第三十五章:時空坐標****
基礎知識:需要對速度疊加原理的基本認識。
超綱內容:度規概念。
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「萬星,有什麼事兒?」安琛平和地問道。
紀萬星把手裡的顯示屏遞給她,上面正畫著安琛原本在思考的v^2/c^2的幾何意義。
「我回去算了一下兒,後面v^2/c^2這一項好像還真的是對的。」紀萬星頗有些興奮地說道,「因為光速是目前已知最快的速度,假設咱們認為信息傳遞的速度就是光速,那麼對於靜止的A,它接收到以速度運動的B回傳的信號,本身就比B上的時鐘存在延遲,因此——」
「呃,等等,咱們的衛星信號是通過互聯網回傳的,因此在傳播上並不存在延遲。」安琛糾正她道。
蜂王國被稱作「互聯網」的東西,本質上並不是以電磁波為媒介傳播的,因此它的信息傳遞並不受到光速的限制。這是一種被皇宮壟斷的技術,互聯網的公共伺服器建立在生育田中,也就意味著它的維持必須需要阿爾法女性的卵細胞供應。安琛離開皇宮時還太小,尚未完整地學過這一技術。但這也是帝空之盾必須要以農業監測的名義發衛星的根本緣由,互聯網通信被皇宮壟斷,衛星所攜帶的通訊裝置必須從皇宮直接管理的生育田購買。
「先不考慮互聯網的問題。」紀萬星堅持地繼續說道,「只考慮電磁波傳播信號,A接收B的時間信號的延遲,算出來正好就是這根號下1-v^2/c^2。」
「但這跟咱們衛星的實際情況並不符合。」安琛不得不說道,「而且這也跟精準對時的方式不符,要知道現在所有地方的對時都是通過無延遲的互聯網。」
或許是她反駁的語氣有點兒強了,紀萬星一時間沒有再開口。
安琛意識到跟內向的人打交道還是得以平和為主,於是補救道:「不過萬星你先繼續說。」
「我計算的是一個不考慮互聯網的情況,對於僅以電磁波為最高信息傳播速度的情況下,時間延遲就是如這個方程所描述的這樣。」紀萬星繼續對著她的計算過程解釋道,「而基於現在的觀測基礎,除了無延遲的互聯網之外,信息傳遞最快的速度仍是光速。所以……或許可以假設,對於沒有互聯網的『非生命』世界,最大的速度是光速,而那個世界中運動快的物體上,時鐘就比在靜止物體上走得慢。」
安琛沒法理解這是什麼腦迴路:「你完全可以覺得時間是以光速的信息傳遞作為衡量標準的,但如果用音速為標準,這個延遲會變得更大。」
「如果用音速為標準,的確會有更大的延遲,但音速是符合伽利略-牛頓速度疊加原理的。」紀萬星反而說道,「但是光速具有不變性——在解麥克斯韋方程的時候,已經默認了光速是不隨參考系變化而變化的。也就說在電磁學的範疇里,光速不符合速度疊加原理。而如果假設光速真的是不變的,而時間流速是可變的,那正好就可以既符合麥克斯韋方程組,又符合這個算式……」
安琛看著紀萬星的手稿,也意識到這遠不是換坐標系的把戲那麼簡單。事實上她已經寫出了一個能以幾何方式描述這個方程M=0是時現象的坐標系,它的線元表達式是:
ds^2=-dt^2+dx^2+dy^2+dz^2
(註:這就是閔可夫斯基度規)
這也就是往普通的歐幾里得坐標系裡加了一個時間項,然而加上這個時間項之後,就能夠同時表示出一個點在「時間-空間」中的坐標。而如果默認沿時間軸的最大「速度」也就是斜率為光速c,那麼這個坐標系就跟安琛剛剛所構思的內容完全一致了。
紀萬星顯然跟她想到了同樣的東西,只不過她比安琛快了一步。
但時間流速怎麼可能是可變的呢?這不符合常識,而且也跟整個牛頓物理學的基礎都不相符。如果時間本身是因參考系而異的,那一切不同參考系之間的換算都會出問題,也就意味著要全部進行修改……
安琛立刻意識到了,修改的方法就是全部採取紀萬星算出來的這個「時間-空間」坐標系。
手稿里還有紀萬星代入電磁學理論的計算。看得出來她翻了不少很早期的文獻,無不顯示出光速不變的結論。然而這個事實鮮少被研究宏觀世界的人關注,因為光速如此之快,它在不同慣性參考系裡是否相同,其實對解決實際問題的影響不大。
直到人類開始發展航天,人類的飛行器能夠突破千分之一光速。在描述宏觀世界的方程中光速值不在約等於無窮大,光速不變的結論必然會引發關注。
但是這算得對不對呢?安琛又檢查了一遍,沒有發現紀萬星計算過程里的問題。她剛想讓紀萬星去重新把這推導過程整理出來,抬頭卻看到她這位年輕的助理研究員臉上明顯的黑眼圈——那看起來顯然並不是普通的黑眼圈。
「萬星,你不會昨天晚上一直在算這個吧?」安琛關切地問道。
「也不是……」紀萬星咕噥了一句,「其實主要都是在查文獻。」
查文獻得通過帝空之盾的內網,因為很多期刊的查閱都是收費的,帝空之盾總部作為機構購買了這些期刊的許可權,才能讓內部員工能夠免費讀文獻。這也就意味著,紀萬星昨天晚上恐怕是在這裡自願加班兒了,甚至都有可能根本沒有回家。
「你還是先去休息區睡會兒吧。」安琛拍了拍她的肩,「別為了研究地外時間差效應而把身體搞壞了,還是健康最重要。」
「安……安琛,我算得對不對?」紀萬星有些緊張地追問道。
安琛才意識到她是擔心自己的成果不受重視,於是連忙解釋道:「你這絕對是一流的發現。但我擔心你再這麼工作會對身體有影響,所以才讓你去休息一會兒——手稿我會再檢查一遍,整理完善之後再去找你。」
紀萬星這才點了點頭,又忍不住露出一絲喜悅的笑容,彷彿她剛剛費勁千辛萬苦而取得了莫大的勝利。
的確,她真的有可能戰勝了物理學中那個名為「光速不變」的怪物,但很可能將引入一朵理論上更大的奇葩。