时间到底是概念还是维度?时间与熵有什么样的必然联系?
今天我们讨论一个和我们生活息息相关的科学概念,不仅在生活中,在科学领域里这个概念也深深的烙在我们对几乎所有事物的理解之中――它就是时间。我们就从一下几个问题开始,去揭开时间的奥秘:时间是什么?真实还是概念?时间到底是什么?是一种维度?
问:为什么哈勃望远镜能够探测到我们宇宙中很远很远的图像,我们却不用它来考察我们行星的外面,而是将许多特殊任务航天器和旅行者号送到差别的行星? 答:分辨率和外观尺寸。
美国国家航空航天局/欧洲航天局哈勃空间望远镜的角分辨率约为角秒的1/20。若是你以为人眼的分辨率能到达约1角分(60角秒=1角分),那就太棒了。这个分辨率足以为我们提供令人惊叹的带内行星图像,如火星、木星和土星。
图片泉源:美国国家航空航天局/欧洲航天局,J·贝尔(康奈尔大学)和M·沃尔夫(SSI) 八年来,行使火星最为靠近地球的优势,天文学家已使用哈勃望远镜获得了空间天文台对火星这颗红色星球最清晰的图像。1999年4月27日至5月6日,当火星距离地球8700万公里时,哈勃望远镜抓拍到了这些照片。从这个距离,望远镜可以观察到的火星特征只有19千米宽。
图片泉源:美国国家航空航天局,欧洲航天局和A. 西蒙(戈达德航天中央) 这张木星的照片拍摄于这颗行星距离地球6.7亿公里时。美国国家航空航天局/欧洲航天局哈勃望远镜揭开了木星云层错综复杂、细致入微的美,云层呈条带状漫衍在差别的纬度。这些条带是由差别纬度沿差别偏向流动的空气发生的。颜色较浅的区域称作区,是空气上升的高压区域。颜色较深的低压区域称作带,空气下沉。通常情况下,这些相反的由东向西和由西向东的气流相互作用时,风暴天气会随之泛起。这颗行星的“商标”,即大红斑,是一个长寿的风暴,其直径与地球直径相仿。更小的风暴呈现为白色或棕色的椭圆形。这些风暴可以连续几个小时,或延续几个世纪。
图片泉源:美国国家航空航天局,欧洲航天局,A. 西蒙(戈达德航天中央),OPAL团队和J·德巴奎勒(空间望远镜研究所) 这幅合成图片由美国国家航空航天局/欧洲航天局哈勃望远镜于2018年6月6日拍摄。从图片中可以看到土星这颗有环行星及其62颗签字卫星中的六颗。自左向右,图中所见的卫星分别是土卫四、土卫二、土卫三、土卫十、土卫十一和土卫一。
图片泉源:美国国家航空航天局、欧洲航天局 与太阳系中的行星相比,哈勃望远镜在深空中观察的物体是伟大的,不仅在于它们的真实巨细,还在于它们的外观巨细。木星在夜空中的直径约为60角秒(取决于它相对地球的位置)。梅西叶100号星云的中央部门,如下所示,直径已到达2.4角分!
光照射到物体边缘会发生衍射征象。在A图和B图中,我们看到衍射征象在透镜与镜子中若何发生,在C图中,我们看到过问的波若何相互增强(红色)或削弱(蓝色)。在D图中,
深层探索迈克尔逊莫雷实验:光速不变原理是如何诞生的?
有一个神秘的装置。时而子弹全部穿过,表明这一装置具有可穿透性;时而子弹又全部被反射了回来,使该装置具有不可入性。为什么同一个装置具有截然不同的特性呢?将这个问题套用到自然界,就是为什么自然界呈现在我们面前的是大千世界,存在着各种性质迥异的不同事物呢?
我们看到一幅绝对完善的恒星图像。天文学家看到D图一定会非常高兴,由于这意味着他的光学系统是完善的。 地球大气也会带来问题,但实际上我们现在可以消除大部门问题。光的衍射是基于光的颠簸性子。用蒙哥马利·斯科特的话来说,“我将改变物理定律。” 我们可以使用某种屏幕或挡板来中止衍射吗?请信赖我,一直有这方面的实验。若是您乐成了,请申请专利,然后乘坐航班飞往斯德哥尔摩领诺贝尔奖吧。 透镜可以分辨细节到何水平(透镜的分辨率),其基本计算公式是,12秒除以以厘米为单元的孔径(或5除以英寸为单元的孔径)。 一角秒可以看到某个200,000个直径距离外物体的外观尺寸,即三英里的四分之一。 因此,直径(最大)为1厘米的人眼,分辨率为12角秒。这实际上远远小于——约莫2-3角分,由于我们眼球的视锥细胞和视杆细胞数目有限。
一个典型的业余望远镜,配有一个六英寸(15厘米)的镜子,就可以一角秒的分辨率辨识一点点物体。在400,000公里远的月球上,这意味着它能看到的最小细节是两公里宽。因此,你是看不到阿波罗旌旗的。 因此,若是制作直径十米的望远镜,分辨率为12/1000或0.0012角秒。这意味着,它可以看到其直径1670万倍的物体。云云便可以在月球上看到24米的跨度,却仍不足以看到阿波罗旌旗。
因此,在5亿英里外木星的卫星上,你可以看到30公里局限内的物体。在十倍远的冥王星上,你的可分辨距离是300公里。这些都有赖于正在开发中的最大的望远镜。 人马座α星距离我们约40万亿公里。这意味着我们的超级望远镜可以看到250万公里的局限。这是太阳直径的两倍。只管有了一个超级望远镜,许多星星看起来还只是亮点。
相比之下,新视野号的望远镜光圈约为8英寸(20厘米)。这是一个略高于平均水平的后院望远镜。它可以分辨0.6角秒。Teun Meerkel下列的照片展示了冥王星上766,000公里宽的细节。在谁人距离,新视野号的望远镜可以分辨2公里多的局限。这还不是来自冥王星最好的照片。地球超级望远镜可以在300公里局限内取得相当大的提高。
我们甚至还未讨论过像往下看火星极点的事情。要看到它,你必去亲自去那里。 间谍卫星基本上是俯视的空间望远镜,其孔径为2米(200厘米),倾斜局限,好比为500公里,其分辨率,为0.06角秒。以500公里的距离,它可以分辨约地上15厘米(6英寸),很容易看到并识别武器。这就像是在一部影戏中(笔者认为是秘密行动)出示拇指指纹吗?不可能。
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