虚数有什么用,虚数概念的意义是什么

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-06-15 13:52:29

现在所有的工具都全了,我们看看科学家是如何确定四维时空里,两个事件的距离的。测量两个事件在空间上的距离很简单,而时间上的距离刚才也说了,我们可以测出两个事件之间的时间间隔,然后乘以光速,就能得到一个距离。

关键在于,时间和空间,毕竟还是不一样的两种东西。不能把这两个结果简单地加在一起,那样是没有意义的。这两个距离必须要有所区分,显示出不同才行。那怎么区分呢?科学家想了个办法:建立一个坐标系,然后把空间距离当做横轴,时间距离当成纵轴,这样一来,四维时间里的距离,就既有空间意义,也有时间意义,能把两者完美地结合到一起。

虚数有什么用,虚数概念的意义是什么(9)

听到这个坐标轴,你应该想起了刚才说到的虚数吧?没错,在这种计算中,虚数就发挥了重要的作用。因为代表时间距离的那根纵轴,实际上就相当于虚数轴。在四维空间的计算中,时间距离前面,是要乘以i的,也就是乘以根号负1,以显示出时间和空间的本质不同。

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利用虚数将时间和空间结合在一起,组成坐标系之后,科学家发现了一个非常奇异的现象:我们平常所说的两个事件之间的时间距离和空间距离,其实可以看作是四维距离在时间和空间这两根坐标轴上的投影。这么一来,一旦旋转这个四维坐标系,就可以让时间和距离相互转化。从这一点出发,我们会发现,时间和空间都不是恒定不变的,而是跟物体的运动状态有关。什么意思呢?一个静止的人,和一个高速运动的人,时间在他们身上流逝的快慢是不同的。这就相当于运动旋转了时空坐标系,因此改变了四维距离在时空坐标轴上的投影。听到这里,你可能已经意识到了,这不就是狭义相对论嘛。也就是说,数学家们曾经以为没用的虚数,在相对论的计算中就派上了一个大用场。人们恍然间发现,原来看似毫无意义的虚数之下,居然隐藏着如此重要的意义。

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题外话:读书可以扩充我们知识边界,获得更多看问题的视角,但盲从是要不得的...

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