四维时空中“光是相对的而不是绝对的”怎么理解?

这是爱因斯坦提出来的,自牛顿时代开始人们就普遍相信绝对时空观,即使到今天为止这也是大部分人坚信的。但是在19世纪末科学家着手去证明以太的时候,做了一个实验,被称为“迈克尔逊-莫雷饰演”或者简称为“MM实验”。但可惜的是这个实验没有证明以太的存在,恰恰相反证明了以太的不存在。

这在当时引起了很大的轰动,牛顿认为以太是光运动的介质,认为时空是绝对的。很多物理学家坚信是这个实验出现了问题,只有爱因斯坦认为以太可能真的不存在,以此为基础继续探讨下去提出了光速不变的原理,同时也提出了同时性的相对性,时间膨胀等等,这些理论统一整理了一下最后在1905年爱因斯坦26岁的时候提出了狭义相对论。

从此打破了绝对时空观,时间是相对的并非是绝对的,最简单的理解办法那就是既然光速是不变的,那么时间和空间就绝对不能恒定的,它们都是可以膨胀和收缩的,这也就是时间的膨胀效应和尺缩效应。实际上爱因斯坦提出了四维时空的概念,并非是四维空间的概念,他认为时间和空间是一个整体不可分割,时空都是相对的。

狭义相对论的时间膨胀效应指的是物体的运动速度影响了时间的流逝速度,运动速度越快自身的时间流逝速度越慢,无限接近于光速的时候时间无限接近于静止,这就是说如果我们有机会乘坐无限接近于光速的飞船飞行100年,但是在地球上可能过去了一万年或者十万年,这就是沧海桑田。但是飞船中的人自己并不会有这样的感觉,它依然会正常的工作和学习,只是我们看他每个动作都是放慢速度的。

而广义相对论的时间膨胀效应是和引力大小有关或者说时空弯曲程度有关,当引力越大的地方时间流逝速度就越慢。例如在《星际穿越》中库伯一行人来到绕超大质量恒星公转的行星上待了三个小时,但是地球上已经过去了21年,甚至留守飞船的科学家已经白发苍苍了,这就是相对论,这就是时间的相对性。

目前科学家认为在高维空间中无论是相对论还是量子力学都是适应的,四维空间比正常多出一个维度,相对论的时间相对性依然是存在的。但是目前关于高维空间只存在于数学中,算是一种猜想,目前也无法证明高维空间的存在。上个世纪提出的弦理论认为宇宙是26位时空的,随着理论的发展超对称的加入宇宙变成了10维时空的,而科学家继续整合超弦理论提出了M理论认为宇宙是11维时空的。

当然这些目前都无法证明,但是有着严格的数学过程,M理论也被认为是统一相对论和量子力学的存在,未来值得期待一下。

文/杜若,图片来源网络侵删。

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