如何理解“時間光錐”?

何潔龍



時間光錐打個不太準確的比方就像是水塘中投下的一粒石子引起的波紋擴散,波紋的擴散是需要速度的,而你在距離石子很遠的地方,也就是說你並不知道現在石子已經落到了水中,而波紋也正在向你傳過來。

把這種例子放到宇宙來說,波紋的傳遞速度就是我們宇宙中的光速,小石子掉入水塘就是我們宇宙中的事件,而人類還是人類。


我們的太陽距離我們1.5億千米,光速是每秒三十萬千米,太陽光和太陽的引力要8分鐘才能到達地球,如果現在太陽突然消失了,那麼人類是無法立刻發現的,因為人類處於時間光錐之外,“太陽已經消失了”這一消息正在以光速向人類飛來,但需要飛8分鐘才行,這就是時間光錐,時間光錐之外的人類永遠無法立刻知道時間光錐之內的太陽消失的消息。

光傳遞是需要時間的,而光的傳遞速度比起宇宙930億光年的可觀測直徑來說又太慢了,因此人類其實受到時間光錐的影響,我們現在與其說是在探索宇宙,不如說是在給宇宙考古,因為我們看到的宇宙天體已經是它們幾百萬年前甚至幾十億年前的樣子了,現在這些天體還在不在?人類不知道。


我們看到的月亮是1秒多一點前的月亮,看到的太陽是8分鐘前的太陽,看到的仙女座星系是250萬年前的仙女座星系,我們看的越遠,就越接近宇宙的嬰兒時期,而現在的宇宙究竟是什麼樣子誰也不知道,因為我們都被時間光錐限制了視線。


宇宙探索未解之迷


致敬史蒂芬霍金,是他的“時間簡史”讓我仰望星空時心中充滿的是敬畏。

時間光錐:理論上講,這是簡化出的一種模型。把時間整合到笛卡爾座標系中,時間t取代z軸,x和y軸代表三維空間。那麼在原點o(0,0,0)處,有一事件正在發生,光速乘上發生的時間作為半徑的圓組成的圓錐即使時間光錐,向上是未來光錐,向下是過去光錐。


通俗意義上講就是光像傳遞是有時間的,在宇宙尺度上,這個時間不能忽略。兩個人面對面,其實你看到的不是此時此刻那個他。只是時間無限短被忽略而已。

就舉《時間簡史》書中的例子,太陽熄滅了,我們不會立刻知道,八分鐘之後我們才瞭解到太陽熄滅這個事件。

(圖片均來源書籍,侵刪)

其實這個概念的提出,是為了更好地理解宇宙尺度上的事情,理論化概念化。

總結為一句話,我們仰望星空看到的是宇宙過去的樣子。

微言淺見,誠受批評。祝好。


科學黑洞


這是霍金對負時間的直觀比喻和描述。

觀測星空時,隨距離不同,觀測到的景象不是同時存在的。

隨距離的增加時間負的越多。

假定星空中兩顆星星,一顆A星距離地球是1光年,另一顆B星距離地球是10光年。我們今天看到的地球,A,B的實際時間是,地球的今天,一年前的A星,十年前的B星。距離越遠的星星,時間越負的多。

也就是我們看到的A星和B星,是過去的負時間上的星星,並不是現在的。我們觀測到的宇宙,距離是正座標,時間是負座標,距離越遠,負的越多。

星星的位置,也都不是實際的位置。宇宙直徑現在說是150億光年,今天觀測到的最邊緣的星星,是150億年前的位置,今天這顆星星實際在哪兒,150億年後才知道。

同時,假定這顆星星從150億年前,以光速接近地球,當我們今天觀測到這顆星星150億年前發出的光時,這顆星已經快撞上地球了。所以,地球上的觀測者,並不能確定這顆星球究竟是150億光年外的星球,還是我們附近的星球。這顆星星是突然冒出來的。


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