现今物理学有一种说法,可称之为“观测延迟”。
简单来说,这种现象就是指宇宙中的某些天体所发出到达我们眼睛前的光是它们过去某一时刻的影像而非它们当前的影像。
这种说法基于相对论,是近代物理学的一项重大发现,属于科学发展历程中一个十分重要的标志。
人们总会回想起自己眼前曾经观看过的光景,想着如果当时自己能够把这些光景存下来应该多好啊,如今复刻出来就好了。
但是,令人失望的是,光在传播过程中不仅可能会被物质抵挡,还得受限于当时的科技水平以及自己的观察能力。
光的传播就像是一只飞向天空的手。
在这个手飞向天空之前,你能随意地找到它,但是,在它出去之后,你就留不住它了,还得受到空气摩擦的影响!
如今,许多科学家们都在思考着:
如果自己能瞬移到其他星系,就像是时光倒流,也可以看到自己过去错过的光景,那该是多么美好的一件事啊!
最引人注目的是,来自中国的科学家也对此产生了感兴趣,他们想知道:
瞬移到2242光年外,是不是就能看到秦始皇登基这一历史场景?
相对论中的两个方面。爱因斯坦最先提出的相对论,一开始就改变了世界。
狭义相对论和广义相对论,使人类进入到更高级的文明时期,但是,人们仍然对宇宙充满了好奇。
那么,是什么导致了人类无法看到宇宙中那些遥远的天体?
需要注意的是,在近代物理学中,有两个理论可以被称为“相对论”。
有些人会认为,这两者之间有着什么关系,事实上,它们之间可能有一些关系,但并不代表它们就是同一理论。
这两个理论分别是:
狭义相对论和广义相对论。
仅仅通过这两个词,就能看出它们的不同之处。
首先,我们要明确一点:
在物理学中,有许多原理、定理和定律被非常严谨地定义着。
例如,在牛顿力学中,就有一个规定:
两者之间的相对性,无论两者进行怎样的运动,都不会影响到彼此之间的相互作用。
这就意味着,两者之间不需考虑运动状态,不管是匀速还是加速运动。
另外还包括许多形式,即便是形状复杂、空间不同、力学性质各异等等,都会保持着绝对量值不变,这就是绝对性。
因此,在牛顿力学中,为了避免不必要的麻烦,人们将这两个方面概括为“相对性”和“绝对性”。
然而,对于拉格朗日和哈密顿等人来说,他们更倾向于用“强制变量”和“滞后变量”来概括这两个方面:
强制变量就是自变量,是物体本身决定微小运动量的变量,而滞后变量就是因变量,是反映系统状态变化、描述物体历史过程的变量,两者共同构成了物体的运动状态。
这就是经典力学中物体间运动状态本质。
但是到了几何学中,“外接圆”和“内接圆”又是另一种方式,这种方式更为直观易懂:
“外接圆”指的是包围物体最大的圆,而“内接圆”则是包围物体最小的圆,两者的半径差即是物体的大小,而中心点则是物体的位置。
因此,可以说牛顿力学、几何学以及其他领域都有各自的方法来表达这些基本概念。
爱因斯坦提出的“相对论”,也有其独特之处:
狭义相对论只考虑匀速直线运动物体间的相对性,而广义相对论同样考虑加速运动物体间的相对性,因此,这两者之间存在联系,但并不是同一理论。
然而,将狭义相对论和广义相对论这两者统一成一个完整意义上的相对论,就显得极为必要,毕竟,将其称作“相对性原理”并不会影响到我们研究的发展。
无论如何,将它们统一起来,有助于我们更好地理解宇宙运行的基本规律和提供更加准确的预测模型。
狭义相对论指出了一个原理:那就是光速。
然而,这个光速到底是什么呢?
光速是作为能量传播速度极限而提出,用来应对宇宙中包含着各种粒子,正因为如此,这三者之间便有着微妙而复杂的关系。
在狭义相对论框架下,甚至可以推导出一个结论:宇宙中的绝大部分粒子都无法达到光速,而光也无法比自己传播得更快。
实际上,粒子的速度可高达10^14次方分米每秒以上,这是一个巨大的速度,我们可以看作是接近光速了。
在这个速度下,如果用当时特别流行的一部电视剧中的一句经典台词来形容,那就是“你咋不上天呢?”显然,这个速度已经足以让我们体验到超脱地球引力所带来的各种感受,更别提其他的一些现象了。
关于大质量粒子,如果我们想要将其加速,那么,会发生什么呢?
按照经典力学,如果将大质量粒子加速到一定程度,那么,它自身会积累越来越多的动能,这些动能通过公式E=mv^2/2来体现。
因此,要继续加速这个大质量粒子,就需要克服这个动能带来的阻碍,然而,当它不断前进时,会发现越来越难以突破这个阻力,直到最后,它所需付出的代价和所能获得的结果形成了一种矛盾且不成比例的关系的时候,它就再也无法突破重围了。
因此,这就是狭义相对论想要告诉我们的真相。
而对于光来说,其能量E=hv,这个公式很简略,但却蕴含着深远的意义。
如果一个光子被赋予更多能量,那么,它也将以更快速度前进,这点是毋庸置疑的。
实际上,为了考虑很多细节问题,这个问题还有许多方面需要讨论,但最重要的一点是:
如果采用一定方法将其加速至无限大,那么,在这个过程中,你会发现其质量不断地增加,最终使得我们无法再加速它,因为我们所需要付出的能量相比所获增就已经成倍数增长,并且,我们无法计算出其究竟是一个怎样庞大的结果。
令人惊讶的是,这个结果可能比宇宙本身还要大!
先抛开这些细节信息,让我们来看一看广义相对论。
广义相对论则更进一步,它不仅考虑了著名的牛顿引力,还进一步探讨了时空曲率的问题。
什么叫做时空曲率?
我们可以通过一个比喻来理解:如果把宇宙空间比作一个平面,那么,它就会受到物体形状影响而产生一定程度凹槽。
这样,当光线或物质经过这个凹槽时,它们会随之偏转,从而使得自身位置发生改变,从而造成宇宙物质行为的不规则和不可预测性。
然而,还有另一方面,就是由于这种引力场,让当前物质与现象无法通过影响未来物质与现象来实现超时空穿行,因此,一旦光或物质离开当前时空,它们将再也不会回来。
广义相对论最终得出一个结论:没有任何东西可以超越自己传播得更快,包括连光本身,于是,这就构成了宇宙最根本规律之一:万有引力!
瞬移至2242光年外 观测地球历史。回到开头的问题:人类是否真的能够瞬移至2242光年外?
在相对论中,有一个重要概念即是“超光速运动”,这对于人类来说,几乎是不可能实现的。
但是,在研究黑洞和虫洞的时候,有科学家认为,也许这些特殊结构能够帮助我们实现这一目标。
如果真如此,那么,带着人类瞬移到2242光年外所对应的位置过去,我们就能清晰地看到秦始皇当年登基那一刻吗?
然而,对于这一问题,我们除了要面对超光速的问题外,还有另一方面,那便是现实宇宙中的许多现象都会导致这种想法不切实际,甚至连想象都是徒劳无功。
这一现象便是光传播衰减问题,在宇宙中,除了黑洞存在外,还有许多现象会抵挡住光线,使得光线无法到达指定地点。
例如,星际尘埃、气体以及其他一些现象,都不允许光线通过,因此,在这些地方,阳光即使再强烈,也不可能穿透这些阻碍,就算星星再亮,也是如此。
另外,还有一点:我们眼睛要足够明亮才能看清楚背景,但即使如此,也只是在一定范围内有效,对于更远一些的地方,就无法看清楚了。
因此,如果一开始给你极大量级以上强度级别的亮度,要记住这是原始亮度,不会亮成别样,你最多只能看到上面大颗粒,不管亮度多少,它都无法支持你看清细节,更不要提那些远方的小颗粒了!
实际上,在当今科技水平下,我们已经掌握了一些观测遥远天体的方法,却依然无法捕捉那些遥远历史正在发生或未发生事件的一切细节,因为我们的技术实在肤浅无力。
因此,与其怪异想法,不如思考在未来吧。
总结 未来的新探索。科学飞速发展着,不断改变着世界。
人类拥有无限可能,没有什么是不可能实现的,但是一切都需要一点一点来,不能急于求成,更不能陷入空想,以免迷失方向或带来坏处!
所以,我们要脚踏实地,一步一个脚印,一点一点突破,为未来发展探索新的可能性,实现更伟大的梦想!
在科学探索过程中,不断推动技术进步和创新,实现人类更加美好的未来!