
刚才刷到一个挺有意思的讨论,说的是如果把整个宇宙所有东西都掏空,不管灰尘还是能量全拿走,最后还能剩下点什么东西。
很多人第一反应肯定说,都拿完了当然什么都剩不下啊,也有人说不对,东西拿走了放东西的空间总得留下吧,这个问题已经吵了快一百年了。
其实这个看起来简单的小问题,碰着物理学最核心的地方了,就是说空间到底是真真切切存在的东西,还是只是各种东西之间的一种关系而已。
我们平时说什么东西在什么位置,本来就默认空间给了我们一套坐标,能把所有东西的位置给固定住,这好像是天经地义的事。
不管是你坐在家里沙发哪个位置,还是找天上某颗星星的具体位置,都得靠着这套看不见的参考线来定,不然根本说不清楚在哪。
其实这个坐标本来就是我们脑子想出来的工具而已,不是真的有这么个东西存在,你怎么挪怎么转坐标都不影响实际发生的事。
只是我们描述这个世界的方式不一样罢了,换个坐标根本不会改变事情本来得样子。
真正有实际意义的其实是不同点和点之间的距离关系,从这个角度看,空间不像一个实实在在装东西的盒子,更像一张交错的关系网。
那空间最根本的属性是什么呢,其实就是距离,两个点离得多远,本来就是应该能测出来的具体数值,没什么好绕的。
只要说到测量,就得有一套明明白白的规则,这套规则在物理学和数学里头有专门的名字,我们不用硬记,知道它是定距离的规则就行。
我们平时总习惯先想出来一个空空空的空间摆在那,就像一张空白的画布,然后再往上面画各种东西,定出各个点之间的距离。
可真实的物理世界其实反过来,是先有这套定距离的规则,定出来距离之后才有的空间本身,这个说法和我们日常的直觉完全不一样。
如果没有这套规则,所谓本来就存在的绝对空间,根本就没办法观测,也没有实际意义,就跟没了能量流动就没法定义时间一样。
很早以前牛顿就坚持认为空间是绝对的,一直不动还均匀平展,这个想法特别符合我们日常的感受,所以一直牢牢刻在大家脑子里。
我们平时都知道两点之间直线最短,这个说法在平展的空间里当然完全成立,可空间要是弯了,整个情况就完全不一样了。
空间弯了之后,两个点之间最短的路径其实也是弯的,那些围着恒星转的星球,看起来走的是弧线,其实就是走的这条最短路径。
之前大家都觉得星球是被引力拉着才拐弯走的,其实根本没有什么无形的力拉它,就是空间本身弯了,它只能顺着弯的路径走。
我们平时说一件事,不光要说这件事在哪发生,还得说清楚它是什么时候发生的,所以时间肯定也得加进来一块说,不能分开讨论。
爱因斯坦说时间和空间根本没法分开单独讨论,它们俩合在一起才是我们常说的那个东西,就是大家经常听到的时空。
我们现在说两个事情之间的间隔,不是光说空间隔了多远,也不是光说差了多少时间,是把两者合起来算出来的一个不变的数值。
在平平整整的时空里,不管你是以什么状态运动,测出来的光速都是一样的,从这个就能推出来,动得快的钟会走得慢,尺子也会变短。
不同运动速度的观测者看同一个东西,测出来的时间和长度都不一样,这不是那个东西本身的性质变了,是你用来测量的参照变了。
要是把质量的影响加进来,平平整整的平直度规就没用了,只要有物体有质量,放在那就能把周围的时空给压弯,质量越大弯得越厉害。
你要是离大质量的天体越近,你手里的钟走得就越慢,光走的路径也会发生弯曲,最极端的例子就是大家都很熟悉的黑洞。
黑洞有一个临界边界,过了这个边界之后,不管什么东西都不可能跑出来,这不是因为有什么东西把你往里拽,是空间本身的结构变了。
其实黑洞本身都不是放在空间里的一个普通物体,它就是空间结构变化到极端之后的样子,跟我们平时认识的物体完全不一样。
要是空间本质就是那套定距离的规则,那整个宇宙其实就是一个大尺度的时空几何结构,整个宇宙的结构还一直在随时间变化。
我们都知道宇宙一直在膨胀,其实膨胀不是星系自己往外跑,是整个空间的尺度在一点点变大,所有两点之间的距离都跟着变长。
大家都听过相对论说任何有质量的物体运动都不能超过光速,为什么宇宙膨胀的速度能超过光速呢,其实就是因为不是星系自己在动。
星系是被空间本身的拉伸带着走的,所以哪怕互相远离的速度超过光速也不违反相对论,这个长久的疑问一下就说通了。
还有我们现在已经能探测到的引力波,引力波从我们身边掠过时,空间里任意两点之间的距离会一会变大一会变小,周期性变化。
这种变化就是空间本身的规则发生改变带来的,所以这也能说明空间不是一直静止不动的背景幕布,它自己也会变化也会动。
说到这好像我们已经把空间的本质摸清楚了,但是之前说的这些都默认空间是平滑连续的,量子力学出来之后,情况又不一样了。
量子力学认为所有东西都是量子化的,也就是一块一块不连续的,空间到了特别特别小的尺度,也会变成一块一块不连续的。
那个最小的尺度叫普朗克长度,小到根本没法想象,到了这个尺度,原来我们说的连续空间就不存在了,变成了颗粒一样的结构。
现在前沿研究量子引力的理论里,宇宙最底层其实根本没有什么连续的空间点和固定距离,就是一张类似网络的关系结构。
回到最开始那个问题,把宇宙里所有东西都拿走,到底还剩什么呢,按广义相对论的说法,还会剩下空间本身的结构。
要是按现在最新的量子引力理论来看,所有东西都拿走了,连空间本身也跟着一起消失了,最后剩下的就是完完全全的虚无。
那是宇宙诞生之前才有的状态,没有任何实实在在的物理存在,也没有时间也没有空间,就是什么都没有的真正空无。
我们现在人类对宇宙的认识还是非常有限的,过去的认知不断被新的发现推翻,保持对未知的敬畏个股配资,我们才能走得更远一点。
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