通俗理解時空效應,感受質量、空間與時間的關係

2021-01-09 治國評天下

質量、空間與時間

廣義相對論深刻的揭示了質量、空間、時間三者的關係,廣義相對論理解起來似乎太難,理解起來很不方便,因此,我們似乎可以通俗化的理解三者的關係。

任何物質(質量)都可以在其本身和周圍空間甚至整個宇宙產生時空效應,就是任何物質都可以在其本身和周圍甚至整個宇宙產生時間和空間,或者說產生時間或空間的影響,都是一個意思。當然,毫無疑問,任何物質對周圍時空產生的影響與距離有關,距離越遠產生的影響就越小,同理,自然是對其本身產生的時空影響最大。

大質量天體有明顯的時空效應,小質量天體也有時空效應,這是自然而然的結論。哪怕你我這樣的質量級別,哪怕是一個原子或中子,照樣有時空效應。

因此,容易理解,質量產生的時空效應與距離有關,還與質量大小有關。

時間是質量產生的,多少質量就產生多少時間,距離越遠,產生的時間就越少。天體質量越大,在其附近產生的時間就越多,或者說時間就越稠密,因此,你的時間就越慢。估計,質量與其產生的時間的關係是;與質量成正比,與距離的平方成反比。這與廣義相對論的時間延遲效應有差異,廣義相對論的時間延遲效應公式很有可能就是一種近似值公式,原因是空間的時間貢獻不僅附近的質量(天體)有貢獻,遠處的質量也有貢獻,整個宇宙的質量都有貢獻。因此,小質量天體在其附近產生的時間效應不大,與整個宇宙物質在其附近產生的時間相比,微不足道。而大質量天體可以在附近產生很大的時間效應,相對整個宇宙的質量在大質量天體附近產生的時間效應就明顯了。最終,產生了廣義相對論的時間延遲效應的(近似)公式。

時間與空間的本質應該是一樣的,物質在其附近會產生空間效應或產生空間。與時間效應遵守同樣的規律,即與質量成正比,與距離的平方成反比。廣義相對論的時空效應公式此時依然是近似公式,大質量天體才可以在其附近產生相對整個宇宙物質在大質量天體附近產生的空間或空間效應較明顯一些。

時空效應其實就是時間效應或空間效應,二者是等效的,並不累加。質量在其附近產生的空間效應,可以表現為時間效應,是產生的空間效應導致了時間效應的表現。一份物質在附近某距離處產生一份空間,十份物質就可以同距離處產生十份空間,此時這個地方的空間多了,空間擁擠到一起了,每個空間所佔用的空間縮小了。而一份空間對應一份時間,光子傳播的時間只與這份空間有關,空間越稠密,光子傳播同樣距離需要經過的空間份數就越多,耗費的時間就越多,在我們看來,就是時間變慢了。其實是空間變得稠密了,因此,時間變慢的本質是空間變得稠密了。大質量天體都是讓周圍空間變得稠密了,才讓周圍顯得時間變慢了。因此,質量的時空效應本質是空間效應,而這種空間效應進而帶來我們感覺的時間效應。

我們的時間速度取決於光速,光速本質上決定了我們所感知的時間的運行速度,而決定光速的是空間份數,光子在單位時間內會前進固定的空間份數,即光子跨越的空間份數是恆定的,但是空間容納的空間份數取決於周圍物質分布情況,也就是容納的空間份數的數量是不確定的,因此,光速在不同空間速度是不一樣的。

在遠離地球的太空中,也就是所謂的真空條件下的光速是整個宇宙以及銀河系或太陽系對這個空間的時空效應貢獻。在遠離太陽系的或恆星系的太空中,太陽系或恆星系的引力時空效應就小了,這裡的光速應該會略大一點。在遠離銀河系的太空中,由於受到銀河系引力時空效應小了,其空間份數會進一步稀疏,這裡的光速會繼續略大一點。在宇宙的邊緣,宇宙的引力場效應應該較弱,此時光速應該很大。如果再遠離宇宙一些,光速可能會接近極大值。我們想一想幾乎是不可思議的,這超出了我們的想像力,因此,光速只存在於我們的宇宙中,如果有宇宙之外的地方,應該是沒有光速的,因為光根本不會跑到哪裡的,那裡也沒有光。光只在宇宙之內存在,光是物質產生的,只能存在於物質環境中。

其實我們應該已經隱隱約約感覺到,光只能存在於引力場中,有引力場的地方才可能有光。引力場只能存在於宇宙之內,所有有引力場的空間,都屬於宇宙的範疇,都在宇宙內。宇宙之外如果存在的話,是沒有引力場的,自然也不屬於我們的宇宙的一部分。

所謂的一份份空間,其本質應該就是一份份的引力場。所謂的一份份的引力場,其實就是一個個的引力子。因此,引力子就是空間的單位,引力子與光子合作對應著恆定的固有時間。引力子應該還是最小的質量單位和最小的動量單位。因此,這一份份的空間,不僅是空間。還有質量和動量,以及固有時間。

地球引力時空效應圖

不知道誰畫的這張地球引力時空效應圖就很好,要比我們常見的網兜型的時空效應圖好。這個圖也有一定的不足之處。表達距離地球越近,引力場越強,時空效應越強,不應該拉伸或彎曲線條,而應該增加線條,距離地球越近,線條越稠密,代表時空效應越明顯。

相關焦點

  • 物質對周圍空間的時間效應
    物質對周圍空間的時間效應 物質對周圍空間的時間效應是如何的?我們通過廣義相對論可以知道,任何物質都會對周圍空間產生影響,產生時空效應,即時間和空間效應。我們在這裡不談空間效應,只談論時間效應。 任何物質都會對周圍時空產生時間效應,也就是說,我們感覺的時間根源於物質,沒有物質就沒有時間。
  • 能讓時空彎曲的不僅是質量,還有速度,時間膨脹效應與廣義相對論
    我們習慣於把時間和空間作為兩個事物分開來說,可在物理學上,時間和空間是一個整體,並稱為時空,時空才是它們真正的名字。時間與空間密不可分,二者只能同時存在或同時不存在,所以時間和空間都是客觀存在於宇宙之中的。不過,無論是時間還是空間,並不是永遠穩定而平緩的,它們會因為引力的作用而發生彎曲。
  • 如果通俗的理解雙生子佯謬問題,我來告訴你
    導讀:如果通俗的理解雙生子佯謬問題,我裡告訴你。只有大質量恆星的演變或者星團的演變會形成超大質量的星體,吸引更多質量加入,最終形成黑洞。但黑洞不是終結者,它扮演的角色遠比我們想像的複雜。它可以吞噬一些星體,它也可以誕生一些星體。
  • 時空彎曲:時間與空間原來是不可分割的
    愛因斯坦提出狹義相對論後,他進行了進一步的思考,認為:大質量的物體讓其周圍的空間發生彎曲,從而導致經過它周圍的光線走了一個彎曲的路徑。在愛因斯坦的理解中,時間和空間都不是固定不變的,那麼它們之間有什麼關係嗎?
  • 四維時空:時間與空間的不變性,以及光速不變原理
    中,宇宙模型是一個四維時空,即:三維空間加上一個一維時間。那麼,要理解四維時空的光速不變性,就要從時間與空間兩個角度分別來看,然後再合起來看兩者的關聯,最後才能感知光速不變性的意義。接著看時空既然時空是一個整體,且三維中的速度可以分解與合成,而時間維度也有一個速度,那麼在四維時空裡,空間速度與時間速度,可以互相分解與合成嗎?
  • 怎麼理解在光速狀態下空間為零時間停止的尺縮鍾慢效應?
    打個比方說一個人以光速在宇宙中飛行,或者接近了黑洞的史瓦西半徑(姑且假設沒有被撕碎),那這個時候時間趨於停滯,這個停滯該如何理解?時間停止但是這個人身上的細胞生化反應以及人體的正常新陳代謝肯定是正常進行的,那這樣豈不是等於這個人長生不老了?該問題對時間膨脹效應的理解前半部分是正確的,後半部分錯了。
  • 一口氣通俗理解《狹義相對論》時間膨脹效應
    兩個小孩在一個密閉空間裡面扔球玩,沒有窗戶,看不到外面的世界。其中一個小孩說:「我們應該在屋子裡,因為我們沒有感覺到這個空間在動。」另一個小孩子說:「不對,我們也有可能在一架勻速行駛的汽車上或者一艘勻速行駛的船上,只是我們速度恆定,並不受力(合力為零),所以我們沒有推背感。」
  • 時間膨脹的感受,光速飛船乘員與地球觀測者時間差異有多大?
    諸如此類問題多如牛毛,過去時空通訊也多有闡述,但既然感興趣者眾多,就在說說。這個問題本身概念模糊,不知所云。以光速離開1分鐘,是光速飛船裡的人感受1分鐘,還是外面的觀測者時間1分鐘呢?這個馬上返回又是什麼意思呢?是行駛了1分鐘突然原速返回,前後一共用了2分鐘,還是有其他什麼意思呢?這裡面包括了掉頭、加速和減速過程嗎?
  • 高維時空的演繹(37)時間的奧秘1
    而科學對於時間的認識在相對論那裡獲得了一定的突破,卻又被量子力學的實證局限導入了誤區。 沒有人看見過時間,人們從事物運動、演化中感知、測量、感悟、理解時間。牛頓開創性的建立了運動力學,找到了質量、速度、加速度、力之間的數學關係。後來,人們對於量子態的波動頻率、傳播速度有了更加深刻的認識。並試圖用超炫的波動來解釋世界、宇宙。
  • 質量使空間彎曲的原理是怎樣的?
    但請注意,一個無質量的光子也會引起引力,就像任何一種能量一樣。此外,這種能量實際上不會使周圍的空間彎曲。它只是使空間不均勻。1920年,愛因斯坦提到:「這種時空變異性的相互關係是時空標準的相互關係,『空的空間』在物理關係上既不是均勻的也不是各向同性,這一事實迫使我們用十個函數來描述它的狀態。我認為,這最終改變了空間是空的觀點。」
  • 為何時間和空間有直接聯繫,時空到底是什麼,三維空間如何來理解
    時間和空間是直接連接在一起的紐帶,兩者似乎不可能分開,因為空間如果沒有的話,那麼時間也就會凝固起來,例如宇宙大爆炸前的奇點,就沒有任何的時間和空間的概念,僅僅是一個零維度的點,當宇宙大爆炸的一瞬間,有了一維的展開,也就是直線開始出現,瞬間之後,二維平面就會產生,又一個瞬間三維空間就產生了,此時時間已經存在其中。
  • 解讀四維空間和四維時空,兩者到底有什麼不同和聯繫?
    一個非常快速的回答是:四維維空間是一個數學概念;四維時空是一個物理概念。它們之間的一個通俗的聯繫是,物理上利用了四維空間的數學原理來研究四維時空。理解四維空間首先說,四維空間是一個數學概念。不是我們現在所了解的物理現實。數學上的二維空間和三維空間也都是一樣。
  • 如何簡單理解相對論裡的時間和空間相對性?一張簡單的坐標圖搞定
    但是這些統一後的「東西」卻是絕對的,比如時空是絕對的!質能也是絕對的!使時間和空間、質量和能量產生相對性的速度極限——光速也是絕對的!驚喜不驚喜?意外不意外?這就是狹義相對論關於時間、空間相對性的其中兩大效應。速度產生相對性的根源——四維時空那麼運動速度又是怎麼導致時間和空間的相對性的?要理解這個我們就要把時間和空間統一起來了。
  • 如何簡單理解相對論裡的時間和空間相對性?一張簡單的坐標圖搞定
    因此對於靜止的觀察者看來,運動者的時間間隔和空間間隔都變得不一樣了:運動者相對於靜止觀察者時間變慢了——時間膨脹相應,空間(運動方向上的一個維度)收縮了——尺縮效應。 這就是狹義相對論關於時間、空間相對性的其中兩大效應。速度產生相對性的根源——四維時空那麼運動速度又是怎麼導致時間和空間的相對性的?
  • 時空彎曲是廣義相對論核心,理解了空間彎曲,如何理解時間彎曲?
    200多年後,愛因斯坦用時空彎曲的觀點解釋了牛頓心中的疑問,假如牛頓在世,不知道會不會同意。當代物理學家喜歡用「保齡球放在一片二維的橡皮膜上」來形象地、直觀地比喻空間彎曲,在這樣的圖景中,地球繞太陽運動是因為地球進入了由太陽造成的彎曲空間的一道「溝谷」。準確地說,地球是在太陽周圍的彎曲空間中走一條阻力最小的路徑。
  • 宇宙大爆炸前沒有空間和時間,能夠通俗的描述是一個什麼狀態嗎?
    有人提出這樣的問題誰能通俗地描述宇宙爆炸前的空間和時間?首先要指出的是,宇宙大爆炸之前沒有空間和時間。或者說沒有我們世界認識的空間和時間。時空和物質是在宇宙大爆炸那一刻誕生的。時空加物質三位一體,組成了宇宙。
  • 空間扭曲很科幻嗎?應該怎麼去理解呢?
    然而對於很多普通人來說,時空扭曲還是很難接受的。 本文就嘗試著,跟各位小夥伴們聊聊時空彎曲究竟是怎回事。其實在大質量天體附近都會觀測到時空彎曲的現象,科學對於空間時空的認識過程如下:
  • 物理知識:時間和空間是什麼?
    時空觀是物理理論的基石,也是自然科學的基石,因為存在的一切都發生在一定的時間和空間之中。從亞里斯多德、伽利略、牛頓到愛因斯坦,每一個偉大的物理學家都對「時間和空間是什麼」做過回答,但這些答案還不是最終答案。
  • 愛因斯坦是怎麼想到引力只是一種時空幾何效應的?
    中學開始接觸物理的時候,引力一直都作為一種力存在著,人們在生活中也是一直都在感受著引力的影響。隨著網絡的傳播,廣義相對論的科普內容也是鋪天蓋地,愛因斯坦那句「物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動」,讓很多人一瞬間迷茫了,引力突然就變成了一種幾何效應,這是大家一時半刻很難接受的。本文就與您探討一下,引力為什麼會是一種幾何效應。
  • 管理的時間效應與空間效應
    對於一個組織和一個個體,在學習與應用管理的過程中,我們要認識和理解管理的兩個效應:時間效應與空間效應。管理的時間效應管理帶有明顯的時代特徵,任何一種管理都有它的時間效應;管理的時間效應,在於管理的內涵和形式都要隨著時代的發展而不斷地變化,而不能因循守舊。