時間和空間的本質,探索宇宙中的基石,相對論到底是什麼

物理 相對論 宇宙 天文 星空天聞 星空天聞 2017-10-07

就在昨天,有三位物理學家因構思和設計出激光干涉儀引力波天文臺 LIGO,對直接探測引力波做出傑出貢獻,而榮獲2017年諾貝爾物理學獎。

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我們先向這三位科學家表示祝賀,再就是要說引力波就不得不提相對論,下面我來簡單的說一下相對論(狹義)。我們聽到太多關於相對論的知識,但是沒幾個人會真正明白相對論到底是什麼,大家也不用太在意理論的解釋為什麼會是這樣的。相對論是用來解釋宇宙天文學方向的一種理論,它本身就是用來顛覆人們常識的,併合理解釋大天體和光年級別的問題(其實主要是牛頓的萬有引力定律在研究這些問題時候失效了,人們必須找一個合理的理論來解釋)。

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相對論剛出來時候全世界也就幾個人能讀懂,當時物理學家和天文學家聽這一套理論就像聽天書一樣。原因是在愛因斯坦提出時間和空間聯繫成一個整體——時空之前,伽利略和牛頓都是認為時間和空間相互分離,在事件發生時才結合於框架中。當時間和空間結合在一起,涉及到不僅僅是天文還有哲學和數學方面。相對論剛出來時候,哪怕是那些受過高等教育的教授們也會發懵並開始懷疑自己懷疑人生,這也是現在如果想研究天文就要學好數學的原因所在。

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愛因斯坦提出的狹義相對論大致上可以分為兩點,第一點是我們所有宇宙的所有規則的數學表達形式應該是一樣的;第二點是光速對於所有和它相對勻速運動的觀察者是一樣的。相對論在對解釋距離超遠的兩個天體同時發生的事極為重要,比如說,我們在兩個星系外觀測這兩個天體同時發生的事件,可能在另外一個觀測者看來,這是不同時間發生的兩個事件。發生在天空中的雙星交食和另外星系的超新星爆炸,對於在銀河系中的我們來說,是同一晚上發生在天空中的。

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但是對其他遙遠的星系的觀測者來說,可能在兩個完全不同時間段。這個可能讀者無法理解是什麼意思,用通俗點話說就是光跑也是需要時間的,你看到事件發生的時候,可能光已經跑了幾億年了。在事情發生那一刻的光到觀測者的距離不同會導致一個大問題,觀測者對事件所發生的時間會產生誤導。明明是同時發生,但由於距離觀測者距離不一樣,距離近的事件會被觀測者提前發現,距離遠的事件在之後被發現,這就產生觀測時間差。

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