相对论是关于时空和引力的理论,主要由爱因斯坦创立,依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性
知识解答
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彗星(Comet),是进入太阳系内亮度和形状会随日距变化而变化的绕日运动的天体,彗星物质蒸发,在冰核周围形成朦胧的彗发和一条稀薄物质流构成的彗尾。由于太阳风的压力,彗尾总是指向背离太阳的方向。
2014年2月21日,日本京都产业大学的研究小组发现彗星上有氨的存在。根据最新报道称:科学家们近日在追踪"67P/楚留莫夫-格拉希门克"彗星的罗塞塔号飞行器上发现了属于该彗星的一些化学残留物。科学家使用探测器对这些化学物质进行分析后,发现其主要成份为氨、甲烷、硫化氢、氰化氢和甲醛。由此,科学家得出结论称,彗星的气味闻起来像是臭鸡蛋、马尿、酒精和苦杏仁的气味综合。
1、从维度说起。
我们的空间是3维的,6个参数,3个方向,3个角度。时间是1维的,没有角度参数。牛顿时代,时空共7个参数。爱因斯坦引入时间空间一体的概念,令时空较空间增加了3个参数,因此时空有10个参数。
2、从对称性上深入理解
空间可以从左往右移动,也可以从右往左,满足平移对称,旋转对称,镜像对称。时间只能前进(且不停向前),不可回溯,在时间的维度上无法自由的左右移动。这是导致相对论时空具有双曲旋转对称性的而不是圆旋转对称的根本原因。三维空间中,一根棍子无论怎样平移、旋转,长度都是不变的。但是四维时空中,四维时空距离并不满足这种特性(时-空面上的旋转对应速度的变化),因为时间不允许回溯且不停向前,因此必须引入静时标准(方便对钟)——光速不变。速度为光速时时间静止,令其性质完全参数化为标量,具有空间特征,不再流动。此时时间被嵌入空间中,满足双曲旋转对称。
3、等价性
时间等价于三维空间物质的变化指标。牛顿时代,全宇宙所有的物质都有相同的变化率。爱因斯坦建立相对论后,三维空间中每点原则上都应该有不同的变化率,等价于每个空间点有一个钟,记录的时间叫固有时。
4、为什么物质会变化和移动?
移动与变化总是相对的。这是一个基本的物理哲学思想,也是空间平移对称、旋转对称性、镜像对称性的体现。物质之所以变化,通俗点说就是因为规范对称性破缺了。需要解释一下,这里所说的规范,源自数学家外尔所说的规范。外尔发现,我们的几何是用二次型定义的,即无穷小距离元。比如毕达哥拉斯定理,这种定义有一个细微的超距性质,即斜边依赖两直角边的长度,然而两直角边跟弦长不处于相同的维度上(存在一个夹角),这是一个标准尺的标准超距应用在斜边上,因此无穷小距离元的定义是依赖于平面几何的。为了定义时空的规范,外尔又引入了一个一次型的无穷小距离元,这个度量函数就定义了一种时空规范标准。
5、距离的规范对称破缺是如何衍生时间的?
假定存在一种三维的原初空间,它跟我们现在的空间不一样,我们的空间是与时间嵌合的。在三维原初空间中,距离由两个函数定义,物质进行无穷小的坐标变换时,规范被破坏,比如物质的态函数(长度或其他状态之类的):这意味着规范对称被破坏了,态函数不再具有坐标变换不变性,而是产生了某种相对性的改变,这意味着质量不仅仅是空间参量的函数,还必须引入一个新的参量,它对应能量,其对偶即时间。这就是规范对称破缺后所产生的时间参量。
6、最后的问题:质量是如何起源的?为何作无穷小坐标变换会破坏规范不变性?
这个问题就比较难答了,但是不是不可以答。涉及面太广这里就不答了。只需记住,质量是一切的起源,物质之所以是物质因为有质量。爱因斯坦认为,不存在物质的宇宙,就没有引力场,引力场等价于时空,因此没有物质就没有空间。从而时间是什么,跟物质是什么,是同一个问题。