为什么说光追之内皆是命运呢?想象你点燃了一只蜡烛,蜡烛向四面八方散发出烛光,形成了一个不断增长的三维光泡。如果你处在这个光泡内,就没有办法摆脱它,这是因为你无法超越光速。 接下来,我们切换到二维平面来观察。点燃蜡烛后,烛光在我们周围形成了一个圈,但如果我们将其逐个图像进行分解,会发现光泡是一个接一个堆叠起来的。 转到侧面来看,就会发现随着时间的流逝而增长的光泡形成了一个锥形,这个锥形被物理学家们称之为光锥。在相对论中,光锥是从单个事件发出并在各个方向传播的闪光穿过时空的路径, 像时间、空间、因果关系,这些物理学中的事物都可以用光锥来描述,而光锥的侧面倾斜角度为四十五度。这是因为在既定的时间内,光总是在以设定的距离传播,比如光在一年内就会在真 空中传播一光年的距离。我们想象在距离地球很远的地方发生了一次超新星爆发,然而在其光锥到达地球之前,超星星爆发事件却不会影响到我们。这是因为没有任何东西可以比光传播的更快,而只有在其光锥波及到地球时, 我们才能在地球上看到和感受到这次超新星爆发。这就是所谓的因果关系,即一个事件触发另一个事件时都会受到光速的限制。除此之外,光追还可以让我们很容易的去理解时间和空间之间的概念差异。在空间中,我们可以向任意方向移动,甚至可以掉头旋转,但在时间中, 所有物体都会被破延。直线朝同一个方向移动。光阴似箭,我们不可能回头,总是从过去走向未来,而光追却可以让我们清楚的看到这种差异。空间中,我们可以自由选择方向,但随着时间的推移,连续的光追迫使我们始终前行。换 言之,时间在相对论中只是光追的方向,而正是因为这个方向使我们无法回头。这是所有被允许的轨迹所指向的方向,也是我们未来发展的唯一方向。在另一方面,空间是所有其他方向的集合,它与时间垂直放大到我们的宇宙也是如此。在没有引力的宇宙区域,时间和空间是笔直的, 他们形成了一个对称的直线网格。所有光追在方向上都是对齐的。然而,在大质量天体周围,例如在地球周围,当一个苹果掉落的时候,苹果会随着地球的引力而逐渐向下坠落。 但引力不仅会影响到苹果本身,还会影响到光。苹果会随着时间的推移发出光泡,他们也会被向下吸引。当靠近地球是苹果的光锥不再相互对齐,他们会在地球的重力作用下越来越向下弯曲。在地球面前,光锥的方向是向地球弯曲的,或者可以理解为 时间会朝地球的中心弯曲。简单理解的话,苹果之所以会掉落,是因为它的未来就指向地球。地球的大质量扭曲了宇宙的几何形状,使得时空变得相对,而他们的方向取决于我们所处的位置。这就是爱因斯坦的广义相对论。 总而言之,质量越大的物体,它弯曲的时空也就越多。而黑洞就是一个质量非常大的天体,它产生的时空趋率在一定高度以下,所有的光锥都会完全朝下。如果我们在黑洞的位置点燃一根蜡烛, 那么所有的光线都注定会落向中心。什么是黑洞呢?黑洞是时空巨率大道光都无法重启世界,世界逃脱的天体。 我们可以将黑洞理解成一种气泡,其中时空区域会将所有物体推向黑洞的中心。接下来,我们转为二维空间切片来观察。在二维空间中,黑洞看起来像是一个圆圈,从侧面看起来为一个圆柱。在世界 世界以外,一切光线都可以逃逸,而在事件世界以内,所有光线都将被捕获。黑洞中的光锥会迫使一切物体路径向下。换言之,时间本身就指向黑洞的中心。但要理解黑洞中时空的真正含义,我们需要从两个不同的角色去观察,积极将坠入黑洞的宇航员和远距离的观察者。 首先,对于远距离的观察者来说,引力对他几乎没有影响,时空网格也是非常平坦的。因此对他来说,时间自始至终从左向右流动,黑洞的世界世界是静止的。但对于即将坠入黑洞的宇航员来说, 随着他越来越接近世界世界,时间和空间就会因黑洞的存在变得越来越弯曲。而当他最终到达世界世界时,时间和空间倾斜了四十五度。此时,世界不再是一条从过去到未来的水平线,而是一条以四十五度上升的对角线,看起 起来就像是一个光锥的表面,因此黑洞的这种行为就像是一个光锥,这也是任何物体进入世界世界后无法逃脱的根本原因。而当宇航员穿越世界世界后,时间和空间的概念似乎发生了转换, 以前穿过空间的方向,此事变成了时间的方向。黑洞的世界不再是一个地方,而是宇航员过去的一个瞬间,并且黑洞的中心也不再是一个点,而是宇航员未来的一个世界, 因为它的未来就在这个方向上。当一颗大质量恒星寿终正寝自行探索时,它会发射出最后一道闪光,但在弯曲的时空中会被恒星的质量弯曲。我们从表面看,气泡似乎是静止的,这是因为黑洞造成的时空曲率迫使它静止。然而我们将它拉直与图表对,其后 时间就恢复至从左向右流动。此时我们可以看到黑洞的事件世界形成了一个光锥,在其事件内,任何物体都会被破坠向 黑洞的中心。最后我们将该图压缩至一个彭罗斯图后,就会发现黑洞的外部和内部形成了两个不同的区域。一旦我们越过事件世界后,黑洞的外部宇宙区域就在我们身后。这也就是说,他们在我们的过去,而我们却再也无法返回,将会一直跌到黑洞的起点。这可能就是光追之内揭示命运的原因吧。
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