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安鲁效应:从狭义相对论时空图说起

科学探索万象经验2023-05-08

要理解这一点,我们只需要一点狭义相对论和时空图。时空图有两个轴:时间轴和空间轴,我们可以使用图上的世界线来显示对象在空间和时间上的路径。对于一个具有恒定速度的物体,它的世界线是一条直线,斜率可以反映出它的运动速度,而一个不动的物体它的世界线是垂直的。由于光只能以光速前进,所以它在图上是一些与垂直轴成45度的线。

有质量的物体永远无法到达光速,因此包括观察者在内的任何有质量物体的世界线与垂直线的夹角必须小于45度。从我们的观察者向后延伸光线世界线定义了所谓的过去光锥,即可以对观察者产生因果影响的时空区域,这是因为从过去光锥中的任何地方发射的光子可以到达我们的观察者。随着我们的观察者在时间向前移动,只要它的速度不超过光速,那么它的过去光锥最终应该包含整个宇宙(忽略宇宙膨胀)。也就是说,如果时间足够久,任何光子都还能追上观察者。

那条不断加速的世界线勾勒出的是一条双曲线,它有一个非常有趣的特性,它有两条渐近线。假设就是这么凑巧,这两条渐近线刚好就是光线,那么在最接近的时候物体A发射的一个光子就永远赶不上观察者。不过,永恒不变的加速度将需要无限的能量,在耗尽所有的宇宙能量之前,观察者会一直领先光子。事实上,在该对角线左侧发生的事情,都不会影响正在加速的观察者。事实上,主动加速确实会创造出一种林德勒视界。

安鲁效应

安鲁效应和霍金辐射有很大的不同。在霍金辐射的情况下,远离黑洞的惯性观察者会看到辐射,这是因为那个遥远的时空点与视界附近的时空是平滑连接的。唯一没有看到霍金辐射的观察者是那些朝着视界自由落体的人。但是,如果一个加速的林德勒观察者和一个自由落体观察者在同一位置,前者会看到那片空间充满辐射,而后者会在同一个区域看到一个空的真空。所以这种分歧好像是一个巨大的冲突。

想象林德勒观察者有一个粒子探测器,每次安粒子撞击探测器时它会发出提示,于是惯性观察者就知道有粒子撞击,但他不会看到触发的粒子。事实上,当惯性观察者执行相对论场论计算以了解粒子与场之间的耦合时,他会发现探测器与场之间存在一种由加速度引起的阻力,这导致能量被倾倒在探测器粒子中,这种能量的来源是加速度本身。结果是粒子的存在本身是依赖于观察者的。