探索空間隱藏維度的科學:狹義相對論

探索空間隱藏維度的科學:狹義相對論

    前面我們提到《聊齋-畫壁》飛入圖畫中的觀念，並且指出目前所處的宇宙正持續不斷地沿著3D立體空間的隱藏維度飛行著(zoom in)。由這麼簡單的想法其實就可推導出《狹義相對論》了，所以看得懂《聊齋》的人，都已具備讀懂《相對論》的能力。當然，當初愛因斯坦並不是根據這樣的想法建立他的《狹義相對論》。他主要的根據是『光速不變性』的假設。這個假設不易從常理來思考，也可以說是根本違反了三度空間的常理。假設有一飛行器沿著光進行的方向，以 (即2/3倍光速)的速度飛行，此時坐在航行器內的人感覺到『光』超越他的速度應該只有1/3倍光速。其道理如同在時速200公里的汽車上看時速300公里的高速火車運動(假設二者同方向運動)，此時火車的時速應該只有100公里而已。

 

然而《狹義相對論》認為傳統的汽車與火車的相對速度觀念，並不適用於光速。相對論提出的假設是說，不管觀察者的速度多快，他所量到的光速永遠是3×10⁸m/sec，不會因為觀察者的速度較快，『光』的速度看起來就較慢(參考圖8之左圖)。雖然這個假設不合乎直覺，但以此假設為出發點的《狹義相對論》卻能成功地驗證星體及快速粒子的運動行為。『光速不變性』是愛因斯坦根據邁克耳遜-莫雷實驗，所獲致的結論，並不是出於愛因斯坦自己的想法，愛因斯坦本人也未進一步解釋光速為何是不變的。

    為什麼光速會不變呢? 宇宙大爆炸使空間不斷膨脹放大(就好像我們zoom in鏡頭，使得景物越來越大一樣)，所產生的zoom in效果就是讓我們進入了空間的隱藏維度---時間。時間的移動是沿著第四維度進行，所以時間是一個有方向的量，是一種有方向的移動，它的移動和三度空間的一切方向都垂直。時間的移動速度就是人們所說的光速 ，所以光速和三度空間內的所有物體速度都垂直。也就是任何物體的運動都無法和光同方向，所以也都無法改變光的速度。這就解釋了為何三度空間內的所有觀察者，不管他們的移動速度有多快，他們所量到的光速都一樣。剛才我們提到在時速200公里的汽車上，看時速300公里的高鐵運動，此時高鐵的時速應該只有100公里而已，這是因為汽車的運動方向和高鐵同向(二者都位於三度空間之內)，所以才會感覺高鐵變慢。但是對於『光』，情形就不一樣了，光速和三度空間內所有物體的速度都垂直，沒有任何物體的運動方向可以和光同向，自然也都無法改變光的速度(參見圖8之右圖)。

 

物體在三度空間內移動，而整個三度空間又沿著時間軸(第四維度)移動，前者稱為位置變化，後者稱為視野變化(參考圖9)，結合兩者的移動才是物體在四度時空的真正移動距離。在圖9中，有一隻螞蟻從p1 走到p2 總共走了100公分，這叫做位置變化。現在我們從照相機的取景框中來看螞蟻的運動，透過zoom in的功能將螞蟻從P2的位置拉近到P3 的位置，假設P2與P3間的距離為30 公分，此即視野變化。所以從照相機中來看，螞蟻的實際移動距離為100-30=70 公分。圖9的螞蟻代表三度空間內的所有物體，而照相機的zoom in拉近放大功能，指的是宇宙大爆炸使空間膨脹放大的作用。螞蟻在三度空間內所走的距離(100公分)扣去整個三度空間被zoom in拉近的距離(30公分)，這才是螞蟻在四度時空的實際移動。此即狹義相對論時空公式的內在含意。

 

 

圖9 從四度時空來看，時空變化是位置變化與視野變化的疊加。