科普!為什麼說殘影空間的光錐之內就是命運?

2022年10月17日17:40:51 科學 1522

最近很火爆的流行詞殘影空間的”光錐之內就是命運”。光錐是指從一個世界散開的光在四維的時空里形成一個三維的圓錐。

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為什麼說:光錐之內就是命運?
首先,假設你點燃一支蠟燭,光會以不斷膨脹的氣泡形式向四周傳播,而根據相對論,任何有質量的物體都無法超過光速,所以你永遠都無法逃脫這個氣泡。如果我們把目前的狀態想象成二維空間的切片。這時的氣泡就像是一個不斷增大的圓圈,將這些圓圈堆疊起來就會形成一個錐形,這就是光錐。

而作為愛因斯坦相對論中最重要的結構,光錐影響着宇宙中最為根本的因果關係。假設距離地球很遠的宇宙深處發生了一次超新星爆炸,而其爆炸的光錐在到達地球之前,該事件不會對我們造成任何影響,而我們也無法了解爆炸的任何信息,

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只有當光錐到達地球時,我們才能看到此次的爆炸事件,這便是經典物理學的【因果律】。

在空間中,我們可以往任意方向移動,不會受到任何束縛。而在時間中,連續的光錐會迫使我們只能從過去走向未來,並永遠無法回頭。在相對論中,時間就是光錐的方向,而空間是和時間垂直的。在沒有引力影響的宇宙區域中,它們的結構都是筆直的。時間和空間會形成對稱的直線網格,所有光追的方向將會全部一致。假如在地球周圍,當一個蘋果受到地球的引力而向下墜落時,其引力不僅影響着物體本身,還影響着物體的光錐方向。因此,在一個大質量行星周圍,光錐的方向會呈現彎曲狀態,也就是說,時間也會向行星的中心彎曲,蘋果之所以會墜落,是因為他的未來指向了地球。質量扭曲了時空的幾何形狀,使時間和空間變得相對,這就是愛因斯坦廣義相對論。當質量越大的物體,所彎曲的時空就越多。如果是一個引力無限大的物體,那麼時空的彎曲也將會變得無限大。所有的光錐都會完全朝下。

如果我們在這裡點燃一支蠟燭,所有的光錐都會落入這個物體的中心,這便是我們所說的黑洞。作為宇宙中擁有最大引力的類星體,其實空的曲律將所有物體都推向中心。如果我們將黑洞想象成二維切片,並在時空中形成一個圓柱體,它的邊界就是事件世界,在視界以外部分光線可以逃逸,而在視界以內所有的光都無法逃脫。在黑洞中,光錐使任何物體的路徑向下,時間本身就是指向黑洞的中心。

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當一顆大質量恆星爆炸並癱縮時,會發出最後一道光,同時也發出最後一個不斷擴張的氣泡。但在被恆星彎曲的時空中,從外面看,氣泡似乎變成了靜止了,於是就形成了一個黑洞,也可以說它是一個被時空區綠固定住的光錐,如果把扭曲的時空拉直,時間的方向從左到右流動,我們可以清楚地看到黑洞的視界形成了光錐。所以穿過視界後就只能像黑洞的中心墜落,因為那就是世界的未來。如果我們將圖像壓縮,就會看到黑洞的外部和內部形成了兩個不同的區域,一旦我們越過視界,視界之外也就成了我們的過去,而通向起點也是任何物體在通過世界視界後的最終命運。

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