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“穿越时空”不是梦

(2012-11-26 00:31:44)
标签:

epic

相对论

虫洞

时间旅行

时空穿越

分类: 杂七杂八
    声明:此文可能枯燥无味,无兴趣者请慎入。
         此文非学术论文,引用请谨慎。
“穿越时空”不是梦
    有一首诗这样写:有位年轻小姐名怀特,她能行走得比光还快。她以相对性的方式,在当天刚刚出发,却已在前晚到达。这一直是我希望的理想境界。
    上初中物理课,我是班级第一,被选拔到学校物理小组,每周业余时间参加活动。没想到寒暑假也要经常开展活动,由于我是外地生,家远离学校,有意无意就慢慢放弃了活动。后来我们的物理小组在全国获了奖,而我已经脱离了组织,也从此对物理失去了热情。由此一个未来的或与霍金齐名的物理界杰出代表就这样被过早扼杀在摇篮里,现在想起来都甚为懊恼。
    后来偶然看到了爱因斯坦著名的相对论,立即又来了兴趣,可为时已晚矣,年事已高,无力深入。只怪当年物理课不讲“相对论”只讲“牛顿定律”,对我来说兴趣才是求知的最大动力。
    现在科幻电影看多了,总幻想着沿着时间去旅行。我希望先回到过去,看看以前的自己,当然要去告诉那个年少的我应该继续参加物理小组别放弃,再挨个拜访一下自己各个时期的祖辈。然后飞向未来,看看年老的我和我死之后子孙后代们的生活。当然还有重要的一件重要的事,就是验证一下《推背图》和《诸世纪》未来的兑现程度,好回到现在完善一下《推背图》《诸世纪》的博文。
“穿越时空”不是梦

    关于“时间旅行”和“穿越时空”,理论基础就是爱因斯坦的“相对论”和“虫洞”理论。
    “狭义相对论”有两个基本原理:一、狭义相对性原理。即:惯性系之间完全等价,不可区分。二、光速不变原理。这两个原理可以产生以下有趣的效应:
    一、一个物体的运动速度接近光速时,物体周围的时间会迅速减慢,空间会迅速缩小。所以会看到钟表摆动的速度减慢,刻度尺上刻度之间的距离会缩短,即所谓钟慢和尺缩效应。
    二、当一个物体的运动速度达到了光速,那么时间将会停止,空间将会微缩为点,这种现象就是零时空。零时空是人们现在无法亲身体验的。在光速下,感觉到钟表是停摆的,所以,可以推论光的传播并不需要时间。
    三、当物体的运动速度超过光速时,将会出现负时间,即时光倒转。这也就是瞬移,即瞬间转移。钟慢和尺缩的原理就是时间进度有相对性,也就是说,时间进度与参考系有关。这就从根本上否定了牛顿的绝对时空观,相对论认为,绝对时间是不存在的,然而时间仍是个客观量。比如在双生子理想实验中,哥哥乘飞船回来后是15岁,弟弟可能已经是45岁了,说明时间是相对的,但哥哥的确是活了15年,弟弟也的确认为自己活了45年,这是与参考系无关的,时间又是“绝对的”。这说明,不论物体运动状态如何,它本身所经历的时间是一个客观量,是绝对的,这称为固有时。也就是说,无论你以什么形式运动,你都认为你喝咖啡的速度很正常,你的生活规律都没有被打乱,但别人可能看到你喝咖啡用了100年,而从放下杯子到寿终正寝也许只用了一秒钟。

“穿越时空”不是梦

    有一个“双生子佯谬”问题,在这里简单描述一下。以我的双胞胎同学大宝和二宝为例:大宝在地球上,二宝乘火箭去做星际旅行,经过一段岁月返回地球。由相对论断言,二人经历的时间不同,重逢时二宝将比大宝年轻。为使问题简化,只讨论火箭经过极短时间加速到亚光速,飞行一段时间后,用极短时间掉头,又飞行一段时间,用极短时间减速与地球相遇(这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响)。在地球参考系中很好理解,火箭始终是动钟,重逢时二宝比大宝年轻。在火箭参考系内,地球在匀速过程中是动钟,时间进程比火箭内慢,但最关键的地方是火箭掉头的过程。如果没有这个掉头过程,火箭与地球就不能相遇,由于不同的参考系没有统一的时间,因此无法比较他们的年龄,只有在他们相遇时才可以比较。火箭掉头后,二宝不能直接接受大宝的信息,因为信息传递需要时间。二宝看到的实际过程是在掉头过程中,地球的时间进度猛地加快了。在二宝看来,大宝现实比二宝年轻,接着在掉头时迅速衰老,返航时,大宝又比自己衰老的慢了。重逢时,自己仍比大宝年轻。也就是说,相对论不存在逻辑上的矛盾。所以这个“双生子佯谬”问题也就不存在悖论了,而且有报告称这个问题也在航天员中得到验证。

“穿越时空”不是梦
    “广义相对论”有两个基本原理:一、广义相对性原理。即:所有参考系在描述自然定律时都是等效的。二、光速不变原理。即:光速在任意参考系内都是不变的。三、等效原理。即:惯性质量与引力质量等效。
    “狭义相对论”和“万有引力定律”,都只是“广义相对论”在特殊情况之下的特例。“广义相对论”是基于光速对所有的观察者(而不管他们如何运动的)必须是相同的观念的理论。基于“广义相对论理论”,又引出了引力透镜、引力波天文学、黑洞和其它致密星体、宇宙学等天体物理学上的应用。“广义相对论”预言了黑洞以及其他类型的视界模型。“广义相对论”普遍的特色结果是时空的分界线——奇点的出现。总之,广义相对论是现代物理学的两大支柱之一,量子理论作则是现代物理的另一支柱。
    把广义相对论和量子场论结合起来推导,能得到对虫洞的理论支持。目前大家所说的穿越时空,目光还是更多地集中在虫洞的概念上。

“穿越时空”不是梦

     霍金提到过三种穿越路径:黑洞、光速、虫洞。
    先说黑洞。目前有大量的数据和理论依据证明黑洞的存在,黑洞是个具有大质量高密度的物质,具有强大的
引力,就像大家都知道的光都逃不掉。那么在这个巨大的引力作用下,时间也会被束缚被压榨,但这并不意味着穿越,也不意味着可以在时间中旅行,就像霍金猜想的一样围绕黑洞飞行可以延缓时间,但并无法回到过去,因此想通过黑洞穿越到过去,理论上应该是不可能的,因为黑洞也是有时间的,只是流速不一样,但这和回到过去完全是两码事。

    再说光速。相对论告诉我们,飞船的速度越接近光速,用以对它加速的火箭功率就必须越来越大,通过粒子加速试验表明,不管火箭有多大功率,也不可能加速到光速以上,所以逆时旅行是不可能的。旅行者乘接近光速的飞行器进行空间旅行,等返回地球时自己只老了几岁,而他地球上的亲人已经死去几千年了,这该是多么可悲的事情。所以光速改变的只是流速,你只能顺流而下,只是快慢的区别,但你无法逆流而上回到过去。
    这样看来,快速空间旅行和逆时旅行似乎是不可能了。然而还可能有办法,也许可以把时空卷曲起来,使得A和B之间有一条近路,在两点之间创生一个虫洞就是一个法子。
“穿越时空”不是梦
    虫洞也是由爱因斯坦提出来的,简单地说,“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管,它能把两个相隔遥远的几乎平坦的区域连接起来。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道,所以也叫“灰道”。是宇宙中可能存在的连接两个不同时间和空间的狭窄隧道,负能量将时间和空间拖入一个隧道口,从而进入另一个世界。透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。
    霍金认为虫洞就在我们身边,只不过它们非常微小,不能用肉眼发现。它们存在于空间和时间的缝隙中。虫洞在三维空间是不可见的。在四维世界里,时间也有很细小的裂缝和真空,它们比分子更小,比原子更小,我们将这个大小称为量子泡沫。虫洞正是存在这样的空间里,穿越空间和时间常态的微小的隧道或密道也正是产生于这个量子空间。可是,这些真实存在的通道如此之微小,人类根本无法通过。这也正是虫洞时间机器所要解决的问题。一些科学家认为,可以找到一个虫洞,然后将其放大数以万亿倍,使其做够让一个人或甚至一艘飞船通过。如果有足够的能量和先进的技术,也许就能够在空间中构建一个巨型虫洞。虫洞的一端靠近地球,而另一端则远在某些遥远的星球。理论上说,时间隧道或虫洞不只是能带我们去另外的星球。如果通道的两端都在同一个地点,隔开它们的是时间而不是距离,那么飞船可以穿梭于地球,只是很久以前的地球。也许恐龙将亲眼目睹时空飞船的着陆。
“穿越时空”不是梦
    假如这个虫洞时间机器造成的话,那么我就可以通过虫洞回到过去。这样就有一个假设:我回到过去开枪杀死过去的自己。但问题是如果我在过去就死了的话,那么显然也就不会存在后来开枪的这个我了。并且如果我在过去被杀,又是谁开的枪呢?这显然自相矛盾,明显是个悖论。
    这与杀父佯谬是同样的道理。1949年,著名哲学家K·哥德尔根据爱因斯坦广义相对论论述返回到历史中去旅行是容许的。但他同时指出,这中间也存在一些荒谬,比如:如果某个人回到他出生之前的年代,杀了他的祖父,然后再回到他原来的年代,这可能吗?由于在他出生之前他的祖父已经死了,他怎么又会存在呢?
    由于这些佯谬的存在,科学家提出一种“平行时空”的观点,且这个观点被科学界所基本认同,即:时空不是唯一存在的,而是有无数个时空平行的存在,它们彼此之间一般情况是无法产生联系的。每个时空都依照它本身的规律和顺序演变。我理解是不是我们只能回去看看,而不能参与其中?
    霍金的解释是:像这样的虫洞不存在,原因在于反馈现象。其原理很简单,声音通过麦克风,它通过电线传播,然后被扩音器放大,最后回到说话者的耳中。如果很多个说话者向麦克风发出太多的声音,它会在这个系统中不停的循环,声音越来越大,如果没有人停止,那么这个反馈将会摧毁该系统。同样的事情也会发生在虫洞里,只不过传播的不是声音而是放射线。随着虫洞的扩大,自然放射线会进入,最终形成循环。反馈现象将变得很强,摧毁虫洞。所以尽管虫洞存在,尽管有一天它能被放大,它却不能存续足够久以通过一架时间机器。
“穿越时空”不是梦
    看来穿越过去暂时还是有困难,那我们就先到未来旅行一下吧!设想我们乘坐一辆接近光速的飞船,绕着地球一圈一圈地飞行。假如飞船于2050年1月1日出发,再绕地球飞行100年后再回到地球。这个时候地球已经是2150年,而我们乘客只经历了一星期的时间,因为飞船内的时间被减缓了很多。于是,我们在一星期内穿越了100年来到未来。来到未来自然很高兴,可是我们会突然发现已无法再返回去。不过也许我们到达的未来已经发达到了有双倍光速的飞船,如果是那样我们就又会飞回来了!
    期待那一天,等待那一天,等待“穿越时空”“时间旅行”的那一天!
   
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