从物理学角度来讲时间旅行可行吗?至少你不能回到过去!
迷人又虚幻的时间旅行
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按照爱因斯坦的广义相对论的描述,宇宙中的一切事物都是以三维空间和一维时间来呈现的。
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我们能够随心所欲地在三维空间中移动——上下、前后、左右。但是,当面对四维时空的时候,我们似乎就束手无策了。在四维时空中,时间是沿着一个方向向前流动的,我们就像是在时间长河里漂浮的软木一样被牵着鼻子往前走。
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那么,什么是时间旅行呢?时间旅行是指人离开现在而置身于未来或过去。在科幻作品中,时间旅行是最令人激动的想法之一。
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登上时间机器,一个人就可以利用控制系统确定任何一个日期(过去或未来),然后启动时间机器,瞬间他就可以被带到那个时代。如此看来,进行时间旅行的确格外诱人——谁不想知道在3000年后科技会发展到什么程度?谁不想目睹恺撒大帝被刺实况?秦始皇登基大典?
到未来旅行其实并不难
根据物理学基本定律,时间旅行可能吗,哪怕只是从理论上来讲?至少,在亚原子世界中,时间旅行是可能的。
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比如,一个正电子(与电子紧密联系的反粒子)就可以被认为是流向过去的电子。因此,如果制造出一对正电子和电子,而后正电子与另一个不同的电子碰撞而湮灭,我们就可以把整个过程看作是单个电子在时空中作“之”字路线的运动:以电子的形式向前移动,然后以正电子的形式向后移动,最后再以电子的形式向前移动。
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但是,对于像人类这样的宏观物体,要实现这种运动的可能性是微乎其微的。感谢爱因斯坦,他让我们知道了,在宏观世界,另一种时间旅行是存在的。他在其1905年提出的狭义相对论中指出:
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对于速度接近光速的物体来说时间流逝变慢,至少对于静止的观察者来说是变慢了。想知道1000年后地球的样子吗?那就飞到距地球500光年的星球然后再回来,往返的速度都必须是光速的99.995%。当你回来时,地球已经苍老了1000岁,而你只增加了10岁。
事实上,已经有一个人进行过时间旅行,他就是帮助维修过哈勃太空望远镜的宇航员斯多瑞·马斯格瑞夫。他在太空轨道中待了53.4天,因此就比他一直待在家里年轻了千分之一秒。不过,由于他飞往太空的速度相对于光速来说很慢,所以时间旅行的效果在他身上微乎其微。
在21世纪,我们在时间旅行方面的探索或许能进一步(当然很可能只是一小步而已)——如果我们把一名宇航员送到水星上,让他在那里生活30年,然后再返回地球,届时,他将比一直生活在地球上年轻20秒。之所以这样,是因为水星上的时钟走得比地球慢,原因在于水星绕太阳运行的速度比地球快,且水星离太阳更近,更深受太阳引力的影响,根据相对论,速度和引力都能影响时钟的快慢。
假如我们想回到从前呢
然而,以这种办法进行时间旅行有一个让人担忧之处,就是你飞到未来之后可能就被困在那里回不来了。这又该怎么办呢?这里,爱因斯坦或许再次为我们提供了答案。他在其1915年提出的广义相对论中指出:大质量或大能量的物体会把其附近的时空扭曲。如果质量或能量足够大,被扭曲的时空就会发生折叠,在现在与未来之间形成“虫洞”
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(就像虫子从苹果的一边直接啃到苹果的另一边留下的洞一样)。穿过虫洞有点像穿过山上的隧道:为了到达山的另一侧,你可以翻山过去,但通过隧道无疑更快速。因此,虫洞就是一条连接两个时空的时光隧道。
1988年,美国物理学家基普·索恩及其同事指出,
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我们能够用这样的虫洞回到从前,办法是:固定虫洞的一个端口,而以光速在空间移动另一个端口,然后跳入移动的端口中。就如同进行太空飞行的宇航员一样,在运动的端口,时间将会变慢。而后,当你从固定的端口迅速蹦出来时,你会发现自己是从过去的状态中出现的,也就是你回到了从前。
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