第23章 相对宇宙(1/1)

首发：~第23章 相对宇宙

“我们需要对物理学进行一场脱胎换骨的革命！”

当赵寒梅对尚志明说这番话的时候，尚志明的眼睛里出现了一缕光。

尚志明等待这一天已经很久了。

一直以来，无数物理学家们一直试图去构造一个大一统方程。

但是无数的事实告诉我们，我们在现实生活中从来没有能够在理想条件下做实验的可能性。

所以历代物理学家们发明了“理论值”和“实际值”这两个词汇，用来描述物理实验的预期成果和实际结果之间的偏差。

而这二者的偏差值就是所谓的“误差”。

但是这就涉及到一个根本性的问题，你怎么能保证误差不是影响实验结果的主要因素呢？

这个时候哲学家们会说“万事万物都是相对的，一切事物都不绝对。”

可是，这样一句话也存在一个逻辑漏洞。

那就是“绝对”的概念是不是也是相对的。

如果“绝对”概念确实是绝对的，那么就和一切事物都不绝对这句话矛盾；但是如果没有绝对这一概念，那为什么创造出来“绝对”这一概念呢？

或者换句话说，如果万事万物都可以用辩证法来看待或者去比较的话，那么我们还要单独开一门物理学干什么？意义在哪里？

所以由于观察者视角的不同，所能看到的事物是不一样的。

一个著名的“双胞胎悖论”就是说明这一结论的问题。

设想有两个孪生兄弟甲和乙，甲乘飞船作太空旅行，乙留在地面等待甲。

甲所乘坐的飞船在极短的时间内加速到速度v（速度v接近光速c）。

然后飞船以速度v作匀速直线飞行，飞船飞行很长一段时间后，迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行。

甲回到地面时紧急减速、降落，并与一直在地面上的乙会合。

甲只在启动、调头、减速降落的三段时间内有加速度，其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行，处于狭义相对论适用的惯性系，太空飞行期间所度过的时间为t。

则当甲作高速太空旅行，返回时会发现乙比甲变老了。

如果飞船速度非常接近光速c，相对论效应就会非常明显，如若v = 09999c ，则t=7071t。

即如在这一对孪生兄弟20岁时，甲乘飞船作太空飞行，甲认为飞行时间只有一年，在其返回地面时，甲只有21岁，但他却发现乙却成了90多岁的老人了，亦即乙比甲年老了许多。

但是，以上情形还可以换另一个角度来考察。

即对于乘坐太空飞船的甲来说，甲在飞船上静止不动，甲看到乙在极短的时间内朝相反的方向加速到速度v，然后乙以速度v作匀速直线飞行，乙飞行很长一段时间后，迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行，在与甲会合时紧急减速。在甲看来，乙只在启动、调头、减速的三段时间内有加速度，其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行、亦处于狭义相对论适用的惯性系。

因此，在甲看来，如果略去乙启动、调头、减速这三段时间（因这三段时间相对很短），在乙离开飞船期间，乙所度过的时间t与甲所度过的时间t也应存在前述关系（狭义相对论一般将相对于静止系统作匀速直线运动的系统内静止的钟所走过的时间记为t，称为该系统的原时）。

这样，在甲乙会面时，甲比乙变老了。即如乙作匀速直线飞行的速度为v = 09999c ，在乙飞离甲一年后与甲会面时，乙只有21岁，但他却发现甲却成了90多岁的老人了，亦即甲比乙年老了许多。

可见，从不同的角度分析其结论是不同的，而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了许多还是甲比乙年老了许多？还是两者都错了，二人应该一样年轻？这个命题就叫做“双胞胎悖论”。

我们也可以从几何学和扑拓学角度考虑这个问题。

即甲和乙的时间都没有变，而是他们正在罗氏几何双曲时空面上运动。

罗巴切夫斯基几何，也称双曲几何，波利亚-罗巴切夫斯基几何或罗氏几何，是一种独立于欧几里得几何的一种几何公理系统。

双曲几何的公理系统和欧氏几何的公理系统不同之处在于欧几里得几何的“第五公设”（又称平行公理，等价于“过直线之外一点有唯一的一条直线和已知直线平行”）被代替为“双曲平行公理”（等价于“过直线之外的一点至少有两条直线和已知直线平行”）。

在这种公理系统中，经过演绎推理，可以证明一系列和欧氏几何内容不同的新的几何命题，比如三角形的内角和小于180度。

凡是不涉及到平行公理的几何命题，在欧氏几何中如果是正确的，在双曲几何中也同样是正确的。而依赖于平行公理的命题，在双曲几何中都不成立。

下面举几个例子加以说明：:

欧氏几何：

同一直线的垂线和斜线相交。

垂直于同一直线的两条直线平行。

存在相似而不全等的多边形。

过不在同一直线上的三点可以做且仅能做一个圆。

双曲几何：

同一直线的垂线和斜线不一定相交。

垂直于同一直线的两条直线，当两端延长的时候，离散到无穷。

不存在相似而不全等的多边形。过不在同一直线上的三点，不一定能做一个圆。

从上面所列举得罗巴切夫斯基几何的一些命题可以看到，这些命题和我们所习惯的直观有矛盾。

所以罗巴切夫斯基几何中的一些几何事实没有象欧氏几何那样容易被接受。

但是，我们可以用习惯的欧氏几何中的事实作一个直观“模型”来解释罗氏几何是正确的。

例如双胞胎悖论这一悖论如果套用一个平面越过一个双曲线类似于反曲弓一样的时空平面时，就可以转换成简单的二维欧氏几何问题。

尚志明感到，随着是空的复杂程度，人类或许真的可以进击第五维度。

但是，人类会成功吗？