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在宇宙中飛行真的是直線的嗎?


兩點之間,直線最短,大概是我們最先接觸的基本數學原理了。

從A地到B地,如果速度不變,最快的辦法就是沿著直線運動。

然而,真的永遠是這樣的嗎?

真相在於,直線距離最短是有基本前提的,那就是在平直時空。如果空間不存在彎曲效應,比如在一張二維平面白紙上,那麼就是直線最短。但是,如果把紙張捲起來呢?如果把紙扭曲起來?如果把紙拓展成球面呢?這個時候彎曲空間的概念就出現了。

在彎曲的空間里,最短的距離就不再是直線了。或者說,這時「直線」的概念已經不存在了。我們通常可把彎曲空間最短的距離叫做「測地線」。就像測量大地的距離一樣,注意,不是直線!一個類比就是飛機在地球上的飛行,可以認為是沿著球面的運動。從北京到紐約的航線,如果大家注意查的話,並不是沿著緯線飛的,而是繞到北極附近飛的。在二維地圖上看,似乎是繞的「曲線」飛行,有點「捨近求遠」。事實上,在球形表面,測地線並不是緯線,而是以球心的大圓曲線,就是過球心的一個切面邊緣。如果你把地球以北極為中心展開成二維圖,就會發現其中奧秘,繞北極飛比繞緯線飛要短!

在宇宙里,不僅是空間,時間也是彎曲的。嚴格說,整個時空都是彎曲的。為什麼地球繞太陽運動是一個橢圓?因為在彎曲的時空里運動,測地線就是「彎的」,宇宙飛船的運動也就不能簡單用「直線」來形容了。只有在平直的閔氏時空,光子的運動才是直線,構成的光錐就是世界的過去、現在和未來。

大家可以想一想,如果你在一個兔子表面運動,最短的距離是什麼呢?


絕對的直線運動在我們的宇宙中不存在。

無論地球,太陽系,銀河系,還是整個宇宙,每時每刻都在運動,我們所觀察到的直線運動,都是以某一個參照係為標準的。

比如看起來你用一秒鐘直線走了一米,實際上你還跟著地球自轉了幾百米。在地球之外看來,你走了一個幾百米的大弧線,如果以太陽為參照系,你走的又是一個大螺旋。

再加上太陽系的自轉公轉,你的運動軌跡是一層又一層的螺旋!往後還有銀河系的自轉,以及它的公轉等。一個個數下去,你的運動無比複雜!

所以說,兩點之間直線最短,其實是不準確的。它只適用於同一參照系


所有人工載具都是在尋找最優路徑,而不是直線路徑。比如環球航行的船會尋找洋流,飛機線路會尋找沿途有指揮塔的,近地衛星飛船會藉助地球向心力免得失去控制。

如果將來真的有驅動時空的光速宇宙飛船,它的航線也應該類似,是會藉助時空彎曲度最大限度的節能飛行。

至於光粒,它的純慣性飛行狀態也是最節能的一種狀態,在沒有受到其它力場影響的前提下,持續保持當前狀態是合理的。


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