66661周前
空的思想在20世纪早期首次被提出,它标志着科学家理解宇宙方式的巨大转折。 在那之前空间与时间被视为彼此分离且绝对的。人们以为时间在任何地方对任何人都以同样的速率流逝,不受影响。一个对整个宇宙都有效的单一节律,它被塑造的方式与塑造空间的那些条件相同。但这还不止如此,更耐人寻味的是在爱因斯坦的相对论中时间并没有内指诸如过去、现在或未来的标签。 这些词是我们用来描述自身经验的,但它们并不存在于物理学本身。广义相对论的方程不会说这是过去、现在或者这是未来,它们只是描述时间如何表现,如何与空间一起拉伸与弯曲。爱因斯坦的模型把时间当做一个维度,就像空间的三个维度那样,你可以用向北5米、向南3米、向东10米来描述一个地方。 在时空中你要加上第四个坐标时间,把这四个坐标放在一起,三个空间一个时间就确定了宇宙中某件事物的所在与何时。然而尽管我们可以在空间里朝任意方向自由移动,在日常经验里时间似乎有一条更为严格的道路。我们活在一个时刻然后走向下一个,可是在广义相对论的数学中所有时刻仿佛只是存在着。 该理论并不告诉我们哪个时刻是现在,它并不偏爱当下而反对过去或未来,它只是一次性铺陈出时空的结构,这引出一个奇异而微妙的观念。也许时间并不真正流动,或许它只是存在,也许所有时刻都存在于时间中,我们一次只能经历一个,但它们都已经在那里被编织进宇宙的织物里。 爱因斯坦本人曾说:“过去、现在和未来之间的区别只是一种顽固持续的错觉。” 这并不是说时间不真实,而是在暗示我们对流动的体验也许是心智创造的,而不是自然法则中内置的东西。但如果那是真的,为什么我们能记得过去却记不得未来?为什么打碎的杯子会保持破碎而不会自己跳回原状?为什么时间感觉总是在向前?
00:00 / 02:26
连播
清屏
智能
倍速
点赞20
00:00 / 04:02
连播
清屏
智能
倍速
点赞1041
66661周前
七九六年莱布尼茨去世,但争论并未结束,最终牛顿的绝对时空观念占据了主流。他认为,绝对空间凭自身本质独立存在,永恒不变;绝对时间均匀流逝,不依赖外界。 在牛顿看来,时间像一台永不偏差的宇宙节拍器,每个人的钟表都与宇宙同步,无论地球还是遥远星系,一秒钟的长度完全一致。然而伽利略否定“绝对静止”的思想仍在潜流中存在,相对性从未彻底消失。时间究竟是恒定不变的,还是柔韧可调的?它是独立存在的实体,还是仅由事件的发生赋予意义? 要理解时间,必须从工业革命谈起,一个关于马力与蒸汽机的故事。在传统农业中,喂养马匹或其他牲畜的规律相对简单:提供一定量的饲料,它们就能完成一天的劳动。然而随着蒸汽机的出现,问题变得复杂:一堆煤炭能换来多少功?如果蒸汽机运行成本高于养马,换用机器又有什么意义? 正是这种经济与技术的困境催生了热力学的诞生,科学家开始追问:引擎的极限效率究竟有多高?早期蒸汽机的效率甚至不到3%,大量热量在燃烧后白白散失,摩擦导致金属发热、部件损耗,不可避免。热量的流失是单向的,无法逆转。 通过数学化的分析,人们意识到完美效率根本不存在,能量在传递过程中必然衰减,最终散入环境。为描述这种不可逆的衰退,人类引入了一个新的概念——熵。熵的增长不是随意的,而是概率驱动的必然趋势。 二十世纪初,乔治·伽莫夫举了一个例子:房间内的空气看似均匀分布,你不会看到空气突然集中在某个角落让人窒息。理论上可能发生,但概率极低,等待它出现的时间比整个宇宙的年龄还要长无数倍。无序总是比有序更可能出现。 热力学定律揭示了一个铁律:时间流逝的同时,宇宙的熵必然增加,未来的宇宙将比今天更加混乱与衰败。这条规律不仅适用于蒸汽机,也适用于行星、恒星、星系,乃至整个宇宙的结构,它们都在从有序走向无序。 一八六二年,开尔文勋爵提出了这个令人不寒而栗的终局:“虽然机械能不可毁灭,但宇宙中存在一个普遍的耗散趋势,这会导致物质宇宙中势能的耗尽……如果宇宙是有限的,并遵循现有定律,结果将不可避免地是一种普遍的静止和死亡状态。” 时间在这个意义上仿佛一条不断走向死亡的道路,永不停歇。 在所有思索熵与时间之间关系的科学家中,苏格兰的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦无疑占据重要地位。十九世纪的他,通过对热与气体的研究,奠定了现代物理学的基础。而他最著名的贡献之一,是一个思想实验——麦克斯韦妖。 麦克斯韦深知熵的本质
00:00 / 04:47
连播
清屏
智能
倍速
点赞22
运动论7绝对时空和相对时空 此文是《运动论》的讲解第7节,讲解了时空的由来,指出当前物理学中绝对时空观与相对时空观在理解上的错误根源——牛顿的绝对时空观是把数学时空的特性直接推广于物理空间;爱因斯坦的相对时空观是把局域物理空间的特性直接等价于数学时空。根据这些分析,我们构建了新的时空观。 注意啊,以上说的是二者对时空的理解有错误,而不是说经典力学和相对论有错误——请勿对此产生幻想。即便从我们这套时空观出发,推出来的数学形式依然是相对论公式。 为什么呢? 因为相对论的数学形式没有错误,它只是把引力下所有运动轨迹的集合作为时空来处理。由于实验验证总是脱离不了物质的运动,从而验证的结果也必定是吻合的,所以怎么理解时空并不影响逻辑推导和实验过程。换句话说,也可以把当前的时空观为数学上更加抽象的世界观。 那我们再搞一套时空观是不是脱了裤子放屁,多此一举呢? 当然不是!当前验证相对论的实验就相当于拿着磁铁去验证纯铁块是否具有磁性一样,结论总是纯铁块具有磁性。现实中我们可以用纯铁块靠近纯铁块来否定这个结论。然而对于相对论,由于它描述了引力下所有物质运动的轨迹,因此是无法找到反例的,在人所生活的宇宙中具有真理性和普遍性。 但是,在它涉及到物理学中更加根本的问题上,由于它的先天缺陷,就会显示出含混和不足。比如说,对于回到过去的时间旅行,现有的时空观就保留了可能,而我们的时空观就禁绝了这种可能。再比如,现有的时空观无法打通相对论与量子力学直接的壁垒,而我们的可以。此外,虽然很麻烦,但是从我们这套时空观也是可以向外推导粒子模型的。一句话,它会帮助我们更加深刻地理解世界。 不过显然,在宏观世界,后两者是等价的;在宏观低速世界,三者是等价的。#哲学 #时空 #时空弯曲 #知识分享 #观点分享
00:00 / 12:15
连播
清屏
智能
倍速
点赞6
我们存在的意义究竟是什么? 听到物理学家布莱恩・考克斯的一番话,心底忽然漫起绵长的思绪:在仅有百年的生命里,在包含 2 万亿个可见星系的浩瀚宇宙面前,我们存在的意义究竟是什么? 这或许是每个人终会叩问自己的命题。当我们困于生活的细枝末节,为职场的起伏焦虑辗转时,是否曾在某个深夜抬头望向星空,忽然惊觉那些让我们辗转难眠的 "大事",在宇宙的尺度下不过是一粒尘埃的褶皱? 宇宙的辽阔从不是为了让人类自惭形秽,而是以一种静默的力量,提醒我们从惯性的焦虑中抽离 —— 那些令我们紧绷的职称评定、人际纷扰,是否真的值得占据生命的大部?当我们把目光投向更深远的维度,不是要否定当下的真实情绪,而是让那些 "非此不可" 的执念,在宇宙的宏大坐标系里获得重新校准的可能。 或许生命的意义本就不必急于定义。就像恒星需要亿万年才能淬炼出一粒星尘,人类的思考也需要在广阔与细微之间反复震荡。下次被琐事纠缠时,不妨试着停下来,让思维暂别眼前的泥沼,在对宇宙的遐思中感受一种特殊的治愈 —— 不是消极的逃避,也非刻意的豁达,而是让心灵在更辽阔的空间里舒展,重新看见那些被焦虑遮蔽的、生活本身的微光。 毕竟,能对 "意义" 产生疑问的我们,本身就是宇宙最奇妙的奇迹之一。 #生命科学 #生命意义 #活着 #宇宙 #活着的意义
00:00 / 05:36
连播
清屏
智能
倍速
点赞6
00:00 / 12:07
连播
清屏
智能
倍速
点赞566
66661周前
正是这种不确定,促使天文学家与物理学家不断发问,持续探索。当我们把望远镜对准太空时,我们不只是看见遥远的地方,也是在回望过去。光以每秒将近30万公里的速度传播。当我们看到一个10亿光年之外的星际时,我们看到的是他在10亿年前发出的光,看到的是当年的他,不是今天的他。 某种意义上,向外眺望,就像再读一本用光写成的历史书。因此我们能看见的宇宙有一个极限,这个距离构成了科学家所说的粒子视界。它像包围我们的一个巨大无形外壳,标记着可观测宇宙的最外边界。但这个壳并不是138亿光年远,它要远得多。 因为空间一直在膨胀,意味着当遥远天体的光朝我们而来时,我们与他们之间的空间也在增长。所以当那束光抵达我们时,发光的星系早已比他发光时远得多。由于这种空间的拉伸,粒子视界在每个方向上约为460亿光年,这让我们得到一个直径大约930亿光年的可见球体。 这个球体之内是我们的可观测宇宙,球体之外或许仍属于真实宇宙,但我们看不见,也许永远都看不见。粒子视界不是存在的极限,它只是可见的极限。在这道边界之内,我们可以研究星系、恒星与气体云,我们可以绘制空间结构,看到物质如何分布。 我们可以回望宇宙早期,甚至瞥见最古老的那束光——宇宙微波背景辐射。这道微弱的辉光来自大爆炸后大约38万年,当时宇宙冷却到足以形成原子,光子得以首次自由传播。那道光自此一路传播,直到今天仍能用专门仪器探测到它。 但在粒子视界之外一切都变得不可见,那里可能有类似的星系、恒星与行星,也可能有完全不同的结构,甚至生命。可只要它们在视界之外就无从得知。更进一步,这个视界还在变化。随着时间推移,来自更遥远区域的光会陆续抵达,可观测宇宙随之增长。 今天看不见的某个星系也许未来会变得可见,但有一个转折,宇宙不仅在膨胀,而且在加速膨胀。这意味着遥远星系被拉开的速度越来越快。事实上其中许多星系如今正以超过光速的退行速度远离我们。注意这是空间膨胀所致,并不违背相对论。
00:00 / 02:45
连播
清屏
智能
倍速
点赞0
00:00 / 07:40
连播
清屏
智能
倍速
点赞46
00:00 / 26:27
连播
清屏
智能
倍速
点赞34
00:00 / 03:00
连播
清屏
智能
倍速
点赞12
00:00 / 03:00
连播
清屏
智能
倍速
点赞4
00:00 / 03:10
连播
清屏
智能
倍速
点赞1
00:00 / 00:17
连播
清屏
智能
倍速
点赞75
00:00 / 04:09
连播
清屏
智能
倍速
点赞7