如何理解“时间光锥”?

何洁龍



时间光锥打个不太准确的比方就像是水塘中投下的一粒石子引起的波纹扩散,波纹的扩散是需要速度的,而你在距离石子很远的地方,也就是说你并不知道现在石子已经落到了水中,而波纹也正在向你传过来。

把这种例子放到宇宙来说,波纹的传递速度就是我们宇宙中的光速,小石子掉入水塘就是我们宇宙中的事件,而人类还是人类。


我们的太阳距离我们1.5亿千米,光速是每秒三十万千米,太阳光和太阳的引力要8分钟才能到达地球,如果现在太阳突然消失了,那么人类是无法立刻发现的,因为人类处于时间光锥之外,“太阳已经消失了”这一消息正在以光速向人类飞来,但需要飞8分钟才行,这就是时间光锥,时间光锥之外的人类永远无法立刻知道时间光锥之内的太阳消失的消息。

光传递是需要时间的,而光的传递速度比起宇宙930亿光年的可观测直径来说又太慢了,因此人类其实受到时间光锥的影响,我们现在与其说是在探索宇宙,不如说是在给宇宙考古,因为我们看到的宇宙天体已经是它们几百万年前甚至几十亿年前的样子了,现在这些天体还在不在?人类不知道。


我们看到的月亮是1秒多一点前的月亮,看到的太阳是8分钟前的太阳,看到的仙女座星系是250万年前的仙女座星系,我们看的越远,就越接近宇宙的婴儿时期,而现在的宇宙究竟是什么样子谁也不知道,因为我们都被时间光锥限制了视线。


宇宙探索未解之迷


致敬史蒂芬霍金,是他的“时间简史”让我仰望星空时心中充满的是敬畏。

时间光锥:理论上讲,这是简化出的一种模型。把时间整合到笛卡尔坐标系中,时间t取代z轴,x和y轴代表三维空间。那么在原点o(0,0,0)处,有一事件正在发生,光速乘上发生的时间作为半径的圆组成的圆锥即使时间光锥,向上是未来光锥,向下是过去光锥。


通俗意义上讲就是光像传递是有时间的,在宇宙尺度上,这个时间不能忽略。两个人面对面,其实你看到的不是此时此刻那个他。只是时间无限短被忽略而已。

就举《时间简史》书中的例子,太阳熄灭了,我们不会立刻知道,八分钟之后我们才了解到太阳熄灭这个事件。

(图片均来源书籍,侵删)

其实这个概念的提出,是为了更好地理解宇宙尺度上的事情,理论化概念化。

总结为一句话,我们仰望星空看到的是宇宙过去的样子。

微言浅见,诚受批评。祝好。


科学黑洞


这是霍金对负时间的直观比喻和描述。

观测星空时,随距离不同,观测到的景象不是同时存在的。

随距离的增加时间负的越多。

假定星空中两颗星星,一颗A星距离地球是1光年,另一颗B星距离地球是10光年。我们今天看到的地球,A,B的实际时间是,地球的今天,一年前的A星,十年前的B星。距离越远的星星,时间越负的多。

也就是我们看到的A星和B星,是过去的负时间上的星星,并不是现在的。我们观测到的宇宙,距离是正坐标,时间是负坐标,距离越远,负的越多。

星星的位置,也都不是实际的位置。宇宙直径现在说是150亿光年,今天观测到的最边缘的星星,是150亿年前的位置,今天这颗星星实际在哪儿,150亿年后才知道。

同时,假定这颗星星从150亿年前,以光速接近地球,当我们今天观测到这颗星星150亿年前发出的光时,这颗星已经快撞上地球了。所以,地球上的观测者,并不能确定这颗星球究竟是150亿光年外的星球,还是我们附近的星球。这颗星星是突然冒出来的。


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