#時間 #黑洞 #平行世界
各位大家好，歡迎來到HenHenTV的奇異世界，我是Tommy。
最近重看了一次星際穿越Interstellar，以前看的時候真的很不明白，但是這次再看回就比較明白一些，開始對於裡面的理論感到好奇，究竟他們是以什麼理論來拍攝這個電影呢？
這個電影裡面講到的有幾個我們都好奇的東西，時間，引力，平行世界還有黑洞，而這些理論很巧妙的把它們聯繫在一起，我們今天就來說這幾個東西吧！
先說時間，我們好像明白時間但卻又好像從來沒有認識過什麼是時間，我們在有文明以前就以太陽出現的時間為一個標準，或是以星星月亮等等的運行為一個計算單位。其實時間最主要就是三個因素，過去，現在還有未來，而且從來沒有人可以證明時間是在‘流動’的，那在物理裡面，他們對於時間的觀點是怎樣的呢？
如果是這樣，那麼我們就要在愛因斯坦的狹義相對論開始說起，狹義相對論裡面和牛頓力學不同，他加多一個維度，就是時間軸，裡面只有兩個基本的原理
光速是恆定的
大家知道光速是C=30 x 108 m/s，這個原理就是，無論是這樣的情況之下（除了引力之外，我們會在下個理論講到）真空或是經過空氣之中，光速都是恆定的，都是一秒30萬公里。
狹義相對論
這裡的另外一個原理就是移動的物體，和靜止的物體，它們相對的時間會不一樣，打個比方，如果以光速的來回為計算方式，那麼彈回來原點就是一個時間單位，但是移動的東西所彈回來的時間會稍微長了一點，所以這裡就是產生另一個情況，就是時間膨脹。
如果用一個靜態的人的時鐘去測量一個低於光速移動的人，如果這個移動的人也有帶著時鐘，那麼他的時鐘一定會比靜止的人慢，但是對於他來說，在他的移動空間裡面還是一樣的，物理上沒有任何改變。
我來舉一個簡單的例子：
如果我在地球上拿着同一款非常精準的原子鐘，而我朋友則是搭上太空船遠離地球，他在太空船空間裡面的時間是兩年，裡面的食物還是兩年，人也只是老了兩歲。
但是在地球上的我，卻是過來四年，那麼當他回來後，是否是好像穿越了兩年後的未來呢？
那如果我也是像我朋友一樣，搭上太空船與他相反的方向離開地球，我們的時間過得會一樣快。
那麼有人就有提出一個叫雙胞胎悖論，如果一對雙胞胎，弟弟留在地上，哥哥做太空船低於光速離開地球後再回到地球上，那麼哥哥可能就是比弟弟年輕了，是這樣的嗎？
但是事實上狹義相對論只適合用於直線均衡速度的運動，因為哥哥的太空船中途加速，U-turn或減速然後回到地球上，所以並不是適合用這個理論來解釋，
所以就要和另外一個理論來解釋會比較完善，那就是廣義相對論，
廣義相對論裡面講的也是兩個非常簡單的理論。
引力是和加速值是同等的。
打個比方，如果我們坐進電梯裡面，如果電梯上靜止不動，地球的引力會落在我們身上，那麼我們會靜止不動，是因為在我們身上會有向上的支持力，所以我們才會在原地不動（牛頓引力）
當電梯上以N的速度往上升時，那麼加速上升會造成支持力變大，但是其實你是分不清究竟是引力變大還是因為加速上升造成支持力變大，愛因斯坦就把這兩者歸為等效。
這就是等效原理。
到這裡大家明白我講什麼嗎？
光線彎曲
就好像我們之前所講的狹義相對論裡面講的，如果是移動的太空船，對於靜止的人，他的光束落在的地方不同，這裡在廣義相對論裡面加進了引力，好像剛才的理論所說的，如果加速值和引力是等效的，那麼意思是如果在引力非常大的地方，它的時間會比普通引力的地方會過得非常的慢。
我們來看廣義相對論的方程式如何解釋引力導致時間變慢的理論，打個比方，M = 質量無限大的物體， 如果有兩顆不同的星球在離這個無限大質量的物體不同的距離，T1是遠一點的星球上的時間，而T2則是進一點的星球。
GM就是代表這個質量無限大物體的引力數值，而R就是離比較靠近星球的距離，C =光速。
它的方程式如下：
T2 = T1 √(1-2GM/c²r)
大家先不要覺得燒腦，你只需要以最簡單的數學來想這件事情就可以了。
2GM/C²r 必須大於一，如果√ 下面是負數，那麼是除不到的。
如果r需要大於1，那麼r就是距離必須要大過光速除於2GM（就是M的引力數值），那麼得出來的結果就是T2是小於T1，那麼意思是什麼呢？如果距離約靠近M，那麼它的時間就會相對的變慢。
如果剛好R = 2GM/C²r，那麼就是說結果會是√0，也就是T2 =0,那麼就是說在這個距離，對於其他人來說，這個星球上的人的時間是靜止的。
很神奇吧！
這裡就可以解釋道在星際效應裡面，為什麼他們去到接近黑洞的星球，回到太空船上面已經過了35年，以這個理論來說，如果人類接近在黑洞的引力邊緣，也就是再前一些就會掉進黑洞裡面永遠出不來了，對於其他人來說，你的時間是靜止的。那麼是否你在那裡就不會衰老了嗎？
以廣義相對論的方程式還有一個未解之謎，那就是如果在超過了黑洞的引力邊緣，那麼時間就會變成虛數，如果時間是虛數的話，那麼究竟在裡面會發生什麼事情呢？這個在電影裡面有假設，他掉進一個好像平行世界的空間裡面，而這個平行空間可以穿越過去和過去的自己對話。
回來我們說的時間，我們是以人類衰老的速度來衡量時間，還是我們的細胞對於引力的轉變變成停止衰老呢？還是引力加快了我們身體的新陳代謝？而減慢了我們衰老的速度？
我在上兩個平行世界的影片也有講過，現在我把三個影片關聯在一起，平行世界裡面可能會有另外一個我，如果量子可以同時存在在不同的時空裡，那量子時空的就有可能把兩個世界暫時連接在一起。像我之前在平行世界的影片裡面有假設：如果兩個平行世界的時間是不存在的，並沒有以前或是現在，而是只有快和慢的假設呢？
那麼以今天的這個廣義相對論，就可以解釋會否有比較快或比較慢的平行世界了，只要那個平行世界是越靠近質量無限大的物體時，那麼它的時間可以變慢，甚至靜止了。那麼平行世界的記憶重疊也可以用這集更加的完整解釋了。
如果這個讓你可以去到這個時間靜止的空間裡面，當時間是無限時，你會做什麼呢？那是否你回到地球時，地球早已過了100年呢？時間是單向的，並不可以穿越過去，而過去所發生的事情，就已經過去了。
在星際效應裡面，他進入了黑洞裡面，傳送到一個時間為虛數的五維空間，可以看到他以前的還沒去外太空之前的情景，還用引力和摩斯密碼來傳送黑洞裡面的量子質料和，和引導過去的他去到太空研究站等等。
到現在我終於比較明白這個電影了。
就算時間可以靜止，對於不會利用時間的人來說，還是一樣的。其實時間還是一樣在流動，只是兩個的物理上覺得不一樣而已。相同的，如果一個人很會利用時間來做有意義的事情，那麼它的時間才有價值。
時間可以忘記傷痛，可以改變一個人，也可以讓一個人成長，以前小的時候，就希望快快長大，當長大過後，就希望時間變慢一些，一年一年的過去，看到撫養我們長大的父母開始老了，你多麼希望可以把它們送到黑洞的邊緣，那麼我們就可以和父母一同老去，但是卻可能30多年不能看到他們。
無論什麼物理方程式都好，沒有什麼是可以敵過時間的，還是那一句，學會珍惜時間，珍惜和家人的時間，還有屬於你的時間。
好啦！今天就是平行世界的完結篇，原本只是想寫黑洞的原理，竟然湊巧的讓平行世界的兩部影片完整了，人生就是這樣，你永遠都不知道下一步會發生什麼事情，大家看完這平行世界的三部曲，有什麼希望我講的主題嗎？歡迎大家留言建議，我會試著做的。我們下個奇異世界見，Bye
狹義相對論例子 在 閱讀文章- 精華區Physics 的推薦與評價
> 為什麼我要質疑狹義相對論??
> 狹義相對論的創作背景並不是大家想的那樣,是愛因斯坦的獨立創作,是他自己創造力的發揮.而是麥森毛利的實驗和馬克士威的電磁學理論以及勞倫茲提出的轉換式給予靈感的,他並沒有很聰明到可以憑空想像到狹義相對論的兩個基本假設.
> 有些人講的對,我不應該一直天馬行空去作一大堆假設(其實我比起愛因斯坦來的笨許多了,至少他會參考別人的理論),因為沒有一個物理理論是可以憑空想像的.所以我只會一直讀書,至於要質疑狹義相對論,我已具備了那個勇氣,只差要有大量的實驗證明.可是沒有一個實驗把狹義相對論駁倒,所以我更不可能想出什麼實驗來挑出它的瑕疵所在.但是有一條道路是直得嘗試的,那就是好好學量子力學,如果手中有一筆龐大的押注金,而有兩個賭注:
> 1.量子力學
> 2.狹義相對論
> 我會把賭注金押在第一點,因為至少宏觀世界中有它的應用(電腦和手機),相較之下並沒有一個宏觀物體應用了狹義相對論.
狹義相對論是廣義相對論的特例,
在日常生活中的確有廣義相對論的應用.
最直接的例子是GPS系統.
你可知道,如果沒有廣義相對論的修正,GPS的準確度會差了多少?
> 關於走這條道路,我相信黃教授和其他人應該不會再反對了吧??那就不必再去學運動學了吧??只需要先把微積分學好,然後再學群論即可了吧??
> 歷史上的例子,愛因斯坦用自己的觀點和波爾爭辯,結果失敗.我個人認為那是因為愛因斯坦以前讀書的時候有時候也是想當然爾.我在看他的狹義相對論的時候,雖人感覺那些式子很嚴謹,推論的步驟也極為嚴密,但是使用的方法有點錯誤.舉例:
> 1. 為什麼時間要用光線來回一次的週期來定義??又,物質都是由原子分子構成的,為何可以用時鐘來定義所有的時間??
在Maxwell's eqn.中已經告訴你,在任何的inertial frame底下,
電磁波的速度保持不變.有了這麼好的一個東西,當然要用它來定義
時間.速度這個物理量就暗示了空間及時間的相關聯性.
只要有一個大家都任可的長度單位,那麼再加上光,很自然地就能定義
出時間.
至於,這個時鐘,是由原子分子構成的,為什麼不能拿來定義時間?
這個論點相當奇怪.
> 2. 為什麼判斷”同時”也要用光線??
前面已經說了,用光來定義時間的方法.
那麼,"同時"的意義就很自然地被定出來了.
> 3. 一些檢驗時間膨脹的實驗,只能代表微觀粒子有那些現象,那就一定代表宏觀物體也會那樣嗎??
不一定.微觀粒子經過統計物理變換到宏觀物理後,未必會顯現原來
具有的現象.而狹義相對論也只是一種解釋自然的物理理論,當然未必
是對的,只是目前的實驗結果都支持它.
> 4. 即使3.的質疑不成立,那把焦點換到銫原子鐘實驗飛機是否有時間膨脹.可是這樣一來也不一定代表時間真的會有膨脹的效應.因為飛機並不是從頭到尾都一直處在慣性座標系裡面.別忘了它在等速度直線運動之前是個非慣性座標系,而且相對論效應越被要求要明顯,加速的時間要越長,根本不能忽略加速所耗去的時間(物體速度太慢即使以銫原子鐘也難以察覺時間的變化).
對.問題就出在加速度的過程中.
如果沒有這個加速度的過程,你根本就不知道是飛機在動還是地面的
觀測者在動.如果不是這兩段加速過程,你根本就無法比較兩者誰才要
time dilation.
> 5. 我不了解是不是因為原子彈的關係,讓大家一直相信運動物體的質量一定會增加??$E=mc^2$是從質量轉換式得來的,但是其逆亦為真嗎??黃老師也說過運動物體的質量會增加是外界給的,我手邊的專業書籍也這樣講,但是不知道為什麼很多人以為只要物體一運動質量就一定會增加(太迷信了書本)??運動的方式難道只有一種嗎(被外界推動)??如果真是如此的話,那麼請問一下 火箭 太空梭 飛機在起飛之後,還需要派遣其他飛機在它旁邊推動它嗎??這樣對嗎??
等效質量增加這是由動量守恆推導出來的.
至於後面兩個問題,我實在不懂你的意思.
> 逆天的物理作用(生物或是人類對靜止系物質的物理影響):熵變小
> 熵變小,運動物體的時間就會變慢(譬如吸收靜止系給的能量來運動)
> 順天的物理作用(生物或是人類不對靜止系物質的物理影響):熵變大
> 熵變大,運動物體的時間就會與自然界(宇宙)的時間同步吧?? (譬如運動系以核融合或是正反物質對撞的方式產生動能來推動自己運動)
這邊扯到entropy是...? (相當不知所謂XD,講清楚點吧)
另外,熱力學第二定律並不只是在講能量的分散.
熱力學第二定律是一個統計上大致沒錯的結果.
Poincare recurrence theorem這條定理告訴我們:
一個孤立,有限的系統,可以在有限的時間內回到任意接近原始的狀態
這是對熱力學第二定律相當直接的一個挑戰.
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※ From: 61.224.5.52
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