為什麼說“時空彎曲”看起來很荒唐, 實際上很科學

在宇宙中,“時間”和“空間”是兩個獨立存在的概念,但是這兩者又可以共同構成“時空”。而愛因斯坦在自己的相對論觀點闡述中,又提出了“時空彎曲”的概念與猜想。

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時空彎曲就同時包含了時間和空間,“空間”我們能夠理解,無非就是一個客觀存在的物質形態,如果物質形態發生彎曲,這還在合理的想象之內;但是“時間”只是一個抽象的概念,抽象的概念發生彎曲?這樣看起來似乎很荒唐。該怎麼理解?

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時空彎曲

彎曲時空(Flection timespace) 是指在愛因斯坦的廣義相對論中,由於有物質的存在,空間和時間(時空)會發生彎曲,時空彎曲的是質量(能量)造成的結果,萬有引力是時空彎曲的表現。

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我們可以藉助外力,讓一根棍子或者一張紙發生彎曲,從這方面來看,“彎曲”是一個物理方面的常用詞。

彎曲程度的大小就取決於這個物質發生彎曲的半徑長度,半徑越短,其彎曲程度越強;半徑越長,其彎曲程度就越接近一個直線。比如一顆籃球和地球的差別。

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通常情況下,我們一般認為光的行走軌跡是直線運動,然而在宇宙中存在這樣一種異常的情況:當太陽的光線經過遙遠的恆星的時候,會產生偏折。

也就是說光不是走直線傳播的軌道,而是會根據引力的方向變化而發生改變。而“時空彎曲”,就包括了時間和空間的彎曲。前面我們已經提出過問題:物理彎曲可以理解,但時間彎曲又該怎麼形成?

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時間彎曲

時間(Time)是物質的永恆運動、變化的持續性、順序性的表現,包含時刻和時段兩個概念。

時間是一個抽象的概念,它是不可見的,卻又無所不在。我們一般認為,在宇宙誕生之前(或者說宇宙大爆炸之前),“時間”並不存在;並且時間是一直向前傳遞的。

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人類一般用鐘錶的形式來測量時間的變化,而在地球上,我們常以分、時、日、月、年等單位來計算地球上發生的每一次改變。比如地球的自轉週期是一天,而公轉則需要一年。但是這裡說到時間發生彎曲,是什麼概念?

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時間彎曲一般都是跟隨著空間彎曲而存在的。當某個物體因為強大的引力場作用,以接近光速的速度進行運動的時候,時間也會一起發生一些變化。

而時間不是一個客觀存在的物質概念,因此“時間彎曲”並不是指客觀形狀上的扭曲,而是代表在時間的差距上所導致的空間彎曲,也就是我們所理解的“時空扭曲”,或者也可以理解成時空錯亂。

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在宇宙中,所有物質都存在質量上的的差異,而這些質量的差異會導致引力大小的不同。

一般來說,引力作用越大的物質,其時間的流失也越來越慢,因此對時間的扭曲程度也就越強。這也是科學家們認為在黑洞中可以穿越時空的主要原因之一。

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引力彎曲

剛剛我們已經說到,在宇宙中存在“光不沿直線傳播”的情況。也就是,因為星系或者某個天體的引力作用下,光線到達其周圍後發生偏折。

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愛因斯坦利用數學原理,指出物體周圍的空間、時間都可以發生彎曲。而在物體的質量非常龐大的情況下(比如黑洞),其引力作用也就會越強,可能會讓從它旁邊經過的任何事物出現路徑改變的現象,這其中還包括“光”。這種被扯偏移的現象被叫作“時空曲率”。

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在廣義相對論中,愛因斯坦將物質的存在稱為“引力場”,這個引力場正是造成時空彎曲的最主要原因。而在宇宙當中引力無處不在,因此宇宙中的光線從來都不是走直線的。

但是引力從何處來,它真的存在嗎?這是愛因斯坦新提出的問題。

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不管是一隻羽毛還是一個鐵球,在真空的環境下只要給予同樣的初始速度,引力作用下的軌道就會完全重合。

因此,愛因斯坦認為引力並不存在,而是另一個“力”施加的作用導致了物體運動軌跡的變化,而這個力的大小和物質的質量成正比,也就提出了著名的“時空彎曲效應”。但是該怎麼證明時空彎曲的存在呢?

時空彎曲存在的合理性

我們常常在一些科幻電影中,看到類似於時空穿梭的情節,但要是將它運用在現實生活中,就難免覺得荒唐。但實際上時空彎曲也是具有科學性的。

除了上面的理論認證,在現實生活中我們也可以找到引力場,導致時空發生彎曲的例子,比如日全食。

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在19世紀初,以艾丁頓和戴森為首的觀測隊觀察了一次日全食活動,發現當遙遠的恆星上的光線從太陽的旁邊經過的時候,會因為太陽的強引力場作用而發生彎曲,這樣的現象也就導致了這顆恆星最終成像位置的變化。

因此,也就證明了愛因斯坦相對論猜想的正確性,同時也證明時空彎曲是可真實存在的。

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關於宇宙和時空的問題,本就非常的複雜。如果時空彎曲和時間流逝變化真的和物質的質量與立場有關係,那麼做個大膽的猜測:如果有一天人類的科技水平已經發展到了某種程度,是不是可以實現穿越時空?

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