作业帮相对论何解?
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/15 09:55:31
相对论何解?
【相对论】
目前,人们对时间最完善的理解来自爱因斯坦的相对论.在相对论问世的1905年,爱因斯坦在他的相对论中说：时间是相对的,当我们以接近或超过光速的运动的时候,时间会很慢或静止,也就是说,如果一个人以接近光速旅行,那么时间对他来说就会停滞,这太令人振奋了,当人乘坐接近光速的飞船去旅行,在旅行的过程中时间就会变慢,因此,当他再回到地球的时候就可能已经过了一个世纪.对他来说,只要花很少的时间就能进入未来世界.之前,时间被广泛地认为是绝对的和普遍的,不管人的运动状态如何,时间对于每个人都是一样的.但是,1905年爱因斯坦的狭义相对论指出：
【时间旅行的可能性】
时间旅行的可能性在理论物理研究领域一直被很严肃地探讨着.
H��G��韦尔斯在《时间机器》中探讨了这些可能性,正好像其他无数的科学幻想作家那样.科学幻想的许多观念,如潜水艇以及飞往月亮等等都被科学实现了.那么,时间旅行的前景如何呢?
1949年库尔特��哥德尔发现了广义相对论允许的新的时空.这首次表明物理学定律的确允许人们在时间里旅行.哥德尔是一名数学家,他因证明了不完备性定理而名震天下.该定理是说,不可能证明所有真的陈述,哪怕你把自己限制去证明在像算术这么一目了然而且枯燥的学科中所有真的陈述.这个定理也许是我们理解和预言宇宙能力的基本极限,然而迄今它还未成为我们寻求完整统一理论的障碍.
哥德尔在和爱因斯坦于普林斯顿高级学术研究所度过他们晚年时通晓了广义相对论.他的时空具有一个古怪的性质：整个宇宙都在旋转.人们也许会问：“它相对于何物而旋转?”其答案是远处的物体绕着小陀螺或者陀螺仪的指向旋转.
这导致了一个附加的效应,一位航天员可以在他出发之前即回到地球.这个性质使爱因斯坦非常沮丧,他曾经以为广义相对论不允许时间旅行.然而,鉴于爱因斯坦对引力坍缩和不确定原理的无端反对,这也许反而是一个令人鼓舞的迹象.因为我们可以证明,我们生存其中的宇宙是不旋转的,所以哥德尔找到的解并不对应于它.它还有一个非零的宇宙常数.宇宙常数是当爱因斯坦以为宇宙是不变时引进的.在哈勃发现了宇宙的膨胀后,就不再需要宇宙常数,而现在普遍认为它应为零.然而,之后从广义相对论又找到其他一些更合理的时空,它们允许旅行到过去.其中之一即是旋转黑洞的内部.另外一种是包含两根快速穿越的宇宙弦的时空.顾名思义,宇宙弦是弦状的物体,它具有长度,但是截面很微小.实际上,它们更像在巨大张力下的橡皮筋,其张力大约为1亿亿亿吨.把一根宇宙弦系到地球上,就会把地球在1/3O秒的时间里从每小时零英里（1英里= 1.609公里）加速到每小时60英里.宇宙弦初听起来像是科学幻想物,但有理由相信,它在早期宇宙中可由对称破缺机制而产生.因为宇宙弦具有巨大的张力,而且可以从任何形态起始,所以它们一旦伸展开来,就会加速到非常高的速度.
哥德尔解和宇宙弦时空一开始就扭曲,使得总能旅行到过去.上帝也许会创生了一个如此卷曲的宇宙,但是我们没有理由相信他上帝会这样做.微波背景和轻元素丰度的观测表明,早期宇宙并没有允许时间旅行的曲率.如果无边界设想是正确的,从理论的基础上也能导出这个结论.这样问题就变成：如果宇宙初始就没有时间旅行所必须的曲率,我们能否随后把时空的局部区域卷曲到这种程度,以至于允许时间旅行?
快速恒星际或星系际旅行是一个密切相关的问题,也是科学幻想作家所关心的.根据相对论,没有东西比光运动得更快.因此,如果我们向我们最近邻的恒星α-半人马座——发送空间飞船,由于它大约在4光年那么远,所以我们预料至少要8年才能等到旅行者们回来报告他们的发现.如果要去银河系中心探险,至少要10万年才能返回.相对论确实给了我们一些宽慰.
因为时间不存在惟一的标准,而每一位观察者都拥有他自己的时间.这种时间是用他携带的时钟来测量的,这样航程对于空间旅行者比对于留在地球上的人显得更短暂是可能的.但是,这对于那些只老了几岁的回程的空间旅行者,并没有什么值得高兴的,因为他发现留在地球上的亲友们已经死去几千年了.这样,科学幻想作家为了使人们对他们的故事有兴趣,必须设想有朝一日我们能运动得比光还快.大部分这些作家似乎未意识到的是,如果你能运动得比光还快,则相对论意味着,你能向时间的过去运动,正如以下五行打油诗所描写的那样：
有位年轻小姐名怀特,
她能行走得比光还快.
她以相对性的方式,
在当天刚刚出发,
却已在前晚到达.
关键在于相对论认为不存在让所有观察者同意的惟一的时间测量.相反地,每位观察者各有自己的时间测量.如果一枚火箭能以低于光的速度从事件A（如2012年奥林匹克竞赛的100米决赛）至事件B（如α-半人马座议会第100,004届会议的开幕式）,那么根据所有观察者的时间,他们都同意事件A发生于事件B之先.然而,假定飞船必须以超过光的速度才能把竞赛的消息送到议会,那么以不同速度运动的观察者关于事件A和事件B何为前何为后就众说纷纭.按照一位相对于地球静止的观察者,议会开幕也许是在竞赛之后.这样,这位观察者会认为,如果他不理光速限制的话,该飞船能及时地从A赶到B.然而,在α-半人马座上以接近光速在离开地球方向飞行的观察者就会觉得事件B,也就是议会开幕,先于事件A,也就是百米决赛发生.相对论告诉我们.对于以不同速度运动的观察者,物理定律是完全相同的.
这已被实验很好地检验过.人们认为,即使用更高级的理论去取代相对论,它仍然会被作为一个特性而保留下来.这样,如果超光速旅行是可能的,运动的观察者会说,就有可能从事件B,也就是议会开幕式,赶到事件A,也就是百米竞赛.如果他运动得更快一些,他甚至还来得及在赛事之前赶回,并在得知谁是赢家的情形下放下赌金.
要打破光速壁垒存在一些问题.相对论告诉我们,飞船的速度越接近光速,用以对它加速的火箭功率就必须越来越大.对此我们已有实验的证据,但不是空间飞船的经验,而是在诸如费米实验室或者欧洲核子研究中心的粒子加速器中的基本粒子的经验.我们可以把粒子加速到光速的99．99％,但是不管我们注入多少功率,也不能把它们加速到超过光速壁垒.空间飞船的情形也是类似的：不管火箭有多大功率,也不可能加速到光速以上.
请采纳.
目前,人们对时间最完善的理解来自爱因斯坦的相对论.在相对论问世的1905年,爱因斯坦在他的相对论中说：时间是相对的,当我们以接近或超过光速的运动的时候,时间会很慢或静止,也就是说,如果一个人以接近光速旅行,那么时间对他来说就会停滞,这太令人振奋了,当人乘坐接近光速的飞船去旅行,在旅行的过程中时间就会变慢,因此,当他再回到地球的时候就可能已经过了一个世纪.对他来说,只要花很少的时间就能进入未来世界.之前,时间被广泛地认为是绝对的和普遍的,不管人的运动状态如何,时间对于每个人都是一样的.但是,1905年爱因斯坦的狭义相对论指出：
【时间旅行的可能性】
时间旅行的可能性在理论物理研究领域一直被很严肃地探讨着.
H��G��韦尔斯在《时间机器》中探讨了这些可能性,正好像其他无数的科学幻想作家那样.科学幻想的许多观念,如潜水艇以及飞往月亮等等都被科学实现了.那么,时间旅行的前景如何呢?
1949年库尔特��哥德尔发现了广义相对论允许的新的时空.这首次表明物理学定律的确允许人们在时间里旅行.哥德尔是一名数学家,他因证明了不完备性定理而名震天下.该定理是说,不可能证明所有真的陈述,哪怕你把自己限制去证明在像算术这么一目了然而且枯燥的学科中所有真的陈述.这个定理也许是我们理解和预言宇宙能力的基本极限,然而迄今它还未成为我们寻求完整统一理论的障碍.
哥德尔在和爱因斯坦于普林斯顿高级学术研究所度过他们晚年时通晓了广义相对论.他的时空具有一个古怪的性质：整个宇宙都在旋转.人们也许会问：“它相对于何物而旋转?”其答案是远处的物体绕着小陀螺或者陀螺仪的指向旋转.
这导致了一个附加的效应,一位航天员可以在他出发之前即回到地球.这个性质使爱因斯坦非常沮丧,他曾经以为广义相对论不允许时间旅行.然而,鉴于爱因斯坦对引力坍缩和不确定原理的无端反对,这也许反而是一个令人鼓舞的迹象.因为我们可以证明,我们生存其中的宇宙是不旋转的,所以哥德尔找到的解并不对应于它.它还有一个非零的宇宙常数.宇宙常数是当爱因斯坦以为宇宙是不变时引进的.在哈勃发现了宇宙的膨胀后,就不再需要宇宙常数,而现在普遍认为它应为零.然而,之后从广义相对论又找到其他一些更合理的时空,它们允许旅行到过去.其中之一即是旋转黑洞的内部.另外一种是包含两根快速穿越的宇宙弦的时空.顾名思义,宇宙弦是弦状的物体,它具有长度,但是截面很微小.实际上,它们更像在巨大张力下的橡皮筋,其张力大约为1亿亿亿吨.把一根宇宙弦系到地球上,就会把地球在1/3O秒的时间里从每小时零英里（1英里= 1.609公里）加速到每小时60英里.宇宙弦初听起来像是科学幻想物,但有理由相信,它在早期宇宙中可由对称破缺机制而产生.因为宇宙弦具有巨大的张力,而且可以从任何形态起始,所以它们一旦伸展开来,就会加速到非常高的速度.
哥德尔解和宇宙弦时空一开始就扭曲,使得总能旅行到过去.上帝也许会创生了一个如此卷曲的宇宙,但是我们没有理由相信他上帝会这样做.微波背景和轻元素丰度的观测表明,早期宇宙并没有允许时间旅行的曲率.如果无边界设想是正确的,从理论的基础上也能导出这个结论.这样问题就变成：如果宇宙初始就没有时间旅行所必须的曲率,我们能否随后把时空的局部区域卷曲到这种程度,以至于允许时间旅行?
快速恒星际或星系际旅行是一个密切相关的问题,也是科学幻想作家所关心的.根据相对论,没有东西比光运动得更快.因此,如果我们向我们最近邻的恒星α-半人马座——发送空间飞船,由于它大约在4光年那么远,所以我们预料至少要8年才能等到旅行者们回来报告他们的发现.如果要去银河系中心探险,至少要10万年才能返回.相对论确实给了我们一些宽慰.
因为时间不存在惟一的标准,而每一位观察者都拥有他自己的时间.这种时间是用他携带的时钟来测量的,这样航程对于空间旅行者比对于留在地球上的人显得更短暂是可能的.但是,这对于那些只老了几岁的回程的空间旅行者,并没有什么值得高兴的,因为他发现留在地球上的亲友们已经死去几千年了.这样,科学幻想作家为了使人们对他们的故事有兴趣,必须设想有朝一日我们能运动得比光还快.大部分这些作家似乎未意识到的是,如果你能运动得比光还快,则相对论意味着,你能向时间的过去运动,正如以下五行打油诗所描写的那样：
有位年轻小姐名怀特,
她能行走得比光还快.
她以相对性的方式,
在当天刚刚出发,
却已在前晚到达.
关键在于相对论认为不存在让所有观察者同意的惟一的时间测量.相反地,每位观察者各有自己的时间测量.如果一枚火箭能以低于光的速度从事件A（如2012年奥林匹克竞赛的100米决赛）至事件B（如α-半人马座议会第100,004届会议的开幕式）,那么根据所有观察者的时间,他们都同意事件A发生于事件B之先.然而,假定飞船必须以超过光的速度才能把竞赛的消息送到议会,那么以不同速度运动的观察者关于事件A和事件B何为前何为后就众说纷纭.按照一位相对于地球静止的观察者,议会开幕也许是在竞赛之后.这样,这位观察者会认为,如果他不理光速限制的话,该飞船能及时地从A赶到B.然而,在α-半人马座上以接近光速在离开地球方向飞行的观察者就会觉得事件B,也就是议会开幕,先于事件A,也就是百米决赛发生.相对论告诉我们.对于以不同速度运动的观察者,物理定律是完全相同的.
这已被实验很好地检验过.人们认为,即使用更高级的理论去取代相对论,它仍然会被作为一个特性而保留下来.这样,如果超光速旅行是可能的,运动的观察者会说,就有可能从事件B,也就是议会开幕式,赶到事件A,也就是百米竞赛.如果他运动得更快一些,他甚至还来得及在赛事之前赶回,并在得知谁是赢家的情形下放下赌金.
要打破光速壁垒存在一些问题.相对论告诉我们,飞船的速度越接近光速,用以对它加速的火箭功率就必须越来越大.对此我们已有实验的证据,但不是空间飞船的经验,而是在诸如费米实验室或者欧洲核子研究中心的粒子加速器中的基本粒子的经验.我们可以把粒子加速到光速的99．99％,但是不管我们注入多少功率,也不能把它们加速到超过光速壁垒.空间飞船的情形也是类似的：不管火箭有多大功率,也不可能加速到光速以上.
请采纳.