《相對論》讀書筆記

　　終于看完了相對論，大部分都懂了，其中有些部分需要用到高等代數(shù)和很復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推理，弄得我頭暈暈的。在天文物理學(xué)方面我的局限性很大，因為我所感興趣的大多為純理論化的東西，處在學(xué)科前沿，甚至部分尚存在爭議，想真正將其弄懂并提出猜想必須有很深的相關(guān)知識積淀，我的造詣顯然不怎么地。這類東西不是想想就行的，即便是猜想，也得有一定的理論依據(jù)可循，不過我仍想闡述一下我幼稚的觀點。

　　愛因斯坦用兩個坐標(biāo)系論證了光速不變定理，過程嚴(yán)謹(jǐn)，推理中沒有疏漏，但得出的結(jié)果我還是很難理解。假設(shè)一個物體A以光速前進，難道一束光對它來說仍是以光速前進？速度是相對的，物體必然是相對于另一個物體B以光速運動。我們再假設(shè)上述那束光從物體B上發(fā)出，就得到一個矛盾的推理結(jié)果。光束與物體A相對于B來說皆以光速運行，以此來比較可得出光束與物體A相對靜止（兩者速度方向相同），但是愛因斯坦卻證明出了光速不變定理，與光束和物體A相對靜止矛盾。（本來是自己的疑問，不過在之后的推論中解決了，我沒考慮到光速的特殊性，具體在后邊詳述）

　　除了光速不變定理外，我對“雙子悖論”中愛因斯坦贊同的第一種假設(shè)也有異議。在距離的相對性上，根據(jù)洛倫茲的理解，物體在運動方向上的密度會因長度縮短而增大，這樣對于一個透明物體來說就會存在雙折射現(xiàn)象，但實驗否定了這一結(jié)論。愛因斯坦的狹義相對論則認為這種那個長度縮短和時間變慢都是由于測量者處于不同的參照系引起的，并不是實際意義上的縮短和變慢。在此我是認同愛因斯坦的說法的，即絕對時間和絕對長度不因速度而改變（這是不完全的表達，前提是空間未發(fā)生扭曲，我認為當(dāng)物體速度達到一定程度時會扭曲空間，這點后面會談到）。回過頭來我們再看“雙子悖論”，“雙子悖論”最初是作為反對相對論的一個證據(jù)提出的。一位太空旅行者，如果以地球為參照系，由于高速飛行其時間流逝應(yīng)當(dāng)比地球上慢一些，他返回地球是應(yīng)該比留在地球上的兄弟年輕。但是如果以飛船為參照系，那么出于同樣的理由，得到的結(jié)論卻是他比兄弟年老。愛因斯坦本人認為前一種推論是對的。這主要是由于飛船返航時的加速度以及飛船和地球上的引力場差所導(dǎo)致的（這里也有一個關(guān)于參照系的選取問題，在關(guān)于飛船不適合作參照系的附注中會詳細提到）。然而當(dāng)我們把相對論拿出來時，“雙子悖論”這個推理本身就是錯誤的。當(dāng)宇航員在高速飛行時，他處于另一參照系內(nèi)，以我們的參照系去觀察他，自然覺得他的時間流速比我們慢，反之亦然（附注1）。在此過程中，我必須要申明一點，看到的未必是真的。這里我們看到的就是一個假象，就像電影中的慢動作，我們看到演員做一個動作需要五秒，感覺時間流逝很慢，事實上他只用了不到一秒或更少。這是從大眾直觀的認識上來解釋，實際上這種認識方法本身就不正確，往往偏離事實、真相。愛因斯坦在相對論中通過洛倫茲變換導(dǎo)出了速度——時間方程，排除了視覺等直觀感知上的錯覺。然而正如愛因斯坦所說，時間變慢是由于測量者處于不同的參照系而改變的，上述現(xiàn)象就像我們和宇航員都以分鐘來計時，但他所在的參照系中一分鐘在絕對時間上卻與我們的兩分鐘相等（附注2）。當(dāng)宇航員返航后，無論先前兩者所在參照系有何不同，宇航員又回到了我們的參照系之內(nèi)，他與他的兄弟應(yīng)該仍是同一年齡，而不是誰比誰老。

　　接下來談第三點，我對時間、空間、速度、質(zhì)量的相關(guān)看法。首先要提到人們對時間倒流的錯誤認識，許多人以為如果以超光速運動，我們就能使時間倒流，讓往事歷歷在目。這是因為我們趕上了過去發(fā)出的光線，但是即使我們以兩倍光速運動，想要看到一秒鐘前發(fā)生的事件，也必須追出60萬千米。其清晰度相當(dāng)于我們在不動的情況下看到60萬千米之外的景象，并不可能歷歷在目�？床豢吹们迨谴我獑栴}，關(guān)鍵在于這根本就不是時間倒流。就如把今天的生活拍下來第二天看一般，你不能說你回到了昨天（后面會具體談到我眼中的時光倒流）。之前在第二段開頭提到了時間和長度因參照系的不同而改變，以及絕對時間和絕對長度不因速度而變化，是以空間不被扭曲為前提的。當(dāng)物體的速度、溫度、質(zhì)量（和密度也有一定的關(guān)系，但密度不是決定性因素）達到一定程度后，會引起空間扭曲（文中的空間扭曲指的是較大、較明顯的），此時這一區(qū)域的時間、物體的體積、密度便會受到影響而改變。在我的體系中，空間與時間是種類似于河水與河床的關(guān)系，即時間依靠空間而表現(xiàn)，從其上流淌而過。當(dāng)某處空間因扭曲而變形時，單位長度的時間流經(jīng)此處空間時所需時間就會變長，結(jié)果表現(xiàn)為時間流逝變慢（這里對閔可夫斯基四維空間的反對已初露端倪）。想要令空間扭曲需要很大的能量，空間的還原力量很大，處于空間扭曲中的物體如果自身承受力不夠，就會被空間扭曲壓碎，甚至湮滅。原本我對第三點的想法缺失一個很重要的中間理論，相對論恰好提供了這個鏈接。狹義相對論導(dǎo)致的具有普遍性的最重要的結(jié)果是關(guān)于質(zhì)量的概念，他將能量守恒定律和質(zhì)量守恒定律聯(lián)系在了一起，證明若物體速度不變，當(dāng)能量增加時其慣性質(zhì)量也隨之增加，即引力質(zhì)量隨之增加（附注3）。反推這個理論，若將一物體速度變慢而不減少其所含能量，此物體質(zhì)量就會增加。物體質(zhì)量增加它周圍的引力場隨之變強，增強到一定程度后便如黑洞一般使周圍空間扭曲，甚至塌陷（附注4）。空間有恢復(fù)的彈性系數(shù)不是彈簧那般為一個常數(shù)，他是隨空間扭曲程度增加不斷變大的。因此相對來說速度較低時空間對物體的阻礙力（附注5）很小，可以忽略不計。一旦他的速度達到一定程度，空間阻礙力就會顯現(xiàn)出來，當(dāng)速度接近光速時，想要再增加一點點速度所需的能量也是極其恐怖的。這也從側(cè)面證明了光速是我們這個宇宙的極限速度。

　　速度時間方程揭示了一個很有趣的現(xiàn)象，假設(shè)物體A加速度恒定，初速度為零，我們將會觀察到以下一幕：A速度逐漸增大，越來越快，但一會后我們就覺得它加速度變小了，接著A速度變小，越來越慢，最后居然靜止不動了。此時A的速度達到了光速，周圍的時間已停止流動，空間扭曲達到極限。這時如果A速度再增加一點，它將破開我們這個三維空間，開始時間倒流或者進行空間跳躍。當(dāng)然，在絕對靜止的時間下讓A速度繼續(xù)增加似乎是不可能的，通過這種方法時光倒流近乎于不可實現(xiàn)。由此延伸，想通過已開辟好的可利用蟲洞如黑洞進行空間跳躍也很難實現(xiàn)，因為我們會在蟲洞口達到光速，永遠停留在那一刻。由此來看，除非我們做出新的突破，否則即使在能量供應(yīng)上不存在問題，我們也無法進行時光倒流或空間跳躍，即使時間靜止也只是個無限接近的極限。自然界中的光從一定程度上打破了這個規(guī)則，它的速度不受時間的影響。盡管它以極限速度前進，但沒有出現(xiàn)時間靜止現(xiàn)象，結(jié)合相對論中光速不變的推理，我們得出一個令人很難接受的結(jié)果：光自己沒有被時間禁錮，卻禁錮了整個世界。在時間停止時，速度很大的物體和速度很小的物體沒有任何區(qū)別，都可以當(dāng)做靜止的存在。因此不論選誰作參照系，光速都是恒定的（如果有人還要提出速度不是過程量來反對的話，那是他智商問題）。于是我們就把速度時間方程和光速不變定理聯(lián)系在一起了，同時也解釋了光這個反�，F(xiàn)象的存在。

　　談到這里，不得不提一下時間倒流。之前已糾正過人們的錯誤認識，時間倒流不是畫面重現(xiàn)，而是真正的逆轉(zhuǎn)時間，回到過去。我們突破空間后，在時間隧道中跟據(jù)速度和保持超光速的時間決定我們回到過去的哪個時間段，當(dāng)速度降至光速時會被踢出時間隧道，回到過去。時間倒流的真正情況我不是很確定，只能給出三個推測：（一）在過去我們的可移動范圍不超過一步的距離，即我們的空間坐標(biāo)基本上是固定的，過去的一切對我們而言全是虛幻的存在，我們能夠看到，卻不能改變?nèi)魏挝锲贰Ｓ纱水a(chǎn)生一個問題，如果進入時間隧道的地點不恰當(dāng)，我們即使回到過去也得不到想要的信息，需要不斷的來回跳躍以調(diào)整空間坐標(biāo)，將耗費極大的能量。這是在時間跳躍初級階段所產(chǎn)生的問題，當(dāng)技術(shù)成熟后，問題將被解決。比如我們利用第四維進行移動。同樣是移動一點距離，將其放到其他三維上時，效果無疑是巨大的。另外，技術(shù)進一步發(fā)展后應(yīng)該也可以將時間隧道與空間隧道結(jié)合起來，在時間跳躍的同時進行空間跳躍，從而保證出現(xiàn)在理想的地點； （二） 類似于終結(jié)者那般回到過去并改變一些東西從而影響未來。這個可能性極小，因為那樣會產(chǎn)生很多問題與變數(shù)。首先蝴蝶效應(yīng)在這里會極為明顯，未來的人回到過去做任何微不足道的事都可能是未來發(fā)生翻天覆地的變化，時間回溯越久，效應(yīng)越明顯。其次，一個人回到過去后改變了他想改變的東西，這個“過去”會以另一個軌跡發(fā)展下去，他出發(fā)的“未來”也隨之改變。但是如果之后有人回到“過去”“未來”之間的一個時間點，這個人看到的過去是改變前的還是改變后的呢？（三）與第二個類似，區(qū)別在于過去的世界和原來的世界是完全獨立的，在過去做任何事都不會影響你出發(fā)的那個未來。同樣，這個推測的可能性也很小，有一個無限世界問題。一小段時間可以分成無數(shù)個時間點，每個時間點對應(yīng)一個世界且相互獨立，由此可得到世界的個數(shù)為無窮的無窮次方，明顯不大可能。

　　三個猜想存在一個共同的問題我不能解決——回到現(xiàn)在問題。如何才能回到現(xiàn)在呢？那個現(xiàn)在才是真正的現(xiàn)在？回到現(xiàn)在的方法暫不考慮，假設(shè)技術(shù)問題已被解決，則存在兩種情況：一、回到過去后，原來的世界對他而言時間完全靜止，再次回到現(xiàn)在，時間和他離去時一樣。此類情況中，時間隧道的盡頭就是他躍入的時間點；二、回到過去后，他原來的世界時間繼續(xù)流逝，此刻的問題在于他該回到那個時間點。是他躍入時間隧道的那個還是現(xiàn)在那個世界所在的時間點？后兩種猜想對此要求不嚴(yán)，在后兩種猜想中，一個人不論在哪個時間點，世界都是真實可互動的，第一種猜想則不同，如果不能選擇正確的時間點，他就不能回到真實的世界。這個問題我想了很久總是摸不著頭緒。

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