时间、空间与物理学

PS：学校征文写了一篇类科普的物理文章，今天心血来潮发出来，请轻喷（是高中生）

（1）时间并不绝对

  老师们常常用这样一句话来勉励我们“每个人一天的时间都是二十四小时，看你们怎么把握。”事实上，时间真的绝对吗？要探究这个问题前，我们要先通过科普了解光。

  我们通过高中物理选修一、二了解到。变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。一位伟大的物理学先驱麦克斯韦这样想到：用线圈弄一个震荡的电流，这个电流会产生一个周期性的磁场，这个磁场会产生一个周期性的电场，以此往复即为电磁波。用麦克斯韦方程组计算得出电磁波的速度为光速。（麦克斯韦预测，光的本质是电磁波，后被实验验证）。而我们都知道，速度与参考系有关，我们在题目中也可以通过变换参考系来简化变量数目。那么问题来了，这个光速是相对于谁的呢？我找到了相关的科普。

猜想一：相对于光源。但天文学上能够观测到清晰的双星系统否定了这一猜测（两个行星一个背向地球运动，另一个面向地球运动。那么面向地球运动的行星发出的光就应该比另一颗的速度更快（相对于地球），也就是说存在更快的光追上更早发出但更慢的光的现象，所以我们就看不清，但事实与此相悖）

猜想二：相对于以太（以太是一种科学家们假想出来的物质，看不见摸不着）。如果猜想正确，那么以太就必然有一个速度方向，那么宇宙中必定存在相对于以太静止的物体（绝对静止）（与以太同速度方向且速度大小相等的物体），同时也必然存在方向让光速稍微变大或者稍微变小（通过参考系实现）。美国科学家阿尔伯特.亚伯拉罕发明了一个方法，将一束光分为互相垂直的两束光，如果两束光速度相等，经过镜子反射后会形成一个完美的干涉条纹，如果不相等则会形成一团浆糊。最后实验证明不存在以太。

而这个问题在爱因斯坦1905年的《论运动物体的电动力学》中得到了答案。“光速不变”。

作为学生，我无力去探究背后的原理，姑且将它作为底层逻辑。光速不变的后果可想而知，这一点在高中物理学中也有提到。即“运动中的物体的时间会相对更慢一些”。也即是说，在无关变量保持不变的情况下，喜欢运动的人更长寿（只有微不足道的一点点），“生命在于运动”诚不欺我。并且运动中的人感受不到这一点（游轮假想实验）。可以说时间并不是公平地对待所有人，至少更偏爱于喜欢运动的人。

从这些我们可以看出，速度越大，时间流逝得越慢。当速度达到光速时，运动中的人可以等效于时间停滞。而通过这个公式我们也自然地得出宇宙存在光速极限。人们无法穿越回过去。

（2）空间并非感知

      我曾经想过这样一个问题，为什么去其他地方的航班在世界地图上看往往要绕远路而非直线？事实上飞机所走的线路才是最短的，即“测地线”连接两个地方之间的最短路线。除了两物体距离并非我们直接感知的那样。对于同一物体间的距离也并不一定。通过一个著名的思想实验“双生子”我们可以更方便的意识到一点。通过上文我们得到了时间的相对性的结论。那么自然地，因为事情发生本身绝对（即无论对双生子中的观测者弟弟还是飞船中的哥哥来说，哥哥以0.8c的速度从A到B的事件是绝对的），但两人经历的时间并不相同，因此距离也变得相对起来。即“尺缩效应”。那么我们可以漫无边际的幻想“也许古籍中的缩地成寸说的就是这个原理”（理论上，只要你用光速的0.01倍迈出左脚，就可以一步跨到校园避免迟到）

（3）时空的交错

  在通过科普了解了以上知识后，我们发现可以用四个点来确认生活中的一个事件。即时间点+地点。即时空坐标。我们通常猜想的四维就是在空间的基础上再加入一个时间轴。为了方便想象，我把三维空间压缩成一维，即用一个点可以表示位置。这样我们可以得到一个时空坐标图，这样可以方便理解三体中的一句话“光锥之内即是命运”。我们可以想象把x作为空间轴，y作为时间轴。可以看到对于一个点，他的“命运”即是以他现在这个时刻所处的空间为起点，向上下成锥形延伸。随着时间的向前向后推移，这个光锥的横截面积会越来越大。“过去的无数因成就现在的唯一果，现在的唯一因又发展为未来的可能性”。同时，因为信息传递不能超光速。我们无法影响到光锥之外的事情和命运。联系到宇宙随时随地扩展，因此有一个悲哀的猜想，“也许宇宙中还存在其他文明，但我们彼此分处与宇宙两极，当宇宙扩展的速度超越了光速，我们无法超光速传递信息，我们就被困在一个彼此不可能相知的光速囚笼。”“人类是一头孤独的抹香鲸。”