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宇宙中有时间静止的地方吗?黑洞中心的时间是绝对静止的吗?

空间的绝对参考系大家都可以理解,毕竟从相对论将牛顿拉下神坛之后,绝对参考系就不复存在了!相对论告诉我们,无论时间还是空间都是相对的,没有绝对的参考系,更没有完全一致的时间!但广义相对论又告诉我们,黑洞中时间静止,那么问题就来了,宇宙中到底有没有时间绝对静止的地方?

时空的认识历程

地心说的绝对参考系是地球,因为天上的所有行星都围着地球转,这和我们看到的现象是一致的,所以从古希腊时代到十五世纪初期为止,大家都深信不疑,即使阿里斯塔克斯的日心说思维火花仍然被淹没在了历史的滚滚洪流中。

而古希腊俄耳甫斯教认为宇宙之初一片混沌,时间的出现伴随了运动,而运动能将混沌区分并且逐渐演化成今天这世界,所以时间成为主宰宇宙演化的第一因素。古希腊人对时间的认识颇为深刻,至少他们认为时间和运动是不可分割的,也是宇宙演化不可分割的一部分。

  • 牛顿的绝对时空观

牛顿万有引力和三大运动体系下的成就是斐然的,但在时间的认识上仍然有非常大的局限,他在《自然哲学的数学原理》中表达了他的绝对时空观,他认为时间和空间是分离的,时间和空间之间没有相互关系,两者独立,无论空间是否存在,时间都是单独流逝的!

他认为宇宙中存在绝对参考系以太的存在,而且光和引力都通过它来传递,天体在平坦的时空中运行,日复一日,年复一年,在宇宙的任何一个角落,时间都保持一致!无论空间与否,时间都随之流逝!

牛顿的时空观比较符合我们日常理解,而且对于日常,这个时空观并无多少影响,甚至所有对于运动的观测还相当符合实际,所以经典力学时代历经300年不衰,这是有扎实基础的。

  • 爱因斯坦相对论时空观

在爱因斯坦之前,勒维耶已经发现了水星那奇怪的运动方式,观测总是和计算存在差异,尽管一百年才差38‘’,但勒维耶并没放弃,反而认为这是水内行星祝融星在干扰水星,假如真的存在祝融星那么这个问题会进入恶性循环,因为干扰水星运行轨道的不是其他新娘高兴那个的引力,而是太阳弯曲了周围的空间,而水星轨道特别椭圆,它所经过的区域弯曲时空不一样,所以导致了进动被大幅度放大。

另一标志性事件则是以太漂移的零结果,这也许是狭义相对论的催生针,因为直接导致了洛仑兹和庞加莱为之解释,但他们最终也未能抛弃绝对参考系以太。

爱因斯坦在抛弃以太论后以光速不变和狭义相对性原理推出了狭义相对论,根据洛仑兹变换可以推导出光速运动中的物体时间是静止的,宇宙中没有能达到光速的物体,除了光子!

因此在第一个时间静止的物体诞生了!

狭义相对论十年后,爱因斯坦推出了广义相对论,同年史瓦西就从中解出了一个特殊解,即:史瓦西度规,定义了天体在坍缩到某个尺寸以下时将无可避免的坍缩为黑洞,比如:

  • 地球的史瓦西半径是9MM,即当地球坍缩到9MM时就刹不住车了,将直接成为黑洞。

  • 太阳的史瓦希半径大约是2.9千米,但太阳无法自然坍缩成黑洞,因为至少要3.2倍太阳质量(奥本海默极限)

广相认为时空是不可分割的一个整体,质量会对周围的时空造成影响,正如惠勒所言“质量告诉时空如何弯曲,时空告诉质量如何运动”,黑洞视界内光速都无法逃逸,因此在视界之内时间是停滞的,和光速运动中的时间停滞一样,两者等效!

第二个时间静止的物体出现了!

光子和黑洞的时间是绝对静止的吗?

从上文来所述来理解,似乎没有错,我们可以用钟慢效应推导出光速运动体系下时间是静止的,而在黑洞的视界内也可以推导出世间静止。

钟慢效应公式

引力场中时间转换公式

有兴趣的朋友可以算算,当地球变成9mm半径时,在小于9MM的位置时间交换比是多大,如果各位计算准确的话,应该能算出和光速飞船内部一样的结果!

  • 问题来了,在黑洞内或者光速飞船内的乘客会肚子饿吗?

如果只是假设不去考虑达不到光速或者黑洞撕裂人体这种问题的话,那么答案是肯定的,一样会肚子饿,这个区域只是在外界观测者看来时间停止而已!但内部有其和普通时空一样的时间流逝方式,简单的说如果未来真的有一艘光速飞船打算出发遨游宇宙,那么你最好帮他们准备好补给。

当然如果某人打算去黑洞呆上一阵子,那么请务比照准备,因为我们的时间体系不再和光速飞船和黑洞内部一致,我们无法计算出黑洞内部流逝了多少时间,也不知道光速飞船时间几何,不可预测事件会发生哦。

  • 对于外部观测者,他们的时间静止了吗?

对于光子来说,似乎是,但它会被引力场所左右,一颗光子会在引力场中被红移,能量下降,当然能量依然守恒,它不过消耗在了引力梯度空间中而已,甚至它可能在引力场中被束缚住一身,或者被吞噬。从这个角度来看,如果有一片无限的空间,光子的时间体系可以一直都是零。

黑洞呢?曾经认为黑洞是一个一毛不拔的天体,但霍金辐射的发现打破了这个观点,根据霍金辐射的计算:

恒星型黑洞大约可以存在:10^66年

超大型黑洞大约可以存在:10^90年

黑洞的时间是绝对静止的吗?看起来未必,它仍然受到了外界时间体系的影响,只是非常小而已,但终归是一个有限的时间,因此对于绝对静止的时间来说,黑洞在严格意义上来看并不是!

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