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如何简单理解霍金的同时间事件线霍金先生在《时间简史》中提到了“同时间事件线”。我认为,一个观察者的同时间事件线就是他认为的所有同时发生的事情在时空里的集合。我们设定一个“标准时间”t0,它指的是相对于很大一个范围(比如银河系)静止的观察者的时间。相对论中的时间也是相对的,以不同速度运动的观察者的时间并不相同。假定t0初=2000年1月1日0:00:00.0。对于一个静止的观察者而言,他的时间自然就是t0。假设他于t0初站在星球A上,看到5光年远的星球B上发生了一次巨大的核爆炸。他一定知道这件事是5年前,也就是1995年发生的,也就是说,他也一定知道这件事已经过了5年,不是现在发生的事件。于是他的同时间事件线就是与标准时间t0相一致的。设想一个平面直角坐标系,x轴是空间的一个维度(即代表空间),y轴是标准时间t0,原点是(t0初,星球A),那么他的同时间事件线便是与x轴平行的,随时间而向y轴正方向(即时间流逝的方向)移动的一条直线。对于一个以光速运动的观察者而言(光速c=299792458.4米每秒,光一秒走的距离相当于绕地球赤道接近7.5圈!当然爱因斯坦的相对论不允许达到光速呦,我们只是设想一下)他的同时间事件线会变得很奇怪——根据相对论,当我们的t0流逝一秒,一个运动者的时间只流逝秒,其中v是他的运动速度,c便是光速。显而易见,当v=c时,=0。于是,以光速运动的观察者便是“超人”了,他可以在一瞬间运动到无限远!因为他的时间每过一秒,t0便过了无限长的时间,这个时间允许他运动到无限远。于是他的同时间事件线便于他的运动轨迹重合了!因为无论他运动到哪,t0总是不变的!如果x轴的单位长度是1光年(约94605万亿千米),y轴的单位长度是1年,那么这条同时间事件线与x轴成45度角。然后就是第三种情况,他的速度0vc。可以简单的想象,这种情况下,这个运动者的同时间事件线与x轴的夹角介于前两种之间。我们可以这样理解,他在t0初于星球A出发,为了效果明显,我们设他以0.98倍的光速运动。越接近光速,他的时间与t0的差异就越明显。这时=≈0.198997≈0.2。我们取这个比较便于计算的近似值,即t0每过1秒,他的时间经过0.2秒。出发50年以后(这个50年是t0的50年),他到达某一地,距星球A49光年,其实他的表在那时是2010年的元旦0时整,但他看到的他周围的环境是t0=2050年元旦0时整。也就是说,他向未来“穿越”了40年。可以在纸上画一个坐标系,参照前面提到过的单位长度,连接(0,0)与(49,50)这两个点,画一条由原点向第一象限射出的射线(不是直线),这便是他的运动轨迹了,由此作出他所认为的同时间事件线很简单。他在到达距星球A49光年远的地方时,他以为这是2010年,也就是10年后,只需在时间上减掉10年,便可回到他认为的2000年元旦(而不是t0的2000年)。可是,他只是单纯的减掉时间,他不会考虑他的时间与t0的差别(因为如果他考虑的话,相对论中的相对时间便没有意义了,我们只需使用单一时间),减掉10年之后的t0是2040年元旦0时整。在刚才的坐标系上,连接(0,0)与(49,40)这两个点,再画一条由原点向第一象限射出的射线,这就是他的同时间事件线。可以看出,这个运动者的同时间事件线与x轴的夹角介于0度与45度之间(至少正半轴是这样的)。至于负半轴怎么理解呢,我们可以设想他没有于t0初从星球A出发,而是在更早的时间从星球A的另一个方向的某一地出发,那么第三象限那一部分便可理解了。其实还有第四种情况,那便是vc了。这种情况下,他会向时间的过去运动。但是由于相对论预言,速度越大的物体,其质量也越大,当一个有质量的物体达到光速时,它的质量无限大,我们没办法将它加速到达到或超过光速,这在粒子加速器中已经被验证过。不过,可以用之前第三种情况中用过的方法推导一下,这时的同时间事件线是什么样子的。这便是我的观点了。
本文标题:如何理解霍金的同时间事件线
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