當你在時空中移動,無意中穿過了時空連續體?那麼何為時空連續體

2020-12-03 天文在線

什麼是時空連續體?

不久前,一位聽眾的來信中提到這個問題:「您能簡單描述一下時空連續體嗎?」

這可是個大問題,不過我會盡己所能。你可能知道,我們所處的是一個三維空間。三維空間意味著你可以往三種不同的方位移動。你可以把它們看作左右,上下,前後。

科學家通常用字母來表示這些方位:x,y和z。所以如果你向右移動四步,你就會沿著x方向或者科學家們所稱的「x軸」移動四步;如果你向左移動四步,你就會沿著x軸的負方向(或者對面)移動四步。

當然你也可以沿著對角線移動,但這其實就是三種移動方式中的兩種或者兩種以上的組合。所以如果你向前一步然後往右,你就是同時在往x軸和z軸移動。

站在你生活的地方

想像你家客廳的中間位置就是宇宙的中心,所以我們可以把這個點的坐標設為x=0,y=0,z=0,這個位置叫做原點。

圖解 :在綠色參考系中事件B與事件A同時發生,但在藍色參考系中事件B較早發生,在紅色參考系中事件B則較晚發生。

要知道如果你從原點向北或向南移動,那就是沿著x軸移動;如果你向上或向下移動,那就是沿著y軸移動;如果你向東或向西移動,就是沿著z軸移動。

我們可以像這樣用坐標或者方位把你現在的位置寫出來:(0,0,0)。

如果你向右移動1米,那麼你的新位置就是x=1,y=0,z=0或者(1,0,0)。接著如果你向上躍1米,那麼你的新位置(保持懸空)就是x=1,y=1,z=0或者(1,1,0)。

圖解:火車上移動觀測者的時空圖。

現在要重點關注的是我們給出任意的x=1意味著此處離客廳中心(或稱原點)有1米的距離。我們也可以說x=1意味著1英寸,1英尺甚至1米,只要我們測量單位相同,這都沒關係。所設的x、y、z的方向也不重要,只要使它們在討論中保持不變就可。我們本來可以簡單地說z才意味著左和右而不是x。

在時空的概念上增加一個維度:第四維度。

第四維度

我們不僅是在空間的三個維度上移動,還在時間中移動。在閱讀本文時,你已經沿著時間維度移動了幾秒鐘。不幸的是,四維形狀在視覺上更加抽象,這就是我們花費許多時間討論坐標的原因。數學使討論更高維度的空間變得更加簡易。

圖解:從三維投影看,一個在四維空間中繞一個平面旋轉的四維超正方體。

如果我們將0設為你開始站在客廳中心的時間(秒),則你在四維空間中的坐標為:x = 0,y = 0,z = 0,t = 0,我們可以寫成(0,0,0,0)。請注意,四維表示我們在坐標系中有4個值。

圖解:從一維到五維物體的演示。

5秒後,我們在時空中的坐標將是(0,0,0,5)。如果在那5秒鐘內我們碰巧向後退了一步(沿z軸向後),那麼我們的坐標將是(0,0,-1,5)。現在重要的是要記住,我們在幾秒鐘內測量的時間維度,依然完全是任意的,我們可以使用分鐘,小時,毫秒,年或其他任何單位。

圖解:在太空船參考系的觀點中,船上的時間與當地的時間看起來是不同步的。

現在重要的是通過所有這些任意選擇的方向和測量單位,給出一個參考框架,或者能對照我們的坐標的物體。因此,如果我們想給某人一個四維坐標來描述我們在時空中的絕對位置,我們會這麼說:

「當我的實驗開始時,我正在相對於客廳中心的坐標(0,0,-1,5)處。」

我們還需要告訴他們x,y和z的方向,以及每個維度的測量單位:

「如果x是我客廳中心以北的距離,y是我客廳中心以上的距離,z是我客廳中心以東的距離,t是自從我開始站在客廳中心以來的秒數,我的坐標(x,y,z,t)是:(0,0,-1,5)。

幸運的是,所有這些信息你只需要告訴他們一次,因為之後的所有坐標將使用相同的信息。

既然你知道什麼是時空了,那就讓我們談談時空連續體。連續統一意味著持續存在。因此,如果你考慮從客廳的中心上下移動,你可以持續永久地向上移動,也可以持續永久地向下移動。 (假設你可以分別飛過並穿過地球中心)。當你在時空中移動時,你正在穿越時空連續體。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Lee Falin-quickanddirtytips-兩等

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 什麼是時空連續體?時空連續體有多少個維度?
    當你在讀今日《今日奇觀》時,你在想什麼?「時空連續體」這個詞是否會讓人聯想起《星球大戰》中的光劍和《星際迷航》中的飛船?如果是這樣,那是可以理解的。所謂的「時空連續體」肯定聽起來像是脫離了這個世界。 但實際上,它離科幻小說還很遠。 實際上,這是一種理論上的科學構造,可以幫助解釋我們存在的本質。
  • 四維時空和蟲洞能穿越未來與過去
    它提供了一個叫作時間-空間(簡稱時空)的坐標系,所有天體都位於這個系統中。時空經常被描述成一個延伸在整個宇宙中的連續結構。當你在時空中移動時,就是在時間和空間裡都移動。天體扭曲這一結構,儘管這種扭曲對我們來說幾乎不可見,它卻創造引力,使光線偏轉。蟲洞是穿越時空的隧道。
  • 時空扭曲星系證實了愛因斯坦廣義相對論的關鍵部分
    1918年,阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論預測,大型物體的旋轉會扭曲其附近的空間和時間,從而使時空連續體發生扭曲,這種現象被稱為「框架拖曳」。現在,一個科學家團隊已經能夠在雙星系統中測量這種影響,揭示出恆星尾隨時空的令人震驚的偏差。
  • 時空旅行太空船可以回到未來, 那麼如何才能回到過去呢?
    我們知道利用正確的科技,以接近光速飛行的時空旅行太空船可以帶我們前往未來,但是我們能逆轉時間的洪流,回到過去嗎?
  • 我們如何描述時空?
    尤其是巴納赫-塔斯基(Banach-Tarski)悖論(選擇公理<Axiom of Choice>的結果),在這個悖論中,一個球體可以被分解成有限數量的碎片,不必拉伸就重組為與原球體體積相同的兩個球體。其關鍵在於,由於它們被分解成的集合是無數單個點的散亂排布,該理論只適用於球體是連續體的情況。(在不到三維的空間中,該悖論仍成立,但需要無限子集。)
  • 穿越時空能實現嗎?這三種方法可能做到
    關於時空穿越的小說和電影數不勝數,但時空穿越在科學上真的可能嗎?我今天要講的就是3個科學上穿越時空的方法。愛因斯坦的廣義相對論第一次向牛頓的絕對時空觀發起了衝擊,在相對論看來,空間是可以彎曲的,甚至時間也可以彎曲。
  • 我們的宇宙是其它宇宙的氣泡,時空泡沫理論迎復甦
    最近的研究表明,時空氣泡本質上是在我們自身內部短暫形成的微型宇宙。量子時空泡沫理論非常符合量子世界的內在不確定性和不可預測論。量子時空泡沫將粒子位置和動量的量子不確定性擴展到宇宙的最基本結構,因此它的幾何結構不是穩定的、一致的或固定在一個微小的尺度上。從數米高的空中看,行進中的螞蟻看起來是一條彎曲的黑線。
  • 大學生給出了無悖論的時空旅行的數學模型
    根據昆士蘭大學一位本科生的數學模型,從理論上講,無悖論的時空旅行是可能的。在昆士蘭大學的物理學家Fabio Costa博士的指導下,四年制高級科學(榮譽)學士Germain Tobar一直在研究時間旅行的可能性。
  • ——康德時空觀念的引出
    康德在《純粹理性批判》中將人類的認識能力分為感性、知性和理性,其時空觀念主要是針對感性提出的。感性是接受外部現象的能力,它能藉助外感官和內感官經驗到各種外部和內部現象(在康德哲學中,物體本身即物自體是無法被認識的,我們認識到的只是物自體表現出的各種現象)。
  • 《時空中的繪旅人》:在平行時空找到你
    前段時間大火的「想見你」估計不少人追過,那是關於平行世界戀人為了重新相遇,為了能夠改變過去,最終互相拯救的故事。特別是伍佰的last dance前奏一想起,網友的心都揪到一起了。而看到那樣的畫面,心中幻想也能來個魂穿,那麼《時空中的繪旅人》就能帶你穿越到另一個平行時空,尋找屬於你的另一半。在這款遊戲中,你所扮演的是一個初入大學的美術新生,本該是享受著大一學子溫馨的校園生活,但是因為一個具有神奇魔力的法陣卷進了平行世界中。
  • 相對論描述的時空理論——解釋了時空的真正含義
    你體驗宇宙的方式取決於你在宇宙中的運動。對於以不同相對速度運動的觀察者來說,「光鍾」似乎會以不同的方式運行,但這是由於光速的恆定造成的。愛因斯坦的狹義相對論支配著這些時間和距離的變換是如何發生的。這就是愛因斯坦狹義相對論概念的來源:有些東西是不變的,比如粒子的靜止質量或光速,但其他的則取決於你在時空中移動的方式。
  • 時空穿越真實存在過?愛因斯坦支持時空穿越,卻無人實現
    時空旅行是所有人夢寐以求的願望,曾經多少次幻想穿越過去,試圖改變糟糕的人生,現實中我們無法實現時空穿越,倒是不少穿越劇著實讓我大呼過癮一番,時空穿越只能存在想像中嗎?自從提出時空穿越的概念,打破了現有的思維枷鎖,我們所了解的時間屬於定向移動,每一分鐘精確到60秒,每一秒都是歷史上的一個圓點,貫穿整個時間長河的正是無數的圓點所組成,這些圓點所通向的未來是不可預測,時間、空間是無限大?還是無限延長?《宇宙哲學》曾明確了時間、空間和質量的定義,空間無界,質量永存。
  • 時空穿梭是否存在?時空穿梭是到了過去還是未來?!
    時空穿梭是否存在?蟲洞如何用於時間穿越?愛因斯坦闡述:「如果你以接近光的速度在太空進行穿越、停留和返回,那麼你的時鐘就會走得更慢。所以當你出發時,這是地球的未來,你穿越到未來了。」愛因斯坦還說了:「如果你在一個強大的引力源附近徘徊,比如中子星、黑洞……你剛好在它們的邊緣,你的時間比其他人的都慢。因此,你回到地球時,也將去到未來。」
  • 時空是平滑的還是厚實的?
    用相對論的語言來講,物質和能量彎曲並扭曲了時空的結構,作為回應,時空的彎曲和扭曲指引了物質和能量如何移動,這是我們都有所經歷的「重力」。為了讓廣義相對論的數學發揮作用,這種時空結構必須在最微小的尺度上絕對平滑。無論你放大多遠,時空總是像一件新近熨平的襯衫一樣沒有褶皺。
  • 宇宙中的第四維度是什麼?它就是《星際穿越》中的超立方體!
    這部電影中有一個情節,就是太空人庫伯駕駛飛船飛入卡岡圖雅大黑洞發生的過程。那麼首先有一個問題,進入黑洞真的能看到這些超立方體嗎?其實,電影中的超立方體是由高維度生命的幫助下搭建的一個時空連續體,它貫穿著過去、現在和未來。這個時空連續體,也就是四維時空。那我們怎麼解釋四維時空呢?不知道大家有沒有看過《天才在左,瘋子在右》這本小說,這本小說中有一節說到了「四維蟲子」的概念。高維度的生命看我們就像看一條條蠕動的蟲子,為什麼這麼說呢?
  • 宇宙時空維度的概念關係 何為時空維度上的嵌套關係
    宇宙大爆炸理論是目前仍然被我們公認為最接近實際宇宙起源的理論。而我們目前所持有的很多的基礎理論的研究工作與實際觀測的具體數據也均是來自於該理論模型下的基礎研究。該理論也確實是為我們提供了可參考的現代的天文學的研究方向。
  • 量子糾纏具體機制之九:經典時空、規範時空和破碎時空(分數維時空,複數維時空,虛數時空,破缺時空)
    那麼量子糾纏現象為什麼是這樣神奇、難以理解的呢?根本原因是人類的當前時空哲學理論嚴重落後於物理學時空科學技術的蓬勃發展。而這種狀況正是促發馬客思考2043同志二十年來所研究課題的真正動力。時空哲學,時空科學,時空技術和時空產品將在二十一世紀後半期獲得突破性的發展和應用。二十二世紀將是時空技術極其成熟、時空產品極其豐富的最偉大最神奇世紀。愛因斯坦是非常偉大的。
  • 宇宙深處隱藏平行時空,另一個時空或有一個一模一樣的你
    從科學的角度出發,在某個平行時空中,就十分有可能會存在與你完全一樣的「你」。平行時空對於科學家而言早已不是一個新名詞,早在上個世紀,就已有科學家提出了關於平行時空的看法。科學家認為,在偌大宇宙中的某個不起眼的小角落,就會存在一個與你完全相同的人,這便是平行時空的神奇之處。
  • 聽說一切物體在時空中的速度都是光速c?
    一個物體從3維空間中的一個點(具有3個空間坐標)移動到另一個點,我們用這個位移除以時間得到的速度。 那麼,到了相對論,最基本的東西是4維時空,而不再是3維空間。如果我們想要仿照上面的方法,在4維時空裡定義速度,我們要怎麼定義呢?
  • 時空轉換就在眨眼間
    總會有這樣的感覺,時空錯亂,好像現在的自己不應該在這個時空,但是恍惚間就又回到了這個時空,剛剛錯輪的感覺沒有存在過,但是這樣的感覺明明很清晰的留存在腦海裡,但是卻又不得不面的這個現實,既然已經消失,就不能夠再次回去,留戀那種感覺又有什麼意義呢,說不甘也罷,說感興趣也好,總之給你這種錯覺就只是一個錯覺