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物理娘

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物理.jpg
基本资料
姓名 物理娘
别号
发色 银发
瞳色 蓝瞳
萌点 傲慢、天才少女、贫乳
出身地区 地球
活动范围 全世界
所属团体 学科娘大家族

物理娘是学科物理的拟人化萌娘。

物理娘资料

物理娘是拥有一头银发的可爱正莉,看起来总是拿着一根烟,其实是粉笔~

不要小看她,她从生下来开始就在不停研究世界的真理把玩地球Online物理引擎,是一个实打实的天才,拥有一般人没有的独特思维。

目前在研究的项目有一个是量子态计算机的普及化,已经研究了快一年了……不过没有人告诉你:有十一个月的时间其实是在吃零食!

带领一大批(咸人)宅男宅女在地球君上打洞说是要研究中微子[1]

最喜欢的动物是猫(薛定谔的猫薛定谔的胖次),最喜欢的零食一本满足バー,最讨厌的是黄金黎明协会。喜欢(窥探)特别小(从原子到夸克)或特别大的物质(天体运动和相对论)。

跟别的理学娘一样认定世界上的一切都是能用科学解释的,魔法和神什么的,就用她的双手来打破推倒

有理论物理娘和实验物理娘两重人格;工作时必需与数学娘紧密合作,跟数学娘是百合。

生命,宇宙以及一切

首先,在阅读这段内容之前,请务必牢记以下几点,这几点是为科学界所接受的,但并不总是正确的

  • 如果你具有主观判断能力和自由意志,你应该自己判断
  1. Reality:时间与空间构成了客观实体
  2. Relative:相对论所说的光速不能被超越
  3. Cause & Effect:事物有着前因后果的因果律
  4. Free Will:人类有着自由意志而不是傀儡
  5. 科学是建立观察和实验的基础上的,是经得起反复推敲的。
  6. 实践是检验真理的唯一标准,不要盲从轻信,大胆地去怀疑去实践。
  7. 没有依据的猜测与怀疑是苍白的,没有证据的实验与推论是无力的。

ps.宇宙的终极答案是:42

Radiation warning symbol.svg
前方侦测到
不明级别的高能反应!
请非战斗人员迅速撤离!

时空观

狭义相对论告诉我们,一个人的过去可能是另一个人的未来,认识到时间这个概念是相对的,问题也就随之产生了。在直觉上你可能立刻会联想到因果律,一个事物必须要有原因才能发生,也就会出现曾祖母悖论。但如果你从单纯的几何学上来看,然后再运用一下简单的三角函数以及平面向量的知识,就会发现,这其实并没有那么难以理解。首先我们需要理解什么是时间,或者说依时间的先后而发生的事物之间的因果关系在几何学上是什么样子的。
狭义相对论告诉我们:
当你乘着飞船以一半的光速向着物体A冲过去的时候,你当然会发现这个物体是急速向你靠近的,并且诡异的是周围的环境也像是被压扁了一样。而另一方面,在你出现点的观测者看到的是你依照原速度前进,你周围的环境并没有任何改变,但是你飞船上的钟表的走速变慢了。在这里你就会发现,你的空间压缩了,而时间膨胀了,这一诡异现象,但是等等,请回忆一下三角函数的相关知识……
当一个角为0(0°)时,sin(0)=0,cos(0)=1,tan(0)=0
当一个角为π/6(30°)时,sin(π/6)=0.5,cos(π/6)=(√3)/2,tan(π/6)=(√3)/3
当一个角为π/4(45°)时,sin(π/4)=√2,cos(π/4)=√2,tan(π/4)=1
当一个角为π/3(60°)时,sin(π/4)=(√3)/2,cos(π/4)=0.5,tan(π/4)=(√3)
当一个角为π/2(90°)时,sin(0)=1,cos(0)=0,tan(0)=N/A
当角度从0°到90°逐渐增大的时候,sin的值是逐渐增大的,而cos的值是逐渐减小的。三角函数的这一特征与时空的奇妙变化极为相似,所以我们需要进入坐标系里再次看看。根据平面坐标系的知识,我们可以知道,在单位圆内,sin的值可以被看作是y轴上的坐标,cos的值可以被看作是x轴上的坐标。而当角度逐渐增大的时候,简单的说就是逆时针旋转的时候:sin是不停的增大的,而cos是不停的增减少的,也就是说,x轴膨胀了,y轴收缩了。
那么简单的对坐标系也做一下调整,我们把三维空间抽象化并压缩成一个轴,以位移为单位,并合并到y轴上,然后我们把时间也抽象化压缩成一个轴,以时间间隔为单位,并合并到x轴上。此时仔细地考虑一个问题,当直线的斜率k=y/x的时候,k所代表的意义是什么?代入x、y轴的本来的意义,得到的就是速度,也就是说时空轴上的斜率和速度有着密切的关联。那么同一个时空坐标系里,两个不同的速率的物体应该如何才能正确的转换它们各自的时空呢?
很明显,当角度很小的时候,两条线的夹角是非常小的,因为它们在x、y轴上的投影几乎是一样的,因速度造成时空误差是可以忽略不计的,但是当速度差很大的时候,就是说当夹角很大的时候,误差是无法忽视的。正常情况下,时间是不停流逝的,就是说x轴是始终为正的,那么当我们在一段时间内不停地移动,就是说单位x内的y逐渐增加,斜率k就会变大,直到达到45°的时候诡异的时候就会发生,此刻斜率k在x、y轴上的投影是一样的。这种情况似乎有点难以理解,所以我们先减速一下,以静止的角度去观测斜率大约是30°的夹角,此时x、y的投影就是1/2和(√3)/2。似乎还是有点难以理解,那么就先看一下答案,再来寻找原因吧?根据相对论的公式,t'=t·1/[√(1-v2/c2)],以0.5倍光速运动的时候,t'=t·1/[√(1-(c/2)2·c-2)]=t·1/[√(1-1/4)]=t·[(√3)/2]-1,即t'=t·2/(√3)。这么一看的话,新的时间标准就是旧的时间标准的2/(√3)倍了,如果旧有的人以自己的时间流逝作为参考系,就会发现时间变得更长了,即“膨胀”了。如果代入到一般的公式中去,l=vt,此消彼涨,如果你以自己所在空间为参考系,你就会发现新的空间标准只有旧的空间标准的√3/2,也就是说空间收缩了。这句话说的好像时间和空间简直就是同一个东西似的,好像都是弹性球一样的东西,但事实上并没有什么不对。
要考虑这个问题就要涉及到第三维度了,而我也不得不第一次使用图像。将直角坐标系在新的坐标系作一定的旋转,原有的坐标系就将不再是直角的了。不过如果你简单的将新的坐标系叠放到原来的坐标系上就会发现,有些时候的投影,在扭曲了的坐标系上能够显示先比原来的坐标系上更远的地方,但有些时候的投影却只能显示在比原来的坐标系更近的地方。事实上,这一扭曲在相对论里是这么认为的,有质量的物体只要“运动”就会导致周围的时空的扭曲发生改变。因此你在一定范围内的局部运动导致的周围的时空扭曲,对于范围反的其他人并没有什么影响,它们的观测依旧沿用就有的坐标参考系。因此经典的物理学里的静止时空没有考虑到时空本身的变化,将两种坐标系简单的等号连接了起来,在高速运动的状态下就会出现偏差。

那么现在另一个问题来了,当刚好以1倍光速的速度运动会发生什么?相对论给予给予我们的答案是长度会消失,而时间则会因为除0变得意义不明。这个问题我们需要涉及到黑洞,理论上因为黑洞是一个具有超大引力的物体(暂时抛开引力的几何解释),因此即便是光也不能逃离,但很明显即便是黑洞也一定有一个轨道使得光在做圆周运动的时候,离心力能够刚好平衡向心力,这一圈地方姑且称之为黑洞视界。处在这一点的事物将会陷入一种近乎疯狂的的状态,如果一旦将什么东西伸入视界,进去的部分将会立刻消失,不可能再次拔出来。有些人可能会觉得这很奇怪,既然能够伸进去,就说明一定有能够伸进去的“空间”,既然如此那就一定可以拔出来啊?但是很遗憾的是,黑洞的内部尽管的确应该具有“空间”,但并不是如同自来水管一样的,它更像是一种“沙漏”,在黑洞的内部时间和空间是“倒过来”的。由于质量对于空间的扭曲超过了临界点,黑洞内部的环境相对于常规的空间已不再可见,就如同由于表面张力而刚好浮在油面上的一个气泡一般。对于我们来说,这些原本在空间上具有尺度的物体,全部失去了“空间”这个概念,也不再具有长度。如第四个图就是旋转了89°的情况,当然如果再多旋转1°大家都明白会发生什么了。是的,当你达到光速的那一瞬间,就会因为空间变为0而失去存在意义。这里就有着一个诡异的推定了,有质量的速度会产生时空扭曲,而时空扭曲导致了万有引力,万有引力是由质量引起,所以运动会产生“质量”,因此当你达到光速的时候,你的质量也将趋向无穷大,光速也就根本不可能达到。
那么假设你能达到光速并且超越它又会发生什么。回到三角函数,当斜率超过45°的时候,是什么情况?正常情况下,y的单位净值始终比x的单位净值大,而超过45°的时候情况就倒过来了,x反而会比y大。这个问题可能很难以理解,但只要把x和y的轴简单的换一下,把时间看作空间,把空间看作时间,问题就很简单了,情况并没有什么区别,但问题是它的物理意义是什么?
如果你简单的把位移看作y,时间的流逝看为x,斜率就是k=y/x,k大于0且小于1;而当这个数字大于0的时候……以同一y轴刻度(空间)为坐标,在中斜两侧的两个x轴投影,新的一个将会远远大于旧有的一个,也就是说会跳过一段时间。当然跳过的这段时间是相对于你外面的世界的,在外面的世界看来,你的时间一直是保持静止的(实际上尽管时间不停地在流逝,但也却不停地在倒退,说白了就是你只能前往未来)。而当速度的斜率等于无穷大的时候,你才能任意地选择时间点。
因此就相对论的时空观来说,你是不可能超越光速的,也不可能回到过去的,客观事实是成立的,因果律是成立的,但人类的自由意志似乎并没有那么重要。


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