有关相对论四维空间的问题。

2025-02-21 00:15:00

推荐回答（5个）

回答1：

时间和空间的叠加刚开始并不是很好理解，所以我们先从一维空间和时间开始。
先画一条数轴，物体是上面的点，且只能在这条线上运动，也就是只能做一维空间内的运动。我们把这条线称为x轴，并用一个数x就能表示物体的位置。这时我们再画一条与x轴垂直的y轴（或者称为t轴更好），又可以用一个数t表示物体的时间。两个坐标轴就构成了一个二维时空坐标系，这时我们用一组数(x,t)就能表示出并在上面画出物体的时空位置。如果我们把每个时刻物体的位置都点出来，就会连成一条线，称为物体的世界线，这条线就是物体的一生。
扩展到二维空间加时间，就是一个三维坐标系，用(x,y,t)表示物体。扩展到三维空间和时间，就画不出图了，但可以看到，路人甲的空间位置在一直变化，年龄也一直变老，时间就是这样叠加的。当然可以只让时间增大，空间不变，你站着不动就是了。你可以想像，在时间轴上的每个点，就是一个静止的空间（就像电影胶片，由一幅幅画组成），我们沿着时间轴往前走，就像放电影看到了一个现在的世界。
下面我们来比较一下：对于我们平时的坐标系（或牛顿力学），两点间距离L^2=x^2 y^2 z^2=常数，时间t也是常数。而对于四维时空（又叫闵科夫斯基时空），时间与空间同属一个坐标系，而且相互联系，两点间的四维间隔S^2=x^2 y^2 z^2-c^2*t^2=常数。第二个区别是（在一维空间和时间的图上较容易算出）：四维时空中两点间直线最长。初学者可能推导不出来，没关系，知道就行。沿四维直线运动的物体做的是惯性运动，在没有引力（其实引力就是坐标系的扭曲）时在三维空间中就是直线运动，而且位置是均匀变化的，这就是传说中的匀速直线运动。
时空就讲到这里，下面我们来了解时空的扭曲。为了便于理解，我们就从二维空间开始吧。在一个平的地面上，一切都和谐地运动着。这时突然天上掉下一个电视（对于二维运动的人，是看不到第三维－天空么），于是电视周围的地就形成了一个坑，变成了弯曲的二维空间（就像大质量物体周围的弯曲时空），小孩子们好奇啊，跑进去又跑出来（就像光一样快），不会被困住。有一次一个老大爷从边上过，一不小心滑下去了，它跑不快，又没人救它，就只能整在在坑里转了（就像地球在太阳造成的坑里转）。后来，天上又掉下一冰箱，这次地上不仅有个坑，还有个洞（就像黑洞（天体）质量太大，直接在时空中压出个黑洞），这次小孩跑再快也只能在边上坑里玩，一下洞保证上不来（就像光进入了黑洞）。注意黑洞并不只是空间中的洞，而是时空中的洞，时间也在那停止，因此你要去黑洞，你认为是加速过去并在进入前回头一看，地球已经发展了很多（准确的说是无限）年了，然后几秒以后就进去了。但在我们看来，反而你越来越慢，最后停在边界，直到很多年以后。
下面是超光速的问题，相对论是不允许超光速的，但还有一个办法。一直在地球表面做二维运动的人们发现了一件事：以前他们从北极到南极，最快是沿经线走40天，但从这个洞跳下去，竞然有了第三维，而且10天就到了。这就是虫洞，我们虽然速度不大，但可以比光先到目的地。这样“超光速”以后，我们再做一个假设，一位名叫光的领导人于公元0年打算从发达的北极到荒芜的南极，他有无法逾越的速度即光速，并到达南极后规定此时也为公元0年（因为在光看来一切都是不需要时间的，出发和到达是同时的，要学洛仑兹变换公式就知道了），但反对者虽和他一起出发，却用虫洞于领导者之前（公元前1年）到达，所以他们到了南极的过去。他们甚至可以阻止领导者的到来，也就是改变这里的将来。但必需注意，这两点之间要相距很远，所以你是看不到过去的自己的，就像北极的人只能看到南极的过去，如果他们再回去会发现北极和他们出发时一样（因为光看一切都是静止的，它回来时看到北极还是那样，只是和他同时走的反对者可能换个姿势）。
最后就是这样看来，黑洞如果是三维空间的洞（通常我们见到的洞是二维平面下有个三维的洞，而这里我要的是三维空间下的四维的洞）就能当虫洞入口，但麻烦的是它是四维时空中的洞，时间也在这消失了，所以你进去就回不来了，或者说地球人看来你根本进不去（上面解释过了），所以不能当入口。所以虫洞的开辟需要其它还未知的办法。

回答2：

我理解的时间纬度问题是这样的
首先高维度的东西往往能包含数量极大的低维度的东西,比如平面能够包含无数直线,而三维的物体即便是一截小小的烟丝滤嘴,展开成屏幕后的面积也是很大的,三维物体包含的二维物体相对于二维物体包含的一维物体更多.而这些展开的平面又包含了更多的直线.所以高纬度的物体不但能包含所有比它纬度低的东西,而且维度越高,包含的物质量越大,是呈几何速度增长的.
真正意义上的三维空间是不存在时间的,也就是说,真正的三维空间的一切都是静止的,就好比电脑中的三维模型,如果你不自己设置各种变化参数,它是永远不变的.这样的话,在加入了时间这一维度后,三维空间会随着时间变化产生无数变化,有了时间,发生了化学变化,创造了新物质,出现了生命,创造了文明,这些都是时间漫漫孕育而出的,所以这也能解释了四维空间对于三维空间包含物质量更多的原因.这也说明了时间为什么是一个维度:有了时间轴,三维物体会在时间轴的影响下不断变化,而不是永恒静止的

貌似按照爱因斯坦的理论,穿越时空必须依靠超光速飞船移动才行

回答3：

个人认为时间是物体运动变化的量度,假如宇宙一切物质都停在一瞬间,那就没有时间的流失,当物体运动超过光时可以看到过去的时间里发生的事情（过去发出的光流下的信息）,但却是不能改变过去的,黑洞现在证明是超质量超小体积的天体,引力超强,光也不可逃逸

回答4：

首先，有宇宙膜理论可以解释：每一时刻的三维空间都可以沿某个方向压缩成一张膜，用该膜所处时刻标识它；这一系列膜组成的系就可以看成四维空间。不是有飞矢不动样谬吗？
另外，可以建立区别于欧几里德空间的明可夫斯基空间，在其中借助光锥和四维矢量讨论时空间隔问题。你可以参考赵凯华的新概念力学。

回答5：

支持下面有位老兄的话~想弄懂相对论，最好先把一些与相对论有关的基本的数学原理东西弄懂。你这样上来问问题。别人也不知道你说的什么，也给你解释不清的。

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