彩票中獎號碼名錄回去,照著買它一通!而愛因斯坦的狹義相對論對時間的描述卻只說了一半,而霍金的《時間簡史》又列舉了好多關於回到過去的可能性,到底能實現不,如果可以,種花家就打算帶著彩票號碼回到過去了,哪怕是回到一天前也是極好的!
  • 淨空法師:過去、現在、未來,同時存在
    要用現代的話來說,不相應行法就是大家一種抽象的概念,不是事實。現在人由於科技發達,逐漸逐漸我們對於事情的看法,跟從前人不一樣。從前人你要說時間是假的,很難理解,現在我們說時間是假的,大家比較容易懂得,為什麼?有時差。我們現在此地八點鐘,澳洲現在加兩個,他們十點鐘,現在曉得各個地方有時差,時間是假的不是真的。空間方位,這四方也是假的也不是真的,看你在哪一個點上說話,你這個點移動,你的方位全部都移動。
  • 過去,現在與未來
    這樣的一條線,也許壯闊,也許扭曲,但就是這樣的一條線生成了我們的現在,而我們的現在則進一步生成著我們可以用手去觸碰的,下一個時間單位的未來。在歷史的探索中,每個國家,每個民族都存在著失誤,甚至是荒謬,但如果我們打開來看,這些組成失誤與荒謬的點,就是當時人所身處的一個又一個的現在。
  • 當下可以改變過去、現在和未來
    威力之點在當下」來改變你的過去、現在和未來?你在心靈的空間創造出岔路,因為時間不是一條線,它在每一個點都可以有岔路,而且在每一個點都可以長出新的「芽」。如果我用樹枝來比喻,大部分的樹在某個地方切斷,它會從枝幹的某一點再發出新芽。樹不是只有在最尖端會發出新芽,樹在它的過去也會發出新芽。
  • 人活一世,草木一秋,面對過去、現在和未來,人生應有三種姿態
    過去有很多精彩的瞬間,也有惡魔般的一天。過去能支撐未來,卻代替不了明天。明天或許更好,人生更加精彩。忘掉不開心,記住精彩的。人活一世,不過草木一秋,在面對過去、現在和未來,人生應有三種姿態過去,釋懷無論你過去過得好不好,都不重要,因為那些事情已經過去了。
  • 關於:過去,現在和未來
    這一篇想寫一點思考和感悟:我們的人生不要做拉磨的驢.過去的經歷總是有讓人值得回味的.酸甜苦辣讓我們的生活有了五顏六色.未來可期,總有目標和期望,而現在當下,卻總被我們忽略.拋開物理學來說,時間是不存在的,時間只是一種運動,我們眼裡的時間是那個牆上的鐘表而已,過去和未來都一樣是虛空不可觸摸,只有當下現在的每一秒鐘才是能感受的到.
  • 時間只是一種幻覺嗎?過去、現在和未來是同時存在的嗎?
    開始想像,如果過去、現在和未來同時存在會是什麼樣的呢?你如何區分過去、現在和未來?時間順序是真實存在的嗎?時間只會往前走嗎?它會往其他方向走嗎?停止想像。放棄你的所有假設,然後試著保持鎮定。這個令人抓狂的思維實驗只會花費你幾分鐘……無論它意味著什麼。
  • 時間與意識 | 真的存在過去、現在、未來嗎
    原標題:時間與意識 | 真的存在過去、現在、未來嗎 真的存在過去、現在、未來嗎 現在的時間和過去的時間/也許都存在於我們日常用「過去」、「現在」和「將來」描述的時間,在邏輯上是不可能存在的: 如果沒有東西逝去,則不會有過去的時間;如果沒有東西到來,則不會有將來的時間;如果沒有東西存在,則不會有現在的時間。
  • 奧克蘭火山錐帶你感受不一樣的國家文化!
    在過去的14萬年裡,這裡已經產生了約53個火山錐。每個火山錐都是獨立的,意思是它是由單個氣泡巖漿從地球深處湧上來的。這意味著爆發會發生在錐體周圍區域某個地殼薄的地方。登上大城市中心的綠火山錐去窺探火山口和古毛利人的土方建築。朝著海港、島嶼和遠處望過去。無論你身處奧克蘭的什麼地方,不遠處一定會有一個綠色的火山錐。
  • 過去 現在 未來根本不存在
    幸福頻率空間過去心不可得 現在心不可得 未來心不可得 什麼叫過去 現在 未來根本不存在呢?只是走過去的一個過程而已 時間和空間是一個假象 在三維空間有開始有結束 到了四維時間就是變量 不存在開始和結束 如 一條線的兩端是a點和b點 一隻螞蟻從a點爬到b點 在這個一維的線上,它是需要時間的 可是到了二維空間 我們就可以把A B對摺到一起 這個螞蟻瞬間就從a來到了b 這就是所謂的空間摺疊 也就是說低維空間的摺疊是發生在比它高一維的空間裡的。