為什麼必須以時間軸為第四維?

時間 2021-06-03 10:28:00

1樓:柯幻世界

如果時間真的存在,那麼我能理解的只有把時間作為第四維,其他未知的量我無法理解。我們生活在乙個無法把控第四維的四維世界裡。

2樓:黃世琛

要學習這個問題,估計沒幾個小時給你上課是說不明白的,那我盡量簡單地闡述什麼是四維時空和四維向量。

以三維向量為例,三維向量的大小等於√(Δx2+Δy2+Δz2),(式中的2是平方)。這個大小跟座標系的選擇無關,不論座標原點在哪兒,不論座標軸旋轉到哪個方向,不論你怎麼移動這個向量,向量的大小都是一樣的。

很多人對四維時空有個膚淺的理解,就是三維空間+時間,其實四維空間有個很大的特性是四維向量的大小與參考係的選擇無關。我們知道在三維空間中選擇不同的參考係,乙個物體的位移是不一樣的,比如我坐在車上,我認為車上的物品是靜止的,位移為0,但站地面上的人認為車上的物體移動了很長一段位移,在不同的參考係下,物體在三維空間的位移是不同的。後來物理學家發現,如果加入時間向量,在不同的參考係中測量同乙個物體的位移和時間都滿足√(s2+(ict)2)=常數,其中s是三維位移,s上該有個→,2是平方,i是虛數單位,c是光速,t是時間。

物理學家把三維位移和時間組合在一起稱為四維位移,它的大小等於√(s2+(ict)2),四維位移的大小跟參考係的選擇無關,不論你是站在地面上,還是坐在車上,還是在的飛機上,觀察乙個物體的四維位移的大小都是一樣的。原因是儘管在不同的參考係中位移s是不同的,但是不同的參考係時鐘的快慢也不一樣,儘管絕大多數時候可能時鐘的差別極小極小,但是乘以了光速c,這個差別就體現出來了。四維向量的大小與參考係的選擇無關,是四維空間中四維向量的乙個重要的性質。

這就跟三維向量的大小與座標系的選擇無關的性質是一樣的。因此物理學家才把長期以來看起來毫不相干的物理量組合在了一起。

接下來我說說四維向量的另乙個匪夷所思的特性,不僅僅是空間和時間,所有的向量都是四維的,你在課堂上學過的幾乎所有的物理量在四維空間都是向量,除了時間,還包括能量,頻率,功率,密度,質量……甚至連物體的顏色也是向量。我們知道選擇不同的參考係,時鐘的快慢是不同的,其實在不同的參考係中,我們觀察到乙個物體的質量,密度,長度,體積……甚至顏色都是不同的,儘管以前在很長一段時間我們認為標量的大小是跟參考係選擇無關的。這些我們認為是標量的物理量,其實在四維時空中都是向量。

但是第四維向量在數學上不是實數,而是虛數。它的平方是負數,正如我在前面介紹四維位移的大小時你看到的那樣。

為什麼我們感知不到四維時空呢?因為在不同參考係下,速度,位移是不一樣的,這些區別都是用肉眼可以看得見的。但是傳統物理學中的標量,在不同的參考係下的區別,是你很難觀察得到的。

像尺縮效應,鐘慢效應,還有運動物體的質量會增大……等等現象雖然一直存在,但是除非是運動速度接近光速,否則你根本感受不到這麼細微的變化。如果哪一天人類科技發達了,我們可以進行光速旅行了,那時的人類對四維向量的變化習以為常了,就不覺得四維空間很抽象了。

我再舉乙個四維動量和四維力的例子:

我們學過迴旋加速器,並且我們知道當微觀粒子加速到接近光速時,質量會迅速增加,那麼我們可以猜測質量不是標量,是乙個跟速度有關的向量,於是我們可以把質量和速度組合起來,但是有乙個問題,既然是同乙個向量,量綱怎麼能不一樣呢?質量的量綱是千克,速度的量綱是公尺/秒。不怕,天才愛因斯坦發明了質能方程E=mc2,而且我們知道質量和速度相乘能得到動量p,都是跟質量和速度相關的物理量,於是四維動量就誕生了(iE,p),這裡的p是三維動量,p上該有個→,但是量綱還是不對,我們給E下邊除以乙個c,(iE/c,p),於是我們就把能量和三維動量組合在了一起,叫做四維動量。

在三維空間裡有F=Δp/Δt,在四維動量中同樣適用,其中第四維分量也就是ΔE/Δt是我們很熟悉的標量-功率,於是物理學家把功率和力組合起來成為四維力。雖然嚴謹的推導過程很複雜,不是三言兩語能說明白的。但我可以告訴你四維動量和四維力同樣滿足在不同的參考係下,他們的大小是一樣的,四維向量的大小跟參考係的選擇無關。

3樓:黃思夜

猜想,不同個體對於時間的理解是不一樣的,同樣是人類,同樣是一天24小時,有些人覺得時間不夠用,有些人卻覺得時間太難熬,太漫長。其實時間就是每個個體不同經歷的統一度量,所以每個人都有屬於自己的時間,人與人之間沒有絕對的共同時間,但是有個瑞士早期心理學家榮格提出過一種 "共時性現象",指"發生在現實世界中得事件與咱們腦中想到得事件剛好一致",或者無因果關係的事件發生後造就的不可思議共同意義。 以上理解的時間,和我們現實生活中感受的機械表上時間是不同的,現實中有些不可思議事件的發生與變化是不同僅用巧合來解釋的,所以,想理解四維的概念,還需先弄懂時間到底是怎麼回事、

我們為什麼要把時間定義為第四維度?

愛國好騷年 你腦子有泡啊!無惡意 說的是四維空間不是時空,時間是乙個單獨的軸,跟空間沒關係。如果是時空的話我們現在就是在四維時空裡 淡年華 這是普遍網上傳播的原因,我認為四維空間也是存在時間的,時間在多維空間都存在,四維空間不是時間,只不過相對於三維空間來說四維空間的壽命相對長很多 東方不敗 既然問...

四維空間下,將時間軸拉長,速度變慢,動能發生變化,能量是不是不守恆了?

陳子棠 按照你的提問,你想說的四維空間指的是添上時間軸維度的時空,也就是比三維的長寬高多了一維 時間。在三維空間裡,我們看不到過去 也看不到未來,只能看到現在進行時。但是在四維空間裡,其方向性類似於一維是零維相連線的方向性,四維是同時展現了一條具有唯一方向的時間軸上不同時段的 三維世界 點發展方向。...

三維到底是哪三維,還有為什麼第四維是時間?

短歌行 三維是長寬高,四維是同時垂直這三維的,即時間。三維的長寬高都在時間這個進度條上變化。對於二維世界來說,他們的時間就是第三維,即平面在Z軸上變化。 六等星yoru 從空間的角度上說第四維應該不是時間,高度相對二維平面,第四維相對三維立體。四維物體可以概括成同乙個物體在三維中不同立體形態的集合,...