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第六十七章 狄拉克奖章 (第1/5页)

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“大家看这个图,假设坐标系中横坐标X轴代表的是三维空间的物理坐标,Y轴代表时间轴,那么一开始的时候哥哥和弟弟都在地球上,他们都位于X轴上的一个点,假设就是这个P点!”

“当哥哥乘坐飞船离开地球的时候,弟弟和地球都没有动,他们仅在时间轴上运动,所以可以过P点画一条平行于Y轴的直线,取P'点是两兄弟相遇的点,那么弟弟所经历的时间线(世界线)就是PP'这条直线。”

见台下的众人都认真地听着,周晨接下去道:“由于哥哥是先远离地球,然后又回到地球,所以他的时间线是一条由P点出发,向X轴(空间坐标)的正方向弯曲,最后又回到P'点的弧线!”

“那么大家可以看出来了,弟弟经历的时间线是PP'这条直线,而哥哥经历的时间线则是PP'这条弧线,很多人应该会认为直线肯定要比弧线短,其实不然!”

“这是因为凡是涉及到时间的四维时空都是伪欧几里得几何,时间那一项的符号跟空间是相反的,所以在没有时间全是空间的坐标中要用加号,而一旦涉及到时间,前面就要加一个负号,所以在伪欧时空中,PP'这条看起来更长的弧线实际上才是短程线,它比PP'这条直线要更短!”

“至于刚才那位学生问为什么要采用伪欧时空,那是因为我们讨论的是四维时空,它是由三维空间加一个时间轴构成的,它与单纯的四维空间有很大的相似度,不过其中一维(时间维度)采用的是虚数。那么有人会问,我直接把时间作为第四维而不引入虚数单位行不行?”

“当然可以!只不过这样的话,洛伦兹变换阵就只是个普通的四阶方阵,在这样的系统中,经典力学定义的速度、力、动量就都不具有洛伦兹变换下的协变性了,对它们的计算会变得无从下手。”

“所以我们引入了虚数维度,这样一来,由这个新系统定义的四维速度、四维动量等等对洛伦兹变换就具有了协变性,就人们的审美习惯来说,也肯定更喜欢对称的东西,比如闵氏空间(伪欧时空)这里的正交矩阵,就是十分完美的。”

胖男生恍然大悟地点了点头,不过他随即又问道:“我还有一个问题,由于哥哥是乘坐飞船离开地球,所以他相对地球是在高速运动,所以看起来年轻;但反过来,如果以哥哥为参考的话,又是地球在高速远离,是弟弟在做高速运动,那么为什么最后的结果却还是哥哥比较年轻呢?”

“这就要看目标人物有没有感受到真实的加速度了。”

周晨回答道:“如果感受到了加速度、惯性力,那么表明他在绝对运动,这是一个重要的判断时间走势的分界线!”

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