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时间旅行可能实现吗?肯定的!前提是你质量得无限大

2018-12-19 来源:应急融合网责任编辑:未填 浏览数:390 应急融合网——应急·警用·消防救援装备与技术行业门户网站

核心提示:这套模型看似简单,但也有“陷阱”——每辆车的中心密度必须为无穷大。

 北京时间12月19日消息,据国外媒体报道,无论是对物理学家还是普通人而言,时间旅行都具有同样大的吸引力。但时间旅行真的有可能实现吗?答案是肯定的。我们现在就在进行时间旅行嘛,只不过速度慢了点而已,一次只向前行进一秒钟。

BBC电视连续剧《神秘博士》中,神秘博士用一台名叫“TARDIS”的时间机器进行时间旅行。

但你想象的时间旅行肯定不是这样。那么,我们能否向未来更进一步呢?当然可以。如果我们的运动速度接近光速,或者位于黑洞附近,时间就会大大放慢,使我们大步迈向未来。但真正有意思的问题是,我们能否回到过去呢?

据马萨诸塞大学达特茅斯分校物理教授高拉夫·卡纳(Gaurav Khanna)表示,他7岁时,从著名天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)的电视节目《宇宙》中第一次了解到时间旅行这一概念。那时他就决定,总有一天要对这一极具创造性的伟大理念背后的理论进行深入挖掘——爱因斯坦的广义相对论。20年后,他成功拿到了该领域的博士学位,此后一直在积极开展研究活动。

封闭类时曲线

爱因斯坦的广义相对论提出,时间可以被高度折叠、甚至对折,形成一个时间回路。想象一下,假如你沿着这个回路前进,到了某个时刻,你必定会回到过去,把这些从头再经历一次。这有点像所谓的“既视感”,只不过你自己意识不到而已。这种构造在研究文献中常被称作“封闭类时曲线”(closed time-like curves),简称CTCs,还有一种比较受欢迎的叫法是“时间机器”。时间机器是超光速旅行设想的副产物,对它的了解可帮助我们更好地认识宇宙的运作原理。

图为时间回路示意图。绿色箭头代表从虫洞走的捷径,红色箭头代表从正常空间走的路线。由于走绿色箭头的时间大大短于红色箭头,虫洞可以帮我们实现时间旅行。

过去几十年来,基普·索恩(Kip Thorne)和霍金等知名物理学家都针对时间机器相关的模型开展了重要研究。而这些研究的大体结论为:自然界不允许时间回路的存在。霍金的“时序保护猜想”理论对这一点做了很好的解释:自然界不允许过去的历史发生改变,因此时间旅行引发的种种悖论也就不会发生。

在这些由时间旅行引发的悖论中,最著名的大概就是所谓的“祖父悖论”。该悖论是指,假如一名时间旅行者回到过去、谋杀了自己的祖父,这就会改变历史进程,并产生一种矛盾的情况:这名旅行者根本不会出生,因此世上不可能存在这个人。很多电影与小说情节都以时间旅行产生的悖论为基础,比如《回到未来》、《土拨鼠之日》等等。

奇异物质

取决于具体细节,各种物理现象可能会对封闭类时曲线造成干扰,使其无法在物理系中形成。时间回路要想存在,必须要有一种特定的“奇异物质”才行。简单来说,这里的“奇异物质”是指质量为负的物质。但问题在于,我们尚未证实自然界中存在负质量。

不过,马萨诸塞大学达特茅斯分校博士生卡洛琳·马拉利(Caroline Mallary)在期刊《经典与量子引力》上发表了一种新型时间机器模型。这套模型不需要任何负质量奇异物质,而且设计非常简单。马拉利的模型由两台超长的车构成,车子由质量为正的普通物质打造,呈平行位置停放。其中一辆汽车迅速向前行进,而另一辆车则停在原处不动。这样一来,两辆汽车之间的空间就会产生一个时间回路。

可以在自家后院打造这套装置吗?

这套模型看似简单,但也有“陷阱”——每辆车的中心密度必须为无穷大。这就意味着它们能够以无穷大的密度、温度与压力携带物体(也就是奇点)。此外与黑洞内部的奇点不同的是,黑洞中的奇点无法从外部触及,而马拉利模型中的奇点则完全暴露在外,可被我们观测到,因此会产生切实的物理效果。

不过,物理学家并不指望自然界中存在如此特别的物体。因此,我们在短期内仍不会打造出时间机器。不过这项工作显示,就“自然界为何不允许封闭类时曲线存在”这一问题而言,物理学家也许还要改进自己的理解。

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