相对论读书笔记

相对论读书笔记
终于看完了相对论，大部分都懂了，其中有些部分需要用到
高等代数和很复杂的数学公式推理，弄得我头晕晕的。

在天文物
理学方面我的局限性很大，因为我所感兴趣的大多为纯理论化的
东西，处在学科前沿，甚至部分尚存在争议，想真正将其弄懂并
提出猜想必须有很深的
终于看完了相对论，大部分都懂了，其中有些部分需要用
到高等代数和很复杂的数学公式推理，弄得我头晕晕的。

在天文
物理学方面我的局限性很大，因为我所感兴趣的大多为纯理论化
的东西，处在学科前沿，甚至部分尚存在争议，想真正将其弄懂
并提出猜想必须有很深的相关知识积淀，我的造诣显然不怎么地。

这类东西不是想想就行的，即便是猜想，也得有一定的理论依据
可循，不过我仍想阐述一下我幼稚的观点。

爱因斯坦用两个坐标系论证了光速不变定理，过程严谨，推
理中没有疏漏，但得出的结果我还是很难理解。

假设一个物体A
以光速前进，难道一束光对它来说仍是以光速前进？速度是相对的，物体必然是相对于另一个物体B以光速运动。

我们再假设上
述那束光从物体B上发出，就得到一个矛盾的推理结果。

光束与
物体A相对于B来说皆以光速运行，以此来比较可得出光束与物体A相对静止（两者速度方向相同），但是爱因斯坦却证明出了光速不变定理，与光束和物体A相对静止矛盾。

（本来是自己的疑问，
不过在之后的推论中解决了，我没考虑到光速的特殊性，具体在
后边详述）
除了光速不变定理外，我对“双子悖论”中爱因斯坦赞同的
第一种假设也有异议。

在距离的相对性上，根据洛伦兹的理解，
物体在运动方向上的密度会因长度缩短而增大，这样对于一个透
明物体来说就会存在双折射现象，但实验否定了这一结论。

爱因
斯坦的狭义相对论则认为这种那个长度缩短和时间变慢都是由于
测量者处于不同的参照系引起的，并不是实际意义上的缩短和变慢。

在此我是认同爱因斯坦的说法的，即绝对时间和绝对长度不
因速度而改变（这是不完全的表达，前提是空间未发生扭曲，我认为当物体速度达到一定程度时会扭曲空间，这点后面会谈到）。

回过头来我们再看“双子悖论”，“双子悖论”最初是作为反对相
对论的一个证据提出的。

一位太空旅行者，如果以地球为参照系，由于高速飞行其时间流逝应当比地球上慢一些，他返回地球是应
该比留在地球上的兄弟年轻。

但是如果以飞船为参照系，那么出
于同样的理由，得到的结论却是他比兄弟年老。

爱因斯坦本人认
为前一种推论是对的。

这主要是由于飞船返航时的加速度以及飞
船和地球上的引力场差所导致的（这里也有一个关于参照系的选取问题，在关于飞船不适合作参照系的附注中会详细提到）。

然而当我们把相对论拿出来时，“双子悖论”这个推理本身就是错误的。

当宇航员在高速飞行时，他处于另一参照系内，以我们的参照系
去观察他，自然觉得他的时间流速比我们慢，反之亦然（附注1）。

在此过程中，我必须要申明一点，看到的未必是真的。

这里我们
看到的就是一个假象，就像电影中的慢动作，我们看到演员做一
个动作需要五秒，感觉时间流逝很慢，事实上他只用了不到一秒
或更少。

这是从大众直观的认识上来解释，实际上这种认识方法
本身就不正确，往往偏离事实、真相。

爱因斯坦在相对论中通过
洛伦兹变换导出了速度——时间方程，排除了视觉等直观感知上
的错觉。

然而正如爱因斯坦所说，时间变慢是由于测量者处于不
同的参照系而改变的，上述现象就像我们和宇航员都以分钟来计时，但他所在的参照系中一分钟在绝对时间上却与我们的两分钟
相等（附注2）。

当宇航员返航后，无论先前两者所在参照系有何不同，宇航员又回到了我们的参照系之内，他与他的兄弟应该仍
是同一年龄，而不是谁比谁老。

接下来谈第三点，我对时间、
空间、速度、质量的相关看法。

首先要提到人们对时间倒流的错
误认识，许多人以为如果以超光速运动，我们就能使时间倒流，
让往事历历在目。

这是因为我们赶上了过去发出的光线，但是即
使我们以两倍光速运动，想要看到一秒钟前发生的事件，也必须
追出60万千米。

其清晰度相当于我们在不动的情况下看到60万千米之外的景象，并不可能历历在目。

看不看得清是次要问题，关
键在于这根本就不是时间倒流。

就如把今天的生活拍下来第二天
看一般，你不能说你回到了昨天（后面会具体谈到我眼中的时光倒流）。

之前在第二段开头提到了时间和长度因参照系的不同而改变，以及绝对时间和绝对长度不因速度而变化，是以空间不被扭曲为
前提的。

当物体的速度、温度、质量（和密度也有一定的关系，但密度不是决定性因素）达到一定程度后，会引起空间扭曲（文中的空间扭曲指的是较大、较明显的），此时这一区域的时间、物体的体积、密度便会受到影响而改变。

在我的体系中，空间与时间是
种类似于河水与河床的关系，即时间依靠空间而表现，从其上流
淌而过。

当某处空间因扭曲而变形时，单位长度的时间流经此处
空间时所需时间就会变长，结果表现为时间流逝变慢（这里对闵可夫斯基四维空间的反对已初露端倪）。

想要令空间扭曲需要很大的能量，空间的还原力量很大，处于空间扭曲中的物体如果自身承
受力不够，就会被空间扭曲压碎，甚至湮灭。

原本我对第三点的
想法缺失一个很重要的中间理论，相对论恰好提供了这个链接。

狭义相对论导致的具有普遍性的最重要的结果是关于质量的概念，他将能量守恒定律和质量守恒定律联系在了一起，证明若物体速
度不变，当能量增加时其惯性质量也随之增加，即引力质量随之
增加（附注3）。

反推这个理论，若将一物体速度变慢而不减少其所含能量，此物体质量就会增加。

物体质量增加它周围的引力场
随之变强，增强到一定程度后便如黑洞一般使周围空间扭曲，甚
至塌陷（附注4）。

空间有恢复的弹性系数不是弹簧那般为一个常数，他是随空间扭曲程度增加不断变大的。

因此相对来说速度较
低时空间对物体的阻碍力（附注5）很小，可以忽略不计。

一旦他的速度达到一定程度，空间阻碍力就会显现出来，当速度接近光
速时，想要再增加一点点速度所需的能量也是极其恐怖的。

这也
从侧面证明了光速是我们这个宇宙的极限速度。

速度时间方程揭示了一个很有趣的现象，假设物体A加速度
恒定，初速度为零，我们将会观察到以下一幕：A速度逐渐增大，越来越快，但一会后我们就觉得它加速度变小了，接着A速度变小，越来越慢，最后居然静止不动了。

此时A的速度达到了光速，周围的时间已停止流动，空间扭曲达到极限。

这时如果A速度再
增加一点，它将破开我们这个三维空间，开始时间倒流或者进行
空间跳跃。

当然，在绝对静止的时间下让A速度继续增加似乎是
不可能的，通过这种方法时光倒流近乎于不可实现。

由此延伸，
想通过已开辟好的可利用虫洞如黑洞进行空间跳跃也很难实现，
因为我们会在虫洞口达到光速，永远停留在那一刻。

由此来看，
除非我们做出新的突破，否则即使在能量供应上不存在问题，我
们也无法进行时光倒流或空间跳跃，即使时间静止也只是个无限
接近的极限。

自然界中的光从一定程度上打破了这个规则，它的
速度不受时间的影响。

尽管它以极限速度前进，但没有出现时间
静止现象，结合相对论中光速不变的推理，我们得出一个令人很
难接受的结果：光自己没有被时间禁锢，却禁锢了整个世界。

在
时间停止时，速度很大的物体和速度很小的物体没有任何区别，
都可以当做静止的存在。

因此不论选谁作参照系，光速都是恒定
的（如果有人还要提出速度不是过程量来反对的话，那是他智商问题）。

于是我们就把速度时间方程和光速不变定理联系在一起了，同时也解释了光这个反常现象的存在。

谈到这里，不得不提一下
时间倒流。

之前已纠正过人们的错误认识，时间倒流不是画面重现，而是真正的逆转时间，回到过去。

我们突破空间后，在时间
隧道中跟据速度和保持超光速的时间决定我们回到过去的哪个时
间段，当速度降至光速时会被踢出时间隧道，回到过去。

时间倒
流的真正情况我不是很确定，只能给出三个推测：（一）在过去我们的可移动范围不超过一步的距离，即我们的空间坐标基本上是
固定的，过去的一切对我们而言全是虚幻的存在，我们能够看到，却不能改变任何物品。

由此产生一个问题，如果进入时间隧道的
地点不恰当，我们即使回到过去也得不到想要的信息，需要不断
的来回跳跃以调整空间坐标，将耗费极大的能量。

这是在时间跳
跃初级阶段所产生的问题，当技术成熟后，问题将被解决。

比如
我们利用第四维进行移动。

同样是移动一点距离，将其放到其他
三维上时，效果无疑是巨大的。

另外，技术进一步发展后应该也
可以将时间隧道与空间隧道结合起来，在时间跳跃的同时进行空
间跳跃，从而保证出现在理想的地点；（二）类似于终结者那般回到过去并改变一些东西从而影响未来。

这个可能性极小，因为
那样会产生很多问题与变数。

首先蝴蝶效应在这里会极为明显，
未来的人回到过去做任何微不足道的事都可能是未来发生翻天覆
地的变化，时间回溯越久，效应越明显。

其次，一个人回到过去
后改变了他想改变的东西，这个“过去”会以另一个轨迹发展下去，他出发的“未来”也随之改变。

但是如果之后有人回到“过去”“未来”之间的一个时间点，这个人看到的过去是改变前的
还是改变后的呢？（三）与第二个类似，区别在于过去的世界和原来的世界是完全独立的，在过去做任何事都不会影响你出发的那
个未来。

同样，这个推测的可能性也很小，有一个无限世界问题。

一小段时间可以分成无数个时间点，每个时间点对应一个世界且
相互独立，由此可得到世界的个数为无穷的无穷次方，明显不大
可能。

三个猜想存在一个共同的问题我不能解决——回到现在问题。

如何才能回到现在呢？那个现在才是真正的现在？回到现在的方
法暂不考虑，假设技术问题已被解决，则存在两种情况：一、回
到过去后，原来的世界对他而言时间完全静止，再次回到现在，
时间和他离去时一样。

此类情况中，时间隧道的尽头就是他跃入
的时间点；二、回到过去后，他原来的世界时间继续流逝，此刻
的问题在于他该回到那个时间点。

是他跃入时间隧道的那个还是
现在那个世界所在的时间点？后两种猜想对此要求不严，在后两
种猜想中，一个人不论在哪个时间点，世界都是真实可互动的，
第一种猜想则不同，如果不能选择正确的时间点，他就不能回到
真实的世界。

这个问题我想了很久总是摸不着头绪。