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← Can Matter Exist Without Space? - Ask the Experts #18

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Showing Revision 6 created 03/25/2017 by Wang Leung Lee.

  1. Spacelab,你好
  2. 我是Matt Kleban
  3. 我是紐約大學物理學系助理教授
  4. 而我今次來是為了解答大家的問題
  5. 第一條問題是:
  6. 到底黑洞可以有多大?
  7. 好,這是個好問題
  8. 但在我回答前,我們先想一想
  9. 到底「黑洞的大小」是甚麼意思?
  10. 黑洞的大小是取決於事件穹界的半徑
  11. 黑洞是連光都不能逃脫的區域
  12. 光無法逃脫的區域有一定大小
  13. 而該區域的邊界就稱為「事件穹界」
  14. 並且有半徑,所以亦有大小
  15. 亦即是我們所說黑洞的大小
  16. 其實,事件穹界的半徑
  17. 即是黑洞的大小,是
  18. 與投入黑洞的物質及能量成正比
  19. 事實上,如果你手上有無限物質及能源
  20. 你可以不斷投向黑洞,
  21. 它將會不斷膨脹
  22. 而且永無止境
  23. 但當然,在我們現在身處的宇宙中,
  24. 我們不會有無窮的
  25. 物質及能量
  26. 就算我們可以走遍
  27. 整個宇宙,收集其中的物質和能量
  28. 即使我們成功,黑洞的大小仍然有限
  29. 因為物質和能量的量總有盡頭,
  30. 只要是在這宇宙之內的話
  31. 那黑洞的大小會是現時宇宙的一部分大
  32. 那可以是橫跨數十億光年,
  33. 非常龐大,但仍然有盡頭
  34. 第二個問題是:
  35. 物質可否不靠空間存在?
  36. 這是一個非常好的問題並且毫不簡單
  37. 而老實說:我們也不肯定
  38. 但我們可以說有一理論與
  39. 物質及空間,亦與時間有關
  40. 縱使我們不認為這就是完全準確說明
  41. 世界運作的理論,但它是現時我們手上最好的一個
  42. 這理論稱為「廣義相對論」
  43. 是由阿爾伯特·愛因斯坦於1916左右年首先提出
  44. 據愛因斯坦所說,有一條方程式,實際上是一組
  45. 方程式,稱為「愛因斯坦方程式」
  46. 將物質與時間及空間連繫起來
  47. 結果發現原來有方法解決那些方程式
  48. 而其中不牽涉物資
  49. 可以在物資及能量為零的情況下
  50. 仍然有空間和時間
  51. 但在以下情況那些方程式無法運算,
  52. 就是有物質但缺少空間和時間
  53. 換而言之,缺少物質而有空間和時間是可能的,
  54. 至少根據愛因斯坦方程式,
  55. 物質不可沒有空間和時間而存在
  56. 我們認為這不是最終的答案
  57. 我們認為這並不是絕對的物理定律
  58. 實際的物理定律有可能
  59. 容許物質不需靠空間而存在
  60. 但我認為,最少到現時為止,
  61. 最新的答案仍是不可以
  62. 據我們所知這並不可能
  63. 第三個問題是:
  64. 如果我們已經克服了
  65. 光速飛行的無限能源問題
  66. 而在太空中以光速(c)飛行,
  67. 時間膨脹現象會否令我們,在我們角度看來,
  68. 可以瞬時到達任何地方?
  69. 而且這是否代表我們實際上
  70. 我們同時存在於我們的向量上的每一點?
  71. 這亦是一個好問題
  72. 這個問題來自,當我們以高速移動時,
  73. 甚至以非常接近光速移動時,
  74. 會產生稱為「時間膨脹」的現象,
  75. 即是對你而言, 假設你的移動速度非常
  76. 接近光速,時間並不會
  77. 經過太久
  78. 換句話說,如果你由地球穿梭到半人馬座α
  79. 所乘搭的太空船的移動速度
  80. 非常接近光速,
  81. 那麼只會經過非常短時間
  82. 你基本上差不多不會變老
  83. 你的時鐘上只會過了很短時間
  84. 在地球上及半人馬座α上的人
  85. 會觀察你這段旅程
  86. 並會說這段旅程用了數年
  87. 以上才告一段落
  88. 但對你來說,這可能只是短短的一瞬間
  89. 有趣的是這理論是有關相對性
  90. 而所有一切對觀察者而言都是相對的
  91. 那麼,你可能會問:
  92. 你怎麼有可能完成那段旅程,
  93. 那麼短時間內根本不可能做到吧?
  94. 而答案就要根據你的「參考坐標」,
  95. 如果你在高速公路上駕車,
  96. 你會見到建築物、樹等
  97. 路旁景物,以時速60英里接近你,
  98. 你處於靜止狀態,反而是樹和建築物
  99. 它們移向你
  100. 那就是你的參考坐標
  101. 在太空船中,你亦處於靜止狀態,
  102. 而半人馬座α移向你
  103. 而且移近你的速度非常接近
  104. 光速
  105. 不可能比它更快
  106. 因為沒有任何事物可以比光速更快
  107. 但半人馬座α會以接近光速移向你
  108. 而你用極短時間完成旅程的原因是
  109. 因為另一個奇怪現象
  110. ,亦與相對論有關,稱為「洛倫茲收縮」
  111. 距離長度會收縮
  112. 物體高速移動時距離會看起來較短
  113. 當你計算距離時,
  114. 即與半人馬座α的距離時,
  115. 會遠比在地球上靜止的人
  116. 所量度的為短
  117. 這正是你可以完成旅程
  118. 而只用了極短時間的原因
  119. 所以,回答你的問題,到底是否所有
  120. 在範圍內的一切都可瞬間完成,
  121. 假設是在光速的話,
  122. 答案是沒錯
  123. 因為在該範圍時你以
  124. 光速移動
  125. 你進行旅程時,時間並無流動
  126. 而對你而言,
  127. 地球和半人馬座α之間實際上並無距離
  128. 你穿梭到另一邊只需一瞬間
  129. 所以沒錯
  130. 你會在地球和半人馬座α之間任何一點
  131. 於同一時間同時存在
  132. 謝謝各位精彩的問題
  133. 如果你有更多問題想問下一位專家,
  134. 請於下面回應欄中發問