标题: 几点问题, 关于时间与空间
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发表于 2006-9-5 11:16 资料 短消息 只看该作者
几点问题

在广义相对论下怎么实现时间旅行?
时间隧道=虫洞?
时间与空间的具体联系?
光速与时间的关系?why?


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发表于 2006-9-5 15:35 资料 短消息 只看该作者
说实话,只能理解狭义相对论。请公主等高人指教一二


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发表于 2006-9-5 18:10 资料 个人空间 短消息 只看该作者
没法想象一个地方没有任何东西,包括空间
时间倒流...
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发表于 2006-9-5 19:17 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
单单靠广义相对论的理论是不能够构造虫洞的(天然虫洞不知道是否存在,但一般认为不存在),因为广义相对论不允许“撕破”时空。
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发表于 2006-9-5 22:58 资料 主页 文集 短消息 只看该作者
要想进行时间旅行就必须超过光速,但这是不可能的,但一些方法可以绕过这个问题,最早发现可能进行时间旅行的是哥德尔,他设想如果整个宇宙是象旋涡一样旋转的,时间就象旋涡的轨迹是一圈一圈的,那么就可能找到从一个圈直接到另个圈的捷径,但遗憾的是宇宙并不旋转,但他的想法给了人们很多启发.虫洞是一种利用时空卷曲性进行时间旅行的方法,相对论告诉我们时空不是平坦的,你拿一张纸把它卷曲成U形,把这张纸想象成我们所在的时空,虫洞就是连接U形两边的一条直线,交点是A,B,光线只能绕U的表面传播,从A到B通过直线就可能在光到达B前先到达.还有宇宙弦理论,反正这些东西真的很玄乎.
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发表于 2006-9-6 00:08 资料 短消息 只看该作者
对于这个概念实在不敢多想
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发表于 2006-9-6 05:51 资料 短消息 只看该作者
不是说以前有数学家通过计算证明罗森桥在一定条件下可以通行么?

[ 本帖最后由 heropp 于 2006-9-6 05:53 编辑 ]
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发表于 2006-9-6 09:33 资料 主页 文集 短消息 只看该作者
爱因斯坦-罗森桥就是虫洞,目前知道只有引力可以扭曲空间,要把空间扭曲出一个虫洞需要巨大的引力,黑洞因为起巨大的引力也许就是虫洞的入口,但物体会因为黑洞产生的引力差被撕得粉碎,所以理论上的东西并不一定是可行的.
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发表于 2006-9-6 10:47 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ


如果出现虫洞的话,时空就是这个样子的。
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发表于 2006-9-6 11:00 资料 个人空间 短消息 只看该作者
就算有虫洞,如果进去的物体出来后不能保持原样也不行啊
要是公主进去出来成了驸马怎么办哪

[ 本帖最后由 zhangjf 于 2006-9-6 11:04 编辑 ]
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发表于 2006-9-6 11:25 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
大体的情况是这样的,宇宙的几何形状由爱因斯坦场方程:G_ab - L g_ab = 8pi T_ab 来决定的。其中,G_ab = 爱因斯坦张量,g_ab = 黎曼距离张量,L = 宇宙常数。这个方程全部展开,会成为是一个10x10的微分方程,它最终的目的是对黎曼张量 g_ab 所对应的内积公式求解 (Riemann metric),这个 Riemann metric 含有告诉我们宇宙的几何形状的全部信息。

一次世界大战中,Schwarzschild 在德军战壕中求得:ds^2 = (1 - 2m/r )dt^2 - (1 - 2m/r)^(-1) dr^2 - r^2 (d theta^2 + sin^2 theta d phi^2). 其中 m = 质量,r = 距离半径,theta, phi 为球体坐标所需要的两个角度。需要注意的是,这个解在 r < 2m 的情况下不成立,r = 2m 的时候会出现奇点。也就是说,它可以计算(离黑洞)很远的时空形状,但不能计算(离黑洞)很近的时空形状。

在这个情况下,Kruskal 发现如果我们对 Schwarzschild 的球体坐标做一个变换,那么 r = 2m 的奇点问题就会得以解决。Kruskal 的流形其实就是两片 Schwarzschild 流形,在 r = 2m 的位置连接起来。但唯一的问题是,黎曼张量所描述的只是 local geometry,而对宇宙的拓扑性质并不能给任何信息。

那么在这个情况下,爱因斯坦提出了一种情况,就是一个流形总体是弯曲的,弯回来之后又在 r = 2m 的位置和自己产生连接。这样,就酿造了我在9楼贴出的那张图的情况,时间可以通过这些虫洞,从时空的一端直接瞬移到另一端。

超弦理论甚至预测,这些虫洞很可能是在更高维空间下出现,例如一个收缩过的加拉比-丘空间(compactified Calabi-Yau)。
P.S. 加拉比-丘里面的丘,就是华裔数学家丘成桐。
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发表于 2006-9-6 11:42 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
时间与空间的具体联系? - 黎曼张量所产生的曲面,是一个包含时间和空间的曲面。理论上说所有的关系都在这个曲面上写着呢。
光速与时间的关系?why? - 相对论中,光速时事件空间的一条渐近线。没什么 why 不 why 的,爱因斯坦提出的假设,推出了理论,做出了预测,实验证明预测精确到 10^-13.
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发表于 2006-9-6 22:46 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
在牛顿总结前人理论建立牛顿力学的世界观时,也有很多疑问被提出。以小爱为代表的近代物理学推翻了或者说补充了这个物理世界观后,疑问也接踵而至,不仅仅是对适应了牛顿的人的解惑,新的物理学框架仍有不完满和矛盾之处。超弦假说理论很可能将一个更加广义的维度时空连接进了现在我们定义的宇宙,如若有实验确证了可靠性,曾经的宇宙观又会翻天覆地了

公主殿下,现代物理小结的贴子不会就那样残了吧
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发表于 2006-9-8 05:18 资料 短消息 只看该作者
见笑,如果只想利用虫洞进行空间旅行又该怎么办?
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发表于 2006-9-8 14:30 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
如果没有天然虫洞的话,如何把时空撕破,通过做时空手术创造按照自己意愿设计的虫洞,就不是目前的理论可以解决的问题了。
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发表于 2006-9-8 15:23 资料 个人空间 短消息 只看该作者
天然虫洞只有一个原子那么大,人得足够小才行
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发表于 2006-9-8 16:04 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
按弦理论,由于组成人的粒子属于 fermions,它的特点是不同的 fermions 的量子位 (quantum state) 不能叠加。如果可以利用超级对称原理(supersymmetry),把这些 fermions 变换成它们 bozon 的对应部分(bozon 的量子位可以叠加),那么比原子小的多的虫洞,都可以把人送到时空的另外一端。

P.S. 这个转换可以想象成对初等粒子作傅立叶转换,把物质性的粒子转换成波性粒子,送到时空的另外一端再变回来。

[ 本帖最后由 天宫公主 于 2006-9-8 16:07 编辑 ]
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发表于 2006-9-8 18:41 资料 个人空间 短消息 只看该作者
说了半天,到底人什么时候能回到过去?
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衲子在这方面的知识很多来自于漫画啊

《宇宙开拓史》中机器猫和外星少年向大雄解释空间跳跃时就用了U形折纸的例子。

顺便请教下公主殿下,关于下图的这个理论是不是比较流行的宇宙拓扑学说,能否作一个比较科普化的介绍
(漫画右下角的那行小字是:“详细情形请自行调查”,衲子看到时作乌露多姐姐表情状


图片附件: 宇宙环.GIF (2006-9-8 19:57, 169.31 K)

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发表于 2006-9-9 12:45 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
想了一上午,还是看不懂楼上的漫画。
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QUOTE:
原帖由 天宫公主 于 2006-9-9 12:45 发表
想了一上午,还是看不懂楼上的漫画。

左两幅且请无视,衲子想请教的就是右边的“超环带理论”
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发表于 2006-9-9 14:49 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
超环带 - 最多是 closed string 的一种象征,符合这种弦的初等粒子,只有引力子一例而已。怎么能说是一切物质的终极姿势呢?况且,引力子也本非物质啊(它属于messenger particles),物质需要 fermionic strings 才可以啊。

[ 本帖最后由 天宫公主 于 2006-9-9 14:50 编辑 ]
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发表于 2006-9-12 21:43 资料 短消息 只看该作者


QUOTE:
原帖由 KYOKO 于 2006-9-5 18:10 发表
没法想象一个地方没有任何东西,包括空间
时间倒流...

不用刻意去想,有些東西是想象不來的。比如,你怎樣向一個天生的盲人描訴"紅色"這個概念?
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发表于 2006-9-13 21:05 资料 短消息 只看该作者


QUOTE:
在广义相对论下怎么实现时间旅行?

广义相对论并不说能进行时间旅行。

QUOTE:
时间隧道=虫洞?

虫洞一般指时空扭曲的程度大至把本来分隔极远的空间连在一起。通过这些洞能在很短的时间到达极远的地方,在某程度上算得上是突破光速的限制。比方说,以十年时间到达一千光年远的地方,这不是因为速度能达百倍光速,而是抄了捷径。

QUOTE:
时间与空间的具体联系?

按相对论说,时空时不可分割的。意思是把空间抽离时间来谈论是没有物理意义的。

QUOTE:
光速与时间的关系?why?

光的有限速度就是时间与空间不可分割的原因所在。


按黑洞理论,在黑洞的Event Horizon之下,时间与空间的角色是倒过来的。在黑洞外我们能控制我们处于那里,但不能控制我们处于那时,但在黑洞内我们能控制我们处于那时,但不能控制我们处于那里。在一定程度上算是能进行时间旅行。但

- 在黑洞的引力下我们必死。

- 我们没有可知的方法离开黑洞。

- 我们能进行时间旅行,但不能进行空间旅行。我们的空间必定是往黑洞中心,时空的角色倒了过来。

QUOTE:
单单靠广义相对论的理论是不能够构造虫洞的

广义相对论能容纳虫洞,它有奇点。

QUOTE:
目前知道只有引力可以扭曲空间

引力便是时空扭曲。按广义相对论说,是物质扭曲了时空,我们观察到的引力便是扭曲了时空。

QUOTE:
引力子也本非物质啊(它属于messenger particles)

强作用力及弱作用力的messenger particles有静止质量。按理论,作用力无距离限制的messenger particles才没有静止质量。但到目前为止,我们还未找到引力子。但应注意能量与质量的关系,若引力子存在、正如光子,很难说它是否算是物质。


要找引力子,可到以下网站看看

http://einstein.phys.uwm.edu/
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发表于 2006-9-14 23:28 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
>>单单靠广义相对论的理论是不能够构造虫洞的
> 广义相对论能容纳虫洞,它有奇点。

可以容纳但不能“构造”,意思就是我们不能随便撕破时空,把一个我们造好的虫洞安插上去。事实上能否做到是一回事,但在广义相对论下是做不的。


>> 目前知道只有引力可以扭曲空间
> 引力便是时空扭曲。按广义相对论说,是物质扭曲了时空,我们观察到的引力便是扭曲了时空。
怎么说呢,广义相对论有两种不同的数学推导过程。一个是爱因斯坦最初用的,通过分析 energy momentum tensor 推出爱因斯坦场方程。在这个过程中,的确是物质给时空了曲率,引力是通过弯曲了的 geodesic lines 而反映出来的。然而场方程还有另外一种推法,就是利用 calculus of variations 的思路,找出一个对引力负荷最小的时空面出来,得到的结果和爱因斯坦完全一样。如果按后者的逻辑,就是先有引力而引力扭曲了时空。其实引力和时空曲率,谁是鸡谁是蛋也不是一两句话能讲清楚的。


>> 引力子也本非物质啊(它属于messenger particles)
> 强作用力及弱作用力的messenger particles有静止质量。按理论,作用力无距离限制的messenger particles才没有静止质量。但到目前为止,我们还未找到引力子。但应注意能量与质量的关系,若引力子存在、正如光子,很难说它是否算是物质。

呵呵,算我表达得不准确吧,严格的说应该是"引力子"不属于 fermions. 只是一般在通俗的语言中,会把 fermions 和物质联想到一起,主要还是因为 fermions 必须遵守 Pauli's exclusion princple。

[ 本帖最后由 天宫公主 于 2006-9-14 23:41 编辑 ]
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发表于 2006-9-14 23:44 资料 短消息 只看该作者


QUOTE:
原帖由 heropp 于 2006-9-8 05:18 发表
见笑,如果只想利用虫洞进行空间旅行又该怎么办?

虫洞的能量非常强,目前还不能承受如此巨大的能量。
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发表于 2006-9-17 08:19 资料 短消息 只看该作者


QUOTE:
可以容纳但不能“构造”,意思就是我们不能随便撕破时空,把一个我们造好的虫洞安插上去。事实上能否做到是一回事,但在广义相对论下是做不的。

对的!虫洞目前与理论相容,但不代表它真的存在。无人能撕破时空,人们想做的是利用质量让时空的Topology改变,把两个空间在时空中连起来。这算不上是"撕破"。

时间旅行产生哲学上的悖论,若虫洞真的存在,它必陪随些限制,让理论不会产生悖论。或干脆的虫洞并不存在。目前理论并不充份,古某在期待新理论。

QUOTE:
怎么说呢,广义相对论有两种不同的数学推导过程。一个是爱因斯坦最初用的,通过分析 energy momentum tensor 推出爱因斯坦场方程。在这个过程中,的确是物质给时空了曲率,引力是通过弯曲了的 geodesic lines 而反映出来的。然而场方程还有另外一种推法,就是利用 calculus of variations 的思路,找出一个对引力负荷最小的时空面出来,得到的结果和爱因斯坦完全一样。如果按后者的逻辑,就是先有引力而引力扭曲了时空。其实引力和时空曲率,谁是鸡谁是蛋也不是一两句话能讲清楚的。

二而一!

电理论可按Columb's law算出两带电粒子间的作用力,亦可把其一带电粒子效果化作电场,而另一带电粒子受电场作用。牛顿引力论也可从相同的角度来看。

一般来说,场理论数学性较强。但在场理论中,作用粒子化作电场后在理论中便不重要,物理性较弱。此外、场理论在粒子位置通常成了奇点,String Theory原来便为除去奇点,但仍需努力。

QUOTE:
呵呵,算我表达得不准确吧,严格的说应该是"引力子"不属于 fermions. 只是一般在通俗的语言中,会把 fermions 和物质联想到一起,主要还是因为 fermions 必须遵守 Pauli's exclusion princple。

不!古某指的是波/粒子的双重性,能量与质量互换。除了静止质量外,我们很难介定物质与非物质。别想得太远。

QUOTE:
虫洞的能量非常强,目前还不能承受如此巨大的能量

按目前理论,真空的能量是无限大。但目前还能承受得来。
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发表于 2006-9-17 15:31 资料 主页 短消息 只看该作者 QQ
本公主对“物质”与“非物质”基本是按照它们的 quantum states 是否可以 super-impose 来考虑。注意我这里说的是“物质”,不是物质,呵呵。 因为我觉得质量并不是“物质”的一个 defining characteristic,而 Pauli's principle 可能是更准确的一个。通俗的说,就是两个“物质”不能同时同点出现-这个是由粒子的旋律(spin)而决定的。正如你说,波/粒子有双重性,能量与质量可以互换,所以从经典角度去考虑到底什么是物质的 defining characteristic 很难。

关于时空旅行,本公主一直以为最有希望的理论就是利用 string theory 中的 supersymmetry。由于在量子世界中,时空可以随便被撕破再缝好,我们的理解是时空其实已经有着很多很多个虫动,只不过它们的半径都太小而以。因此电子之间可能会做到瞬时移动,而我们日常看到的东西却不可以。然而,由 super symmetry 预测,我们可以把一个 fermion 转换成 bozon。这样,“物质”的 quantum states 可以暂时性的去 super impose,它的体积可以缩小到能钻进这些天然小虫东里去。等到另外一边把它释放出来时,再把它用 supersymmetry 还原回来。

关于时间旅行在是否会产生哲学悖论,本公主一直在想是否会出现 deterministic quantum tunnelling。比如说,如果你回到历史,无论你碰任何东西,它都不会有任何反应。同理,也可以用这个来解释出现 quantum tunnelling 的那些粒子,是因为它们的 time registration 其实不属于我们这个时空。当然,这个只是一个猜测而已。

[ 本帖最后由 天宫公主 于 2006-9-17 15:43 编辑 ]
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发表于 2006-9-18 08:25 资料 短消息 只看该作者
有意思!专业知识我不够强,但是知道你们所说的东东,个人觉得时空旅行即便实现也没多大意思,因为我们应该属于自己的时空,跨越时空肯定带来的不是成功,而是紊乱,不知道各位高人是否同意??
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QUOTE:
本公主对“物质”与“非物质”基本是按照它们的 quantum states 是否可以 super-impose 来考虑。注意我这里说的是“物质”,不是物质,呵呵。 因为我觉得质量并不是“物质”的一个 defining characteristic,

好的。

但现时物理学中静止质量是介定物质的重要指标。仍然非常defining。

What is matter? Never Mind!

What is mind? It doesn't matter!

QUOTE:
而 Pauli's principle 可能是更准确的一个

听过如何可打破"Pauli's principle"吗?古某指的不是说笑地打破。

QUOTE:
在量子世界中,时空可以随便被撕破再缝好

量子本不连续,不用撕破!如何缝好?

QUOTE:
我们的理解是时空其实已经有着很多很多个虫动

但并无任何实证。

QUOTE:
关于时间旅行在是否会产生哲学悖论,本公主一直在想是否会出现 deterministic quantum tunnelling。

多世界理论可能是目前最流行的想法。电影"回到未来"构思便基于此说法。但真的是"多世界"的话,去了便回不来。

QUOTE:
如果你回到历史,无论你碰任何东西,它都不会有任何反应

不能产生任何Physical Interaction(想不起中文字眼),能看到东西吗?这要能接收光子才行。能"感受"到引力吗?那算"存在"吗?

对了!能呼吸空气吗?


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