给你一台时光机，你以为就能篡改历史？
SME按：谁都做过时空穿梭的梦，回到曩昔修复遗憾，甚至买张彩票圆个发家梦。但这篇文章要打破你的梦并告诉你，即使你回到曩昔也不克不及改变汗青。乍一听似乎有点反常识，但细心品读，看作者若何用扎实、深刻的理论和有趣的说话，一步步把事理申明白。
穿越一向是小说，片子的热点题材。好比在影片《蝴蝶效应》中，本家儿人公伊万，一次次的跨越时空的更改，只能越来越招致实际宿世界的不成救药。一切就像蝴蝶效应般，牵一发而动全身。
“复联4”中，超等英雄们也是回到曩昔，集齐宝石，挽回了掉去的战友和亲人。但我发现“复联4”中的一个小BUG，就是超等英雄回到曩昔，拿走了曩昔的宝石，往后的汗青不就应该改写了吗？灭霸应该只存在于这些超等英雄的记忆中，灭霸并没有来过地球呀。
“复联4”的故事设心猿意马并没有错，是你的时空不雅有问题，“复联4”合适狭义相对论。
什么是四维时空？
想理解狭义相对论，我们需要先领会一个概念——四维时空。
空间中有三个维度，时候也是个维度。把三维空间拓展到四维，这并不是爱因斯坦(Einstein.A,1879-1955)起首提出的，而是他的大学教员——德国数学家闵可夫斯基(Minkowski.H.1864-1909)提出，应该把时候也作为空间的一个维度与别的三个维度整合起来。
闵可夫斯基
在看到爱因斯坦的相对论之前，他就有了时候维度的初步设法，等看到爱因斯坦的相对论之后，闵可夫斯基恍然大悟。他很快就在相对论的根本上，成立了时空的数学模子，爱因斯坦也对此服气不已。
在二维平面的纸上，想表达一个三维的物体原本就很坚苦了，好比画一个正方体，你要学会透视法.....此刻闵可夫斯基居然可以在一个二维平面表达一个四维空间的活动，这需要勇气和聪明。
在二维平面上，只能用透视法画出一个三维的物体形象，这是没有法子改变的。闵可夫斯基就用牺牲一个空间的维度的方式，来表现时候这个维度。我们把三维空间先压缩当作一个二维空间，这样我们就能在纸上把空间和时候尽可能的画在一路了。
闵可夫斯基画出了这样一张根基时空图：
可能有些同窗感受很掉望，就这？你感受这是随便一本中学讲义就能看到的图，但真正的出色都是从平平起头。
这张图x,y轴暗示空间坐标,空间坐标轴标的目的两头延长，暗示空间可以朝正反两个相反的偏向活动。竖着这根线暗示时候坐标轴（ict），为了让坐标单元系同一，这根坐标轴的单元就是光速c乘以时候t，这样获得的就是跟空间坐标单元一样的距离概念。那前面的i是啥意思？i暗示虚数，以区别于空间维度，表达时候维度只能朝一个偏向活动。
接下来，我们就可以不雅察一个物体在四维空间中的活动轨迹了。
若是你站在地面上不动，以地面为时空坐标原点，你的活动轨迹是如何的？
你在时空中的活动轨迹是一根和时候轴平行的直线，因为你在空间中没有相对活动，图中画的是你在时候中的活动。闵可夫斯基把物体在时空中活动的轨迹称为“宿世界线”，这根线上的每个点称为“时候点”。
接下来，若是我仍然以地面为时空坐标原点，一列在地面上行驶的高铁，他在时空中的宿世界线是什么样子的呢？
可能你的脑子里已经有谜底了，没错，高铁的宿世界线是一条斜线，因为它在时候维活动的同时，空间维也在活动，所以空间轨迹就是一道斜线。
我们继续，此次标题问题加浩劫度，此次以太阳为参照系，地球和太阳的宿世界线别离是什么呢？
地球绕着太阳转，而太阳相对于地球就是静止，地球的宿世界线画出来就是绕着太阳的宿世界线呈螺旋上升。
若是这道题还难不倒你，我们看下一个，我以湖面为参照系，标的目的湖中扔一个石子，湖水发生波动。这个波动的宿世界线是什么样子的呢？
湖中波动的宿世界线不再是一根“线”，因为波动无法算作是一个“点”了，它的宿世界线其实是一个倒圆锥，跟着时候的增大，圆锥的体积也在增添。
下面真正的挑战要来了，以太阳为参照系，太阳光的宿世界线是什么样的呢？
太阳还分歧于水的波动，太阳是一个球体，它会标的目的空间的四面八方发光。这个光球分歧于火车、波动，它在空间的三个维度都有活动，是以忽略此中一个空间维度，会发此刻二维平面上阳光的宿世界线和波动的宿世界线是一样的。
闵可夫斯基把它称为“光锥”。任何一个事务都可以看成是时空坐标的原点，不管这个事务会不会发光，我们都可以设想这个工作是会发光的，那我们就可以画出这个事务的光锥图。
光锥之内才是命运
按照狭义相对论，任何有质量的物体的活动速度都不会跨越光速，所以光速也是传布信息最快的速度，凡处于这个光锥之外的工具均不受影响。
举个例子，若是此时太阳俄然没有了，我们多长时候才能知道这个事务？
谜底是8分钟，因为太阳到地球的光需要走八分钟，这前八分钟太阳熄灭事务仍处于光锥之外，所以这个事务不会对我们造当作任何影响。
只有当8分钟之后，事务光锥笼盖到了地球地点的位置时，该事务才对我们发生影响。
我们以图中A点暗示事务A,用事务A暗示时空原点。从A标的目的上就是这个事务将来的时候；A点标的目的下，就是曩昔。C和D都是A的将来，B是A的曩昔。
光锥之内才是命运就是说，事务C是在光锥之内，所以A就是可以影响事务C的。但无法影响事务D。好比说，复联4的超等英雄们回到曩昔是事务A，而他们自己的宿世界就是事务D。事务D在光锥之外，它们和A之间无法经由过程光速成立联系。
所谓，光锥就是在每个时候点上，看看光最远能走多远，把这个规模画出来，形当作上下两个光锥，光锥代表事务A的影响力。
一个事务的光锥，界心猿意马了它的边界。
事务发生的挨次是相对的，但事务的因果关系是绝对的，你不必担忧被穿越者窜改汗青，而这是来自于光速是信息传递最快的速度这个事实。
*参考文献
冯晓华 张 耀高 策 .闵可夫斯基时空的命运[J]《天然科学史研究》 第36 卷 第1 期 ( 2017 年) : 98—111 .
标的目的义和.浅谈广义相对论的创立之四-闵可夫斯基四维时空的提出与应用[J]《大学物理》第34卷第10期2015年10月.
汪洁.时候的外形[M].海说神聊京时代汉文书局，2017年1月.
- 发表于 2019-10-28 21:36
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