2014年，由克里斯托弗·諾蘭執(zhí)導(dǎo)的科幻冒險(xiǎn)電影《星際穿越》全球震撼上映，在迎來(lái)票房和口碑雙豐收的同時(shí)，也引發(fā)了一場(chǎng)人們對(duì)于時(shí)空旅行的思索和討論。
影片中，一隊(duì)探險(xiǎn)家試圖通過(guò)蟲(chóng)洞通道回到過(guò)去，尋找可拯救地球的植物和農(nóng)作物。然而，當(dāng)通過(guò)蟲(chóng)洞的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)飛船上的一個(gè)小時(shí)相當(dāng)于地球上的七年時(shí)間。造化弄人，當(dāng)主人公回到地球時(shí)，自己的女兒已經(jīng)白發(fā)蒼蒼，而父親卻和坐上小火箭離去的時(shí)候那么年輕。當(dāng)我們?yōu)槠嗝赖墓适逻駠u不已時(shí)，我們不禁要問(wèn)，時(shí)間真的可以變慢嗎？
答案是肯定的，影片中的這一情節(jié)正是根據(jù)確鑿的科學(xué)理論改編而成，這個(gè)理論正是相對(duì)論。
相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，主要由阿爾伯特·愛(ài)因斯坦創(chuàng)立，依據(jù)研究的對(duì)象不同分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。研究對(duì)象是超越人們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)的高速運(yùn)動(dòng)世界和廣闊的宇宙。
在狹義相對(duì)論中， 愛(ài)因斯坦提出的“四維空間”是一個(gè)時(shí)空的概念。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們的宇宙是由時(shí)間和空間構(gòu)成。時(shí)空的關(guān)系，是在空間的架構(gòu)上比普通三維空間的長(zhǎng)、寬、高三條軸外又加了一條時(shí)間軸。
狹義相對(duì)論還認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)中的尺子會(huì)縮短，這就是著名的“尺縮效應(yīng)”。人們平時(shí)處在低速運(yùn)動(dòng)中不會(huì)覺(jué)察，但如果以每秒26萬(wàn)公里的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，一米的尺子就會(huì)縮成半米。狹義相對(duì)論表明，高速旅行會(huì)使時(shí)間變慢。假定將來(lái)人們能制造一艘接近光速飛行的宇宙飛船，從地球出發(fā)飛向遙遠(yuǎn)的星系，來(lái)回的旅程僅僅幾年，但在此期間地球上已過(guò)去了幾千年。
這就是為什么電影《星際穿越》 中，飛船上的一個(gè)小時(shí)相當(dāng)于地球上七年時(shí)間的理論依據(jù)。
狹義相對(duì)論是由愛(ài)因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎(chǔ)上創(chuàng)立的時(shí)空理論，是對(duì)牛頓時(shí)空觀的拓展和修正。 愛(ài)因斯坦以光速不變?cè)沓霭l(fā)，建立了新的時(shí)空觀。
1915年，愛(ài)因斯坦把狹義相對(duì)論發(fā)展成廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論認(rèn)為，沒(méi)有物質(zhì)的時(shí)空是平坦的，有物質(zhì)存在的時(shí)空就變得彎曲了，兩點(diǎn)之間的距離因物質(zhì)的存在而被拉伸或擠壓。打一個(gè)直觀的比方，水平抻開(kāi)的一塊布應(yīng)該是平坦的，當(dāng)你在布上放置一個(gè)鉛球后，布面就變得彎曲了，這時(shí)再放置一個(gè)小玻璃球在布上，它就會(huì)滾向中央的鉛球。同理，星球的質(zhì)量使周?chē)臅r(shí)空彎曲，星球上的“引力”實(shí)際上是一個(gè)時(shí)空被彎曲的現(xiàn)象。
根據(jù)廣義相對(duì)論，1939年美國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W本海默證明，假如星體質(zhì)量聚集到一個(gè)足夠小的球狀區(qū)域里，引力的強(qiáng)烈擠壓會(huì)使那個(gè)天體的密度無(wú)限增大，然后產(chǎn)生災(zāi)難性的坍塌，使那里的時(shí)空變得無(wú)限彎曲，這就是人們常聽(tīng)說(shuō)的黑洞。廣義相對(duì)論是不可思議的想象力與合理性的完美結(jié)合，為理論物理學(xué)樹(shù)立了一個(gè)典范。
作為相對(duì)論的一個(gè)推論，愛(ài)因斯坦提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。在這一理論的指導(dǎo)下，1939年，科學(xué)家找到了通過(guò)核裂變把質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，釋放巨大原子能的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而制造了原子彈，后來(lái)又利用核聚變發(fā)明了氫彈。而可以控制反應(yīng)劇烈程度的核反應(yīng)堆的和平利用，比如核電站、可控核反應(yīng)堆供暖系統(tǒng)等極大地改善了人們的生活。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)也依賴(lài)于相對(duì)論。愛(ài)因斯坦指出：傳統(tǒng)的時(shí)間概念只能在簡(jiǎn)單的條件下才能確定，當(dāng)多種因素暫時(shí)聯(lián)系起來(lái)的時(shí)候，傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方法就失去作用。全球定位衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，由于處在不同的參照系上，時(shí)空無(wú)法和地面同步，只有根據(jù)衛(wèi)星和地面的原子鐘不斷調(diào)整時(shí)間，才能保證定位系統(tǒng)的精確。
1976年，物理學(xué)家維索特和列文向太空發(fā)射了一枚載有時(shí)鐘的火箭。他們觀察到，這個(gè)時(shí)鐘與放置在地球上的時(shí)鐘相比，多獲得了1/10微秒。他們認(rèn)為，為了在未來(lái)時(shí)光中旅行，就需要利用那些強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地球重力的引力場(chǎng)，比如中子星引力場(chǎng)。如果讓飛船到達(dá)一顆中子星上，就會(huì)在未來(lái)的時(shí)光中邁出一大步。
相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，極大地改變了人類(lèi)對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出的“同時(shí)的相對(duì)性”、“四維時(shí)空”、“彎曲時(shí)空”等全新的概念，讓整個(gè)科學(xué)界為之一震，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的階段。而人類(lèi)對(duì)于相對(duì)論的創(chuàng)造性應(yīng)用，也必將為我們的生活和未來(lái)帶來(lái)翻天覆地的變化。
聯(lián)系客服
