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參宿四,今天你炸了嗎?——光與時間的故事(參宿四的圖片)

更新時間:2024-08-06 16:01作者:小樂

參宿四是獵戶座阿爾法星,一顆距地球約724 光年的紅色超巨星。近年來,她一直是手機新聞的??汀4蠹医蚪驑返赖?,是她多變的“氣質(zhì)”。就像宇宙中的星星一樣,讓人捉摸不透,讓人流連忘返。冬季三角和冬季鉆石,參宿四是中間的一個(irentals)。在關于參宿四何時會爆炸成為超新星的討論中,我們經(jīng)??吹降脑u論是:“也許參宿四已經(jīng)爆炸了,但它的燦爛光芒還沒有到達地球?!蹦敲?,這個說法是否正確呢?要回答這個問題,我們首先要通過廣泛的科普和學前教育來討論一下牛頓的絕對時空理論和愛因斯坦的相對時空理論。教育界,大家都知道艾薩克·牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事;但作為一位真正偉大的數(shù)學家,牛頓對科學的貢獻遠不止于此,牛頓于1687年撰寫并首次發(fā)表了他最重要的著作《自然哲學的數(shù)學原理》,該書備受贊譽。作為科學界最偉大的著作之一,《自然哲學的數(shù)學原理》,1725年版(jonkers)在這部著作中,牛頓給出了經(jīng)典力學的八個定義,并在解釋了這八個定義后,建立了完整的經(jīng)典力學公理體系;后記他寫下了這樣的話:“我沒有定義時間、空間、地點和運動,因為它們是眾所周知的。唯一需要說的是,普通人除了通過可感知的物體之外無法想象這些量,因此為了消除誤解,將這些量分為絕對量和相對量、實量和表觀量、數(shù)學量和普遍量。 “牛頓給出了自己對絕對時間、空間、位置和運動的定義。該定義還確立了經(jīng)典力學適用的空間和時間的范圍,即絕對空間和時間。在絕對空間和時間中,絕對時間和絕對時間絕對空間是獨立的,彼此之間沒有直接關系,因此,空間是寂靜的、絕對的,時間是統(tǒng)一的、絕對的,時間的測量不隨參照系的變化而變化,長度的測量也無關??梢赃@樣理解:空間就像物質(zhì)的輝煌舞臺,而時間就像墻上的時鐘,兩者共同構(gòu)建了物質(zhì)秩序。物理學家甚至天文學家數(shù)百年來的思維模式簡介“你和一個美麗的女孩坐在公園的長椅上,感覺就像只過去了一分鐘; “你在爐子旁邊坐一分鐘,卻感覺好像過去了一個小時?!?9世紀末,經(jīng)典物理學發(fā)展接近頂峰,人們認為波的傳播依賴于介質(zhì),比如水隨著光的波動理論的流行,人們提出了一種稱為“以太”的介質(zhì)來解釋光的傳播方式,這種以太被認為存在于絕對空間中并幫助我們理解。邁克爾遜-莫雷實驗,也稱為以太漂移實驗,在檢驗牛頓的絕對空間和時間概念中發(fā)揮了重要作用,其主要目的是測量地球相對于絕對空間的移動速度。然而奇怪的是,在這兩個實驗中,光波在傳播時都沒有表現(xiàn)出相位差,結(jié)果似乎為零,這令人費解,因為我們知道地球繞太陽運行的速度超過每秒30公里,所以。它顯然不可能在所謂的以太中保持靜止。這一實驗結(jié)果對牛頓的絕對時空觀提出了巨大的挑戰(zhàn)。

邁克爾遜和莫利的干涉儀裝置(凱斯西儲大學) 當大多數(shù)物理學家努力解決“以太”理論的重大困難時,愛因斯坦在他的文章《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論,提出了全新的空間和宇宙觀。時間:狹義相對論告訴我們,時間和空間的間隔是相對的,同時性也是相對的;唯一的絕對常數(shù)是物理定律和真空中的光速,這被稱為相對論原理。從數(shù)學上來說,光速是通過以下公式計算的: 這個計算過程是基于經(jīng)典電動力學;由于相對論原理的規(guī)定,無論任何參考系,物理定律都保持不變,因此電動力學不會改變。據(jù)此計算出的光速自然會保持不變。該理論從科學角度提出了相對性原理和光速不變原理,否定了伽利略變換下的絕對時空觀。這個理論解決了“以太”理論的問題,因為從相對論的角度來看,以太根本不存在。事實上,邁克爾遜-莫雷實驗恰好證實了狹義相對論。在這種新的相對時空觀中,時間和空間是緊密相連的,并且它們都隨著參照對象的不同而變化。狹義相對論對時空相對論的解釋主要集中在時間延遲效應和尺度縮短效應上。公式如下: 其中,這個最常見的東西被定義為洛倫茲因子: 作為延伸,我們來解釋一下如何利用光速不變原理來理解時間延遲效應。假設有一艘從地球出發(fā)的航天器,同時有一束來自同一方向的光束。飛船上和地球上都有觀察者A和B。航天器的速度v接近光速?,F(xiàn)在,地球上的觀察者B發(fā)現(xiàn):由于飛船的速度極其接近光速,所以光需要很長的時間才能將差距拉大到一定的距離d。這個時間可以計算為: 與飛船上的觀察者A相比: 發(fā)現(xiàn)光相對其的速度仍然是c,同樣到距離d的時間如下: 顯然: t

https://www.cdstm.cn/theme/hellosky/201202/t20120203_452125.html 以它為例,其前身超新星SN 1054在公元1054年被觀測到。假設它距離地球精確為6500光年,那么截至今天(公元2023年),它的年齡有多大呢?大多數(shù)人都能輕松回答這個問題:6500+2023-1054=7469(年)。這個答案的前提很明顯:我們和目標天體在同一時間,兩者經(jīng)歷的時間完全相同,只是因為距離太遠,導致我們看到的信息存在一些滯后。這個表述與牛頓的絕對時空觀非常一致。在狹義相對論中,光速保持不變,光速c也代表了宇宙中信息傳輸?shù)淖畲笏俣?。需要明確的是:這里的信息不僅僅指通信信息,還包括一切宏觀的過程和變化,以及它們對宇宙的影響,這可以引出一個新的概念:光錐。光錐的概念是相對論中解釋因果關系和信息傳遞的基礎之一。它強調(diào)信息傳播的速度受到光速的限制,以及信息傳播過程中事件之間的因果聯(lián)系是如何建立的。這種觀點深刻地改變了我們對時間和空間的理解,使其適應相對論的思想。光錐(YanTTO) 由此,我們可以得出一個結(jié)論:在相對時空的框架內(nèi),每個觀察者、每個位置都有著獨特的時間流逝,而我們看到的遙遠天體其實也遵循著我們時間的“現(xiàn)在”標準演示狀態(tài)。換句話說,對于我們來說,我們觀察到的是“現(xiàn)在”。因此,以蟹狀星云為例,我們看不到6500年前的蟹狀星云,因為這將是基于經(jīng)典時空觀的幻覺,即“現(xiàn)在的蟹狀星云”。不同波段的蟹狀星云(NASA)則相反。我們可以這樣理解:相對于我們來說,蟹狀星云的時間相對滯后了6500年,而相對于蟹狀星云,我們的時間也滯后了6500年。所以它的年齡實際上是:2023-1054=969(歲)。這種說法聽起來可能有點復雜,但可以簡單地理解為:無論事物的進化狀態(tài)如何,對于我們來說,都與我們觀察到的一樣。外觀很匹配。這回答了最初的問題:我們沒有觀察到參宿四的爆炸,所以我們可以假設它沒有發(fā)生。 - 結(jié)尾-

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來源:石頭科普工作室責任編輯:ArtistET

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