理论教育 相对性、熵和量子:时序宇宙的起源和信息连接

相对性、熵和量子:时序宇宙的起源和信息连接

时间:2023-09-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:换句话说,决定边界的是单元或区域面积,而不是形状。根据爱因斯坦狭义相对论,如果一个人以接近光速的速度行进,时间可能会慢一些。现代物理学中最重要的两个支柱是爱因斯坦相对论和薛定谔量子力学。由于每个h区域也与一个信息单元相关,能量EΔ和时间分辨率tΔ也可以转换,动量pΔ和位置变量xΔ也可以转换。

相对性、熵和量子:时序宇宙的起源和信息连接

因为每一位观测者都受到不确定性关系的限制,如

我们注意到,它的频谱分辨率和时间分辨率是可以互相转换的。换句话说,决定边界的是单元或区域面积,而不是形状。例如,该形状可以是细长的矩形,只要它受到单位面积的限制。实际上,时间是科学中最神秘的元素之一:它只能前进,不能后退。根据爱因斯坦狭义相对论,如果一个人以接近光速的速度行进,时间可能会慢一些。现在,我们从爱因斯坦狭义相对论中得到时间展宽表达式,即

式中:Δt′为展宽的时间窗口;Δt为时间窗口;v为观察者的速度;c为光速。

如果我们假设观察者以一定的速度v运动并观察静止(0v=)的物体,那么观察者将具有较宽的时间窗口tΔ′,而不是tΔ。然后应用不确定性原理,有

由于展宽的时间窗口tΔ′(观察时间窗口)比tΔ宽,即tt′

ΔΔ≥,原则上可以获得更精细的频谱分辨率极限。

进一步注意到,当观察者的速度v接近光速时(vc→),时间窗口将变得无限大(vc→)。这意味着t′Δ→∞,原则上,当观察者以光速c行进时,观察者观察标本的时间可以无限长。在这种情况下,观测者原则上具有无穷小的(或更精细的)光谱分辨率(0νΔ→)。

另外,如果观察者静止不动(0v=),并且正在观察以速度v运动的试验,则需要考虑的时间窗口为(www.daowen.com)

将tΔ代入不确定性关系1tνΔΔ·≥中,可以获得更宽(更差)的频谱分辨率νΔ,因为tt′

ΔΔ≤。

同样,如果样本的速度接近光速(vc→),观察者将没有时间观察,即0tΔ→。频谱分辨率将变得无限大或极差(νΔ→∞)。

现代物理学中最重要的两个支柱是爱因斯坦相对论和薛定谔量子力学。在前面我们已经证明,这两个支柱之间通过海森堡不确定性原理深刻地联系在一起。在这个原理中,观测时间窗口可以通过爱因斯坦的时间展宽来改变。

下面,我们分析海森堡不确定性原理的意义,它可以写为

我们注意到,约束不是由形状决定的,而是由普朗克常量或h区域的大小决定的。由于每个h区域也与一个信息单元相关,能量EΔ和时间分辨率tΔ也可以转换,动量pΔ和位置变量xΔ也可以转换。换句话说,是普朗克区域限制了EΔ和tΔ的转换限额,也限制了pΔ和xΔ的转换限额。然而,在实践中,时间窗口的操作更加困难,因为时间在不断向前移动,甚至不能减速或静止。尽管如此,我们已经表明,随着观测者接近光速,观测时间窗可以变宽。

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