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聊聊“事件视界”

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发表于 2020-11-30 09:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
聊聊“事件视界”

开聊之前,简介一下相关的三个物理学基本概念:

一、世界线(World line):
是德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基于其1908年论文《空间与时间》中提及的概念。他将时间和空间合称为四维时空,粒子在四维时空中的运动轨迹即为世界线。在物理学上,世界线是物体穿越四维时空唯一的路径,因加入时间维度而有别于力学上的“轨道”或“路径”。

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在物理学上,世界线是时空中某物体的历史所组成的事件序列,事件的发生与其前后演变可用四维坐标标示。世界线是时空中的特殊曲线,线上的每个点都能标出物体在那个时间的时空位置。
举例来说,地球的公转轨道是宇宙中一个近乎圆形的三维封闭曲线,地球每年都会转回同一个点,但时间却不一样。地球的世界线会在四维时空中循环(像弹簧的形状那样沿螺旋式轨迹延伸),而不会回到同一点上。
时空是称为“事件”的“点”,与标有事件的持续、稳定坐标系之集合。
四维时空的每个事件都有三个空间维度和一个时间维度,在数学上这称为流形。
若将此概念应用于高阶空间,为了方便在平面上作图,其中两个空间维度会被省略。每个事件都是闵可夫斯基图上的一个点,图上的坐标系纵坐标为时间轴,横坐标为空间轴。粒子在闵可夫斯基图上的连续轨迹,即为世界线。
From Wiki

世界线、世界面、世界体积即为点、线、面在四维时空中的路径(三维空间中的一个空间维.jpg
世界线、世界面、世界体积即为点、线、面在四维时空中的路径(三维空间中的一个空间维度无法表示,已省略)。From Wiki

二、光锥(Light cone):
在狭义相对论中,光锥是闵可夫斯基时空下能够与一个单一事件通过光速存在因果联系的所有点的集合,并且它具有洛伦兹不变性。光锥也可以看作是闵可夫斯基时空下的一束光随时间演化的轨迹。在三维空间中,光锥可以通过将两条正交的水平轴取做空间坐标,将垂直于水平面的竖直轴取做时间坐标从而实现可视化。为了简明起见,这里首先考虑的是平面上的光锥:即用来描述它的闵可夫斯基图只具有一维时间(纵轴)和一维空间(横轴),我们将看到光锥在洛伦兹变换下具有不变性。
From Wiki

狭义相对论中的光锥.png

光锥。A是当前事件;B是未来光锥,C是过去光锥;黄色代表光线。根据狭义相对论,光速.png
光锥。A是当前事件;B是未来光锥,C是过去光锥;黄色代表光线。根据狭义相对论,光速是自然界的最高速度,因此普通物质的世界线只能位于光锥内,光锥外的白色部分是禁区,其时空也无法对观测者(当前事件)的时空产生任何影响。From Wiki

三、事件视界(Event horizon):
亦称事件穹界,是一种时空的曲隔界线。视界中任何的事件皆无法对视界外的观察者产生影响,在黑洞周围的便是事件视界。
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 楼主| 发表于 2020-12-1 03:24 | 显示全部楼层
从类弧3D结构取图:


                               
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中心轴线为时间线,垂交水平线为空间线。质点速度从底部M极点的零速度至电平面(绿色线段所示)的光速,再由电平面的光速归于顶部P极点的零速。白色线段构成了相互扣合在电子平面上的
两个时间矢向相反的光锥。

上图可知,白色线段所构成的两个光锥,因各自的时间矢向不同,其观测效应也将完全不同。

1、MP矢向看上部光锥,它形成了“黑洞”效应,只进不出,光子也不可逃逸,类同貔貅。
2、MP是想看下部光锥,它形成了“相对论”效应,视界内外有别,系内系外两重天。


便于理解,做个对比:

光锥对比.png
图中:A代表此刻,B代表未来,C代表过去。右侧图中间的黄色线(盘)表示空间。

图中的左右模式的物理学意义完全等价。

按照左图模式,宇宙被撕裂成了两个无穷性区域:“可知性”和“不可知性”。
按照右图模式,宇宙被划分成了两个有穷性区域:“有限性”和“非有限性”。
说到底:根本上就是关于时间和空间的“无穷性开放模式”,抑或“有穷性闭合模式”的选项问题。

这里,真正的问题来了:作为宇宙唯一的(至少目前是)观测者的人“位居何处?”

传统理念的物理框架中,作为质点之一的人除了被时间卡住了之外,在空间上是自由的。后来的爱因斯坦学说告诉人们除了玩不过光,人们还有可能进一步解脱人在时间上的困顿。这些观念构成建造左图模型所必需的认知性基础。

如果改良一下呢?是否会更有趣?例如左图模式。
大道至简 万物于弧
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