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“光锥之内就是命运”是什么意思?从宇宙的桎梏说起

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发表于 2020-12-28 04:16:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
命运,是一个让人捉摸不透的词,有许多人不管是发达了还是倒霉了,都会归结于命运。而小到一只蚂蚁,大到整个人类、整个地球甚至是整个宇宙,似乎都会有“命运”。而科学界有一句话“光锥之内就是命运”,看起来十分玄幻,光锥是什么?为什么光锥内就是命运?今天让我来给大家介绍一下这句话和其背后的原因,相信你会对我们生活的世界有一个全新的认识

首先,我们寻找这句话的出处,经过查找,“光锥之内就是命运”出自大刘的小说《三体·黑暗森林》,原文是这样表述的:

“光的传播沿着事件轴呈现锥状,物理学家们称之为光锥,光锥之外的人们不可能了解光锥内发生的事件。想想现在,这知道宇宙中有多少重大事件的信息正在以光速向我们飞奔而来,有些可能已经飞了上亿年,但是我们仍然在这些时间的光锥之外。”

“光锥之内就是命运”

林格略一思考,赞赏的冲费兹罗连连点头,“将军,这个比喻很好!”

“可是智子就能在光锥外看到锥内发生的事情”

“所以智子改变了命运”费兹罗感慨地说。

看到这里,你可能会满脸的问号,但是没关系,要理解这句话的含义,我们先从基础的说起,谈谈我们宇宙中的随处可见但是人类却难以企及的速度——光速

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光在我们的生活中随处可见



我们都知道,光的速度是每秒三十万公里,在我们的日常生活中可以说是非常非常的快了,几乎可以认为是无限的速度,但是,放到广袤无垠的宇宙之中,这个速度就并不够用了。宇宙中常用的尺度都是以“光年”为计量单位的,光要走一年才可以到达,在这时我们所看到的就与实际发生的有很大的延迟了,我们所看到的并不是这个物体本身,而是它在过去某一时刻的影像。

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知道了这个理论,在仰望星空时,可以说我们看到的其实都是宇宙的遗迹。是不是有种莫名的凄凉呢



再来举个例子:当我们仰望星空的时候,可以寻找一下猎户座,猎户座里面有一颗暗红色的星星,叫做参宿四,是一颗垂垂老矣的红巨星,由于不断膨胀,它的体积变得十分巨大,据估计可以达到我们的太阳的七亿倍,但是质量就只有太阳的十几倍,可以说是长了一身“虚膘”了

这一颗处于“老年”的恒星,是我们观测范围之内最有可能发生超新星爆炸的一颗恒星之一,一旦发生爆炸,就会向宇宙抛出大量的物质和能量,伴随着恐怖的伽马射线暴,对所经过的地方来说,都是一场不小的考验。

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但是这一颗巨无霸恒星距离我们有整整723光年,也就是说,我们所观测到的都是它700多年前的虚影,在七百多年前,我们还处在明朝。所以说,谁也不知道现在的参宿四是什么情况,可能是早就爆炸了,也可能还维持着“巨无霸”的形态,对于这件事,我们一无所知。可能他在720年前就发生了爆炸,大量的宇宙射线正以300000km每秒的速度向我们奔涌而来,这已经成为了我们的“命运”了。(不过不用害怕,我们距离它足够远,而且我们的星球有磁场和大气层的保护,就算宇宙射线真的来了,我们也许只是会看到在全球各地频繁出现的极光,可以说是千载难逢的奇观了)

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极光是一种十分美丽的自然景象



在知道了光速是我们宇宙的最快速度之后,我们可以进一步的推广,根据广义相对论,光速也是宇宙中所有信息传递的最快速度,一旦信息的传播的速度能够快过光速,那么就拥有了改变自己命运的能力(就像《三体》中智子通过量子纠缠的应用改变了地球人的命运)。假设太阳因为某种神秘的力量突然消失,我们在地球上不会有任何的感觉,因为包括引力的所有信息的传播都是有速度的,需要一定的时间来传递这种变化,所以我们的地球还是会按照原来的轨道运行,我们也会看到太阳照常挂在空中,一切都只会在8分钟之后变得不同,太阳突然熄灭,人们会在毫不知情的情况下突然面对灭顶之灾。(当然,这种事件纯属想象,发生的可能性微乎其微)

通过以上的论述,可能你已经对光锥有一种大致的猜测的概念了,下面我们再来研究一下这个光锥到底是什么

“光锥”这个概念,最早出现在二十多年前的名著《时间简史》中,大致的描述为:

在“时间-距离”的二维坐标系之中,时间传播时沿着一条直线,其与横轴夹角会形成一个“锥”,不处在这个夹角之中的事件,我们永远无法感受而在此夹角内,无论距离多么遥远,随着时间的推移,我们一定会观测或者感知到这件事的发生

可能你也像我一样,在初次看到这个理论的时候,又一头雾水了,但是不要紧,接下来我会继续对其进行解释

首先,根据广义相对论,我们的宇宙是以三维的空间和一维的时间所组成的,可以想象为一个时间轴上串着处在不同时刻的空间,下面,为了结合我们常见的三维坐标系,我把我们所在的三维空间简化为二维平面,竖直的z轴当作时间轴,不同时刻的空间串在z轴上(纯手绘,丑图警告!

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凑合着看吧



当我们静止不动的时候,我们只是会在时间轴上移动,而不会在空间上移动:

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当人静止在空间中时



而一旦人在空间上发生移动,那么随着时间的推移,在我们的时间-空间坐标系中,就会形成一个有向的向量,这个向量会和时间轴或者是坐标轴呈现一个夹角:

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当物体开始运动时



而物体运动的极限,就是光速,当物体以光速运动时,会形成一个夹角最大的有向向量,而把从这一个位置向所有方向以光速移动的所有可能性的轨道都结合起来,就会形成一个锥面:

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所有方向光速传播形成的锥形



同样的,过去发生的事情也能对现在发生影响,但是,过去的事情发生的越早,对我们的生活产生影响的可能性就越大,而最近发生的事情只能影响附近的事情发展。所以,过去的光锥是尖端朝下的。将过去的和未来的光锥结合起来,就形成了一个“完整”的光锥

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完整的光锥理论



因为我们的宇宙有光速这个“桎梏”,所以我们的经历全部都会在这个光锥之中发生,不论是过去、现在还是将来,任何事件都不能超出光锥的内部。所以,到这里,我们就讲完了“光锥”的理论。(假如听懂了,全靠您的聪明才智,因为我画的图太渣渣了~)
小结

今天,我们有幸在这篇文章里相遇,一起探索了“光锥”的故事。总而言之,光锥就是一个因为光速而衍生出的限制,我们的“命运”都被限制在这个特殊的锥形之中,我们现在能够观察到的所有事件的发生,都是因为在多个(无数)事件发生后的结果叠加而来的,通俗一点说,都是“命运”。当然,这种命运与我们自身的决定是有很大关系的。其实,在我们的宇宙之中,有很多基本的原理与猜想都是与“锥形”这个奇妙的几何体有关系,假如大家感兴趣,我会在以后的文章中逐一与大家分享和探讨。

我是@火光科学,每天分享生活中的科学或者奇妙的科学原理,欢迎大家关注我这个小小的新人,今后我们共同成长和探索,您的关注和支持就是我前进的最大动力!

本文版权归原作者火光科学所有,如有侵权请联系管理员删除,原文地址:https://m.toutiao.com/i6858972564945895950/
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发表于 2020-12-28 04:17:23 | 显示全部楼层
太大了,光不光锥的应无所谓了,无所谓,无所谓,
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发表于 2020-12-28 04:18:07 | 显示全部楼层
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发表于 2020-12-28 04:18:26 | 显示全部楼层
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