正如一些受访者所指出的,我们不断地穿越时光,即前进,而且前进的速度相同。但认真的说,正如加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校物理学教授Gary T. Horowitz所说,时光旅行不仅仅是幻想。

“也许令人惊讶的是,这竟然是一个微妙的问题。我们目前的自然法则显然并未排除这一问题。最近对该问题的调查提供了一些证据,答案是肯定的,但尚未被证明是不可能。”

即使时间旅行的可能性很小,其魅力也是如此,以至于许多物理学家不仅继续研究是否可能,而且还在研究如何实现。

“有可能穿越时空吗?要回答这个问题,我们必须对穿越时空的含义更具体一些。不考虑时间的日常发展,这个问题可以分为两个部分:是否可能,在很短的时间内(小于人类的生命周期)进入遥远的未来,并且有可能进入过去吗?

“我们目前对基本物理学的理解告诉我们,第一个问题的答案是肯定的,第二个问题的答案可能是肯定的。

科学家每天怎么度过(科学美国人想要回到过去)(1)

“进入遥远未来的机制是利用狭义相对论的时间膨胀效应,该效应指出,移动时钟越接近光速,其滴答声似乎越慢。这一效应得到了压倒性支持。实验测试,适用于所有类型的时钟,包括生物老化。

“如果有人在一艘太空船中离开地球,而该宇宙飞船能以一个舒适的1 g连续加速(这种加速将在地球表面产生与重力相等的力),则人们将开始接近光速相对于在大约一年的时间内,地球将继续前进,随着船舶的继续加速,它将越来越接近光速,并且其时钟似乎相对于地球以越来越慢的速度运行。我们的银河系中心并回到地球-大约60,000光年的距离-可能仅需40多年的航行时间就能完成。回到地球后,宇航员将只有40岁年,而地球已经过去了60,000年。(请注意,没有“孪生悖论”,因为太空旅行者已经感觉到40年来一直在不断加速,而在地球环绕的宇宙飞船上留下的假想双胞胎并没有感觉到。)

“这样的旅行将带来巨大的工程问题:即使假设质量完美地转换为能量,所需的能量也大于行星质量。但是,已知的物理定律不会阻止这种旅行的发生。

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“时间旅行到过去,这通常是人们通常所说的时间旅行,这是一个更加不确定的命题。爱因斯坦的广义相对论方程有很多解决方案,可以使一个人遵循时间轴,从而导致他(或他) )是在更早的时候遇到自己(或她的祖母)的问题,是要确定这些解决方案是否代表了真实宇宙中可能发生的情况,还是仅仅是与已知物理学不兼容的数学奇数,所以从未进行过实验或观察指出时间旅行正在我们的宇宙中发生。过去十年中,理论物理学家做了很多工作,试图确定在最初没有时间旅行的宇宙中,人们是否可以建造一台时间机器-换句话说,是否有可能以某种方式操纵物质和时空的几何形状,从而创造出时光倒流的新路径。

“一个人如何建造一个时光机?目前正在讨论的最简单的方法是开一个虫洞(连接时空的空间上分开的区域的隧道),并使虫洞的一个口相对于另一个虫口具有相当大的速度。虫洞将允许人们穿越过去。

“说起来容易,但是从哪里可以得到虫洞呢?尽管在过去的十年中对虫洞的理论特性进行了广泛的研究,但是人们对于如何形成一个宏观的虫洞却知之甚少,这种虫洞足够大,足以让人类或太空飞船通过一些量子引力的理论告诉我们,时空具有复杂的泡沫状虫洞结构,其最小尺度为-10 ^ -33厘米,比电子小十亿倍,一些物理学家认为这是可能的。抓住其中一个真正的微观虫洞并将其扩大到可用的大小,但是目前这些想法都是非常假设的。

科学家每天怎么度过(科学美国人想要回到过去)(3)

“即使我们有虫洞,大自然也会允许我们将其转换为时间机器吗?斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)制定了一项“时间保护猜想”,其中指出自然法则阻止了时间机器的产生。但是,这只是一个推测,尚未得到证明。

华盛顿大学的戴维·布尔韦尔(David Boulware)进行的独立研究表明,在具有质量的场(例如电子)的真空状态下,能量不会增长到无界的水平。这一发现表明,可能有一种方法可以对粒子物理进行工程设计,以使时间机器正常工作。

“也许过去十年研究的最大惊喜是,物理学定律禁止时间旅行并不明显。越来越明显的是,直到科学家们发展出足够的量子引力理论,这个问题才能解决。”

“狭义相对论意味着人或时钟在休息(或不加速)的年龄要比往返的伙伴更快,在这种情况下,人们会改变方向回到自己的伙伴。在世界的粒子加速器中,每天都会对这种预测进行检验:粒子旅行在圆形中,光的衰减速度几乎比静止时慢,并且衰减时间与理论上的测量精度吻合。

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以及有力的证据证明星系中心存在巨大的黑洞,以及由于垂死的恒星坍塌而产生的恒星大小的黑洞。但是似乎没有时空区域允许时间旅行,这提出了一个基本问题,即禁止它们-或是否真的被禁止。

“最近的一个惊喜是,人们可以绕开'祖父悖论'的想法,即粒子路径循环回到更早的时间在逻辑上是不一致的,因为例如,孙女可以及时回去废除祖父。对于几个简单的物理系统,在任何初始条件下都存在物理方程的解,在这些模型系统中,总有一些干预措施可以防止与谋杀祖父类似的矛盾。

量子力学似乎只允许极小的负能量区域。创建具有时间循环的普通大小区域所需的力似乎非常大。

“总结:物理学定律很可能排除宏观时间机器,但时空充满微观时间循环。

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