用光錐的模型來理解時空

2020-12-03 隱士申子源

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。 以時間維t替換三維空間之一維(如z),選擇事件發生之點(x0,y0,t0)為原點,則此事件所能影響之空間範圍為以ct(上限速度光速c與時間t的乘積)為半徑所包圍之圓(或球,如果考慮z);此空間內一系列沿時間軸方向(F)半徑漸增之圓堆積之錐即稱之為光錐(將來光錐)。

另一方面在時間軸相反方向(P)與之對稱之錐顯示了能夠對此事件發生產生作用的空間範圍,稱為此事件的過去光錐。光錐外的事件(他處)點無法與原點事件發生物理學意義上的因果關係。

將一塊石頭扔進水塘,水表面的漣漪向四周散開,並且漣漪以圓周的形式越變越大,這個二維的池塘水面加上一維的時間,擴大的水圈與時間就能畫出一個圓錐,頂點是石頭擊中到水面的地方和時間。

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」。天體離的越遠,我們今天見到的像在時間上就倒退的越早。實際上我們所見的宇宙是一個穿越時空回溯的像。

一個事件將產生一個未來光錐,事件以光速向我們逼近,它的物理影響在到達前是完全無法預測的,因為我們沒有發現事件發生,我們此刻還在這個事件的未來光錐之外。例如,假定太陽現在停止發光,這個事件不會對此刻的地球發生影響,我們只能在八分鐘後,當地球位於太陽停止發光這一事件的未來光錐之內才受到絕對過去發生的這一事件的影響。

相對於現在的我,當下的觀察者而言,

不僅有未來光錐,也有過去光錐,

未來光錐,以光速的速度逼近觀察者,過去的時空,過去的事件,過去的時間,

過去光錐,一光速的速度遠離觀察者,未來的時空,未來的事件,未來的時間,

當宇宙產生的那一瞬間,產生了我們存在這個宇宙時空,也產生了一個反向的時空,稱之為:鏡像時空,

鏡像時空,和我們所存在的時空是相對稱的,相互獨立,用不交叉,除非時光倒流,

鏡像時空可以解釋暗物質,暗能量的存在,(反物質)

人們(觀察者)不斷的遠離一個光錐,進入一個新的光錐,

當沒有進入光錐的時候(現在)對未來的時空一無所知,

當進入到未來的光錐覆蓋範圍之內,人們無處可逃,

可以從格子理論,或者局論的觀點來理解光錐的模型以及一些相關的特性,

結合格子理論,對於觀察者而言,現在當下是一個時空奇點,現在是最奇妙的,

在量子層面解釋現在,現在就是量子糾纏的狀態,

相對於過去,現在才是確定的,而真正的現在是不確定的,基於這個出發點,很多人以為未來是不可測不可知的,

而對於過去的要素總和的現在,是可知,可測的,相對於過去,現在是所有因素總和的結果,

相對於未來而言,現在是唯一確定,也是未來一切要素的起點,源點。

相關焦點

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    這句話出自劉慈欣的系列小說《三體》第二部《黑暗森林》:「光的傳播沿時間軸呈錐狀,物理學家們稱為光錐,光錐之外的人不可能了解光錐內部發生的事件。想想現在,誰知道宇宙中有多少重大事件的信息正在以光速向我們飛來,有些可能已經飛了上億年,但我們仍在這些事件的光錐之外。」「光錐之內就是命運。」 林格略一思考,讚賞地衝斐茲羅連連點頭,「將軍,這個比喻很好!」
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    所謂光錐Light Cone,就是在四維時空(三維空間+一維時間)當中,因為光速傳播需要時間,所以——這就像在夜晚裡,我用手電筒離你挺遠的地方,照射你,或者照射夜空,你會發現光柱已經變成了光錐形狀,都是一個道理。同樣,光沿時間軸傳播也是呈錐狀,所以,物理學家取名叫光錐。
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    這就是我們理解相對論的起點。儘管愛因斯坦在1905年提出了他的狹義相對論,但亨利·龐加萊已經提出了所謂的時空,用第四維的t作為時間。好的,等一下。我需要你真正理解,它不是時空中的空間或者別的什麼。時空!只有一個詞,統一空間和時間。它們不能彼此分開定義。時空是一個用四維連續體來描述宇宙的數學模型。
  • 為什麼說「光錐之內是命運」?
    其中,「光錐之內是命運」特別耐人尋味。「光錐之內是命運」是三體中的金句之一,為廣大三體迷們津津樂道。很多讀者對這句話不明覺厲,反正聽起來就是屌。實際上,這簡短的七個字,高度概括出了「光錐」的特性,更有一種「人類在宇宙面前無可奈何」的意味。要理解這句話,先得弄明白「光錐」為何物。光錐可以說是光速的產物,正因為光速的有限性,才形成了光錐。
  • 51信用卡發布「光錐」風控大數據解決方案
    11月15日,51信用卡CTO郭威在Money20/20中國大會現場,發布了「光錐」風控大數據解決方案,旨在協助銀行解決在數位化時代轉型升級所面臨的風控痛點。  傳統風控在數據源、模型開發,以及上線過程中面臨以下幾大痛點:  數據源:多而分散,數據更新快;  模型開發:風控需要實時授信,但離線的變量挖掘和模型的實時開發語言差異大;  模型上線:分析決策鏈路長,但需要快速迭代;  因此,在消費金融時代,強變量缺失、大量依賴弱變量的背景下,51信用卡成功研發了「光錐」風控大數據解決方案,可以實現訂單級別快照的時間分片
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    實際上,這簡短的七個字,高度概括出了「光錐」的特性,更有一種「人類在宇宙面前無可奈何」的意味。要理解這句話,先得弄明白「光錐」為何物。光錐可以說是光速的產物,正因為光速的有限性,才形成了光錐。這是因為在空間-時間坐標系中僅用了兩個維度來描述三維的空間。從原點事件出發,在時間軸沿著「將來」和「過去」兩個方向,將這一系列半徑漸增的圓堆積起來,就形成了兩個圓錐體,這便是光錐。其中,沿著「將來」方向的叫做該事件的「將來光錐」,沿著「過去」方向的叫做該事件的「過去光錐」。
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  • 用「時光錐」來理解時間,你會看到不一樣的過去、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?
  • 光錐之內皆是命運
    如果一件事連它發出的光都還沒有被我知曉,那麼我就沒有任何其它的途徑來獲知這件事,這件事也沒有任何方式能夠影響到我,那麼我們就可以認為根本沒有發生這件事情。事實上我們也不會知道這件事件的發生,當我們能夠接收到事件傳播過來的信息之時,那麼我們也只能選擇接受,因為事情已經發生。
  • 難道這就是傳說中的「光錐」嗎?
    所謂「馬赫光錐」的示意圖,一種類似音爆的東西,但是我們看到的是光脈衝的錐形尾波。綠色雷射在隧道內的速度要大於其在矽橡膠板中的速度,所以當它在隧道內穿行的時候,在矽橡膠板中移動較慢的一部分散射光就會留下重疊的圓錐。這不禁讓人想到一個叫「時間光錐」的東西……
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