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我们存在的最大谜团之一也是物理学的最大谜团之一：时间 。 我们体验时间的流逝 ， 有一个特殊的时刻 ， 我们称之为“现在” 。 现在你正在看这篇文章 ， 半小时前你可能在做其他事情 。 无论你做什么都没有办法改变它 ， 这就是我们对时间的看法 。 但物理学告诉我们的时间与我们的看法大不相同 ， 弄清楚这一点的人正是阿尔伯特·爱因斯坦 。 了解爱因斯坦教给我们的关于过去、现在和未来的一切 ， 这就是我们今天要讨论的内容 。
我们认为时间是对每个人和每个物体都一样有效的东西 ， 这使时间成为一个通用参数 ， 这个参数标记了经过了多少时间 ， 以及我们所说的“现在”是什么意思 。 闵科夫斯基是第一个注意到这可能不太正确的人 ， 他认为如果将时间视为一个维度而不是一个参数 ， 那么麦克斯韦的电动力学方程就更有意义了 。 如果你将空间的一个方向旋转到时间上 ， 麦克斯韦方程组不会改变 。
所以 ， 闵科夫斯基说我们只是将空间和时间组合成一个四维时空 ， 然后我们可以将空间旋转到时间 ， 就像我们可以将两个空间方向旋转到彼此一样 。 这就自然地解释了为什么麦克斯韦方程组具有的对称性 ， 它与电场和磁场没有任何关系 ， 它来自空间和时间本身的特性 。
我们可以在直角坐标系中画出时间维度：一条用于时间 ， 另一条用于至少一维空间 ， 这称为时空图 。 如果只是静止不动 ， 那么在此类图中的运动是竖直的直线；如果以恒定的速度移动 ， 那么在图中是一条以一定角度倾斜的直线 。 最大的速度是光速 ， 按照惯例它通常以45度角绘制 。 在空间中我们可以前后、左右或上下移动 。 但随着时间的推移 ， 我们只能向前 ， 不能掉头往后走 。 所以时间仍然在某些方面与空间不同 。
那么我们谈论的时间意味着什么？如果我们想进一步理解它 ， 我们将进入爱因斯坦的狭义相对论 。 狭义相对论有两个重要的原理：光速不变原理和相对性原理 ， 这两个假设会产生深远的影响 。
光速是有限的 ， 没有什么比光速更快 。 你可能正在手机屏幕前看这篇文章 ， 那么“现在”你的手机还在吗？你的答案是肯定的 ， 但物理学家可能会指出 ， 实际上你并不知道 ， 因为“现在”手机发出的光还没有到达你的眼睛 。 如果有人抢走了你的手机 ， 那么手机丢失的信息需要一小段时间才能到达你的大脑 ， 那么你怎么会知道“现在”手机在哪里呢？
虽然物理上好像是这么回事 ， 但这不是正常人使用“现在”这个词的方式 。 我们总是谈论“现在”发生的事情 ， 从不用担心光需要多久才能传播到 。 为什么我们不能就一些“现在”达成一致并继续下去？为此 ， 我们必须想出一种方法来确定我们所说的“现在”是什么意思 。
爱因斯坦的思想实验做到了这一点 ， 假设在我们左边和右边各放一面镜子 ， 之后同时向左右两面镜子各发射一个光子 。 因为我们有光速不变原理 ， 所以我们知道左右两个光子必须同时返回 。 最后一步 ， 在整个过程所需的时间的一半时 ， 我们就知道光子一定是从镜子上反弹回来的 。 现在 ， 我们可以说这个时刻就是所谓的“现在”了 ， 即使光还没到达我们这里 。 时空图中的表现形式如下图 。
假设一个朋友以恒定的速度相对你移动 ， 在你的时空图中他沿着一条倾斜的直线移动 。 他也和你一样做一模一样的实验 ， 但从你的角度来看 ， 现在时间的一半并不是你所谓的“现在” ， 时空图如下图所示 。 显然 ， 他所说的“现在”已经不是你所说的“现在”了 ， 你认为他的“现在”是错误的 。 另一方面 ， 从他的角度来看 ， 他是不动的而你
【物理学的最大谜团之一：什么是“现在”】这就是相对性原理的用武之地 ， 所有观察者的观点同样有效 ， 所以你俩都是对的 。 换句话说 ， “现在”的概念取决于坐标系 ， 你的“现在”和他的“现在”不一样 。 如果你喜欢专业术语 ， 这也称为同时的相对性 。 不同的观察者在日常生活中对“现在”概念的差别非常小 ， 只有在相对速度接近光速时它们才会变得明显 。
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