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神话?寻秦记?你幻想的穿越也许可以发生!
2019-10-11 14:10 来源:未知
 
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关于过去和未来旅行的故事早就吸引了我们的想象力,但是时间旅行的可行性是一个棘手的问题,它使人们深刻理解物理学家关于 “时间的含义。

现代物理学告诉我们,时间虽然看上去很好理解,但却是我们宇宙中最神秘的方面之一。 爱因斯坦彻底改变了我们对时间的理解,即使经过修正,一些科学家仍在思考时间是否真正存在或者时间仅仅是顽固的持久幻想(正如爱因斯坦所说的那样)的问题。无论时间是什么,物理学家(和小说家)都发现了一些有趣的方法来操纵它,考虑以特殊的方式越过它。

时间和相对论

尽管在H.G.威尔斯的《时光机》(1895)中有所提及,但直到爱因斯坦的广义相对论(1915年发布)发布,真正有关时间旅行的科学研究才出现。 相对论以4维时空来描述宇宙的物理结构,包括三个空间维度(上/下,左/右和前/后)以及一个时间维度。 根据上个世纪的大量实验证明的相对论,引力是响应物质的存在而使时空弯曲的结果。 换句话说,在给定某种物质结构的情况下,宇宙的实际时空结构可以发生对应的改变。

相对论的一个惊人的结果是,运动会导致时间以不同的方式流逝,该过程被称为时间膨胀,在经典的孪生悖论中表现得最为显著。在这种时间旅行的方法中,你可以更快地进入未来,但实际上没有任何退路。(有一个小小的例外,但在本文后面会有更多的内容。)

早期的时间旅行

1937年,苏格兰物理学家W.J.vanStockum首次应用广义相对论,为时间旅行打开了大门。把广义相对论方程应用到一个无限长、密度极高的旋转圆柱体(像一个无穷无尽的理发店旋转灯箱)。这样一个巨大物体的旋转实际上产生了一种被称为帧拖动的现象,也就是说它实际上在拖拽着时空。van Stockum发现,在这种情况下,你可以在四维时空中创建一条路径,并且开始和结束于同一点,这就是所谓的封闭类时曲线,这是允许时间旅行的物理结果。你可以乘坐太空船出发,沿着一条能让你回到刚出发的那一刻的路径前进。

虽然结果很有趣,但这是一个相当不自然的情况,所以没有太多关注。然而,一种新解释即将出现,并且争议更大。

1949年,数学家科特·戈德尔——爱因斯坦的朋友,普林斯顿大学高级研究所的同事——决定解决整个宇宙旋转的问题。在哥德尔的解中,时间旅行实际上被方程所允许如果宇宙在旋转。旋转的宇宙本身可以起到时间机器的作用。

如果宇宙是旋转的,就有办法探测到它(例如,如果整个宇宙是旋转的,光束会弯曲),到目前为止,证据是一边倒,没有任何形式的宇宙旋转。所以,时间旅行再一次被否定。但事实是宇宙中的一切确实在旋转,人们又看到了可能性。

时间旅行和黑洞

1963年,新西兰数学家Roy Kerr利用场方程分析了一个旋转黑洞,称为Kerr黑洞,发现方程结果允许一条路径穿过黑洞中的虫洞,避开了中心的奇点,并从另一端出去。正如理论物理学家kip thorne多年后认识到的那样,封闭类时曲线也存在这种情况。

20世纪80年代初,卡尔·萨根在写1985年的小说《接触》时,向基普·索恩提出了一个关于时间旅行物理学的问题,这启发了索恩研究利用黑洞作为时间旅行手段的概念。索恩和物理学家sung won kim一起意识到(理论上)存在一个黑洞,有一个虫洞将它连接到空间中被某种形式的负能量打开的另一点。

但有虫洞并不意味着有时间机器。假设你可以移动虫洞的一端(可移动端)。你把可移动端放在宇宙飞船上,以接近光速将其射入太空。时间膨胀(我答应过它会回来)开始了,活动端所经历的时间比固定端所经历的时间要短得多。假设你把可移动端移到地球的未来5000年,但可移动的一端实际只过了5年。所以你在2010年离开,比如说,到了7010年。如果穿过活动端,实际上会在2015年从固定端跳出来(因为5年过去了)。这是怎么实现的?

事实是虫洞的两端是相连的,无论相距多远。在时空中,两端基本上还是近在咫尺。由于可移动端只比离开时多五年,穿过它会把你送回固定虫洞的另一端。如果有人从公元2015年的地球通过固定的虫洞,他们会在公元7010年从可移动端出来。如果有人在2012年踏进虫洞,他们最终会在旅行途中的某个地方登上太空船。

虽然这是对时间机器最合理的描述,但仍然存在一些问题。没有人知道虫洞或负能量是否存在,也没有人知道如果它们确实存在,如何用这种方式将它们组合在一起。但这(理论上)是可能的。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. thoughtco-f2003911

 

 

 

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