一、牛頓運動定律與廣義相對論24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡk7RxcHFK9p
憑著中學時間僅剩的一點物理知識，牛頓運動定律共有三個元素。牛頓第一定律：靜者恆靜，動者恆動。牛頓第二定律：F=ma。牛頓第三定律：作用力對應反作用力。然後故事就這樣展開了。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡwy848KUOo4
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2019年三月，天文學界首次公佈了人類史上第一張黑洞的照片，除了證實黑洞的存在，也進一步證實了愛因斯坦的廣義相對論。是次研究使用了一個直徑為整個地球大的望遠鏡，花了近三年時間作數據整理，才真正整理出黑洞的模樣。然而廣義相對論是什麼？24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡ2ax3ZQJhZM
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愛因斯坦的廣義相對論解釋了牛頓定律無法解釋的時間差異性，因為牛頓力學是基於「絕對時間」的概念提出。在相對論被世人認同前，科學家嘗試過用不同方法去解釋牛頓定律中不完美之處，例如假設一種物質叫「以太」(無錯，就是Avengers中的力量寶石名稱！)，這種物質無處不在，是為光波傳送的媒介，就好像漣漪需要水作為傳播媒介一樣。然而及後「以太」的存在不能被證實。牛頓定律存在一個無法解釋之處。這時，愛因斯坦發表的相對論提出一個革命性的主張，指出重力有異於其他作用力，是時空不平坦造成的後果。重力造成時空扭曲，從而改變物質的路徑。假設物質在三維空間走測地線(即兩點間最短距離)，相等於二維空間的直線。但當空間遭到重力扭曲，就令物體的路徑變成曲線。宇宙的四維投射到我們世界的三維是同一道理。這解釋了行星圍繞恆星的軌跡、水星軌道和紅移等等的現象。當重力影響空間，使空間造成扭曲，愛因斯坦用等效原理同時預測重力會影響時間，造成時間的扭曲，從而推翻了牛頓的「絕對時間」概念。愛因斯坦主張「相對時間」的理念，時間是一個曲率，即每一個觀察者都有其對時間流逝的判斷。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡCvY8g25fzY
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二、宇宙模型與黑洞24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡGUKRynSTKs
在十七十八世紀，科學家大致上相信「靜止宇宙」的理論，直至天文學家觀星，發現不同星系皆有紅移的現象，基於Doppler’s Effect，紅移現象即星系與地球之間的距離越來越大，亦代表宇宙並非靜止，而是不停在擴張當中！對於這個理論，物理學家Alexander Friedmann預測了三個宇宙的模型。第一種，宇宙擴張速度較慢，不同星系間的引力做擴張停止，然後宇宙收縮。第二種，宇宙擴張速度較快，重力吸引只能減少膨脹。第三種，宇宙擴張速度剛好可避免崩塌。然而目前為止，未有一個宇宙模型能夠準確地解釋現今的宇宙，只有第一個宇宙最為接近。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡUeii1EsBig
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在第一個宇宙模型當中，宇宙是四維空間，最後一維是時間，因此有起點也有結束。宇宙的起點為大爆炸，結束後成為黑洞。在初始狀態時，宇宙的溫度為無限熱，星系之間為零。大霹靂後，粒子產生碰撞形成不同原子，當氫氣和氦氣產生後便會分散成氣雲，而氣雲最後會形成恆星，燃燒氫變成氦，能量以光和熱輻射散出去。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡK27as9YOTP
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什麼是黑洞？當一個恆星燃燒盡所有核爆料，就會向內塌縮，撞到中間一個體積為零，密度無限大的核心，然後反彈，是為超新星爆炸。當黑洞塌縮到一個程度，其重力會大於光子逃逸的速度，因此將光與其他一切資訊鎖在黑洞入面(因為根據相對論沒有任何物質速度比光速快)。外圍的邊界叫做事件視界(Event Horizon)，在事件視界中，沒有資訊可以留出，所以是黑色的。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡx5kkN9sJKH
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將黑洞與廣義相對論連成一線，則在事件視界入面和表面，觀察者對於時間的度量是不一樣的。由於事件視界入面的巨大重力將時間扭曲，因為事件視界內外的時間流逝速度並不一樣。假如有一個神人，他將進入事件視界，他會在一瞬間看見整個宇宙的歷史和未來。而假設他的朋友在事件視界外看著他進入，會看見他永遠在事件視界邊界停止。因為所有進入事件視界的資訊都會被封印在內。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡA2l0QzNAiv
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三、量子力學24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡwlXwsy1zg8
量子力學與廣義相對論被譽為當今世上最偉大的兩個理論，其中廣義相對論用於解釋極大規模的事物，而量子力學則用於解釋極少尺度的現象。可惜兩個理論有其矛盾之處，使之無法合二為一，成為完整的量子重力理論。量子力學簡單而言便是科學家在「測不準」原理下，提出量子沒有單一明確結果的特性，而是有許多不同結果與其機率。Richard Feynman先用波粒二象性(即光子擁有光波的特性，會產生干涉現象，互相疊加、互相抵消)去解釋粒子的狀態和粒子、反粒子的現象，再用歷史總和論(Sum over histories)去解釋只要有一個重力極大的黑洞，當中時間扭曲且有反粒子的運作下，時間旅行是可行的。24Please respect copyright.ＰＥＮＡＮＡkVdiu3Bb2A
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