时间旅行可以实现,不过你的质量得无限大

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-12-19

恭喜胖子,距离“时间旅行”更进一步!

时间旅行可以实现,不过你的质量得无限大

时间旅行的概念一直吸引着人们的眼球,相关的科幻影视层出不穷,但穿越时空真的有可能实现吗?那当然,我们现在每一秒都在走向未来。

不过这显然不是你想问的问题。真正的问题是,我们能穿越到遥远的未来吗?可以,如果我们能以接近光速的速度前进,时间的流速减缓,我们便能任意地到达未来的某一个时间点。那如果是要回到过去呢?

来自麻省大学达特茅斯分校的物理学教授Gaurav Khanna对时空穿越进行了解释,并介绍了一个新的时间机器的理论模型。

封闭类时曲线

爱因斯坦的广义相对论指出,时间可以高度扭曲,扭曲到它重叠到了自己身上,形成了一个时间的闭环。想象一下你沿着这个闭环行走,这意味着在某个时刻,你将重新开始经历原本已经结束了的时间。有点类似于“既视感”这种现象,即你现在正在某地做某件事,但却仿佛曾在以前某个时刻经历过一样的场景,有一种似曾相识之感。在物理学的理论研究中,这种结构通常被称为“封闭类时曲线”(closed time-like curves, CTC),也就是俗称的“时间机器”。

时间旅行可以实现,不过你的质量得无限大

从理论上来说,穿过克尔黑洞,即可到达平行宇宙。假设上图原本是一张长方形的蓝色纸片,红色箭头标明的是在二维空间下两点之间的最短距离(直线),也就是从时空A走到时空B的红色路径;但若将纸片弯曲趋近于对折变成三维空间,那么AB两点之间就可以直接贯穿相连,直接从时空A穿过虫洞(爱因斯坦-罗森桥,俗称时空隧道)到达时空B,即绿色路径。也就是说,假设时空A是2018年的现在,时空B是2050年,原本人类应当由红色路径过完32个春节之后才到2050年,但有了虫洞,便有了从2018直接利用时间旅行穿越到2050的可能性。

在过去的几十年里,著名的物理学家们如Kip Thorne(2017年诺贝尔物理学奖获得者)和霍金曾就与时间机器有关的模型开展了开创性的研究工作。

以前各项研究中得到的普遍结论,是自然界本身禁止时间循环。正如霍金在他的“时序保护猜想”中描述的,本质上而言,自然界不允许改变它过去的历史,这能保护我们免受因为时间旅行而出现的悖论的影响。时间和空间一旦经过就被冻结了,即使能回到过去或未来,也只是站在另一个维度的视角上看到事件的发生但却不能碰到,就像电影里的时间警察维持时空秩序一样。

而在有关时间旅行的悖论中,最著名的应该就是所谓的“外祖父悖论”了:如果旅行者回到过去,在其母亲出生之前杀死了自己的外祖父,那时间旅行者本人还存不存在?历史的进程发生了变化,从而产生了矛盾:旅行者从未出生,因此他不可能存在。基于此悖论还衍生出了很多科幻电影,比如《回到未来》。

异常物质

根据具体情况的不同,为了防止封闭类时曲线的出现和发展,有多种不同的物理现象可能会对其进行干预。最常见的是虫洞对于具有特定类型的“异常物质(exotic matter)”的要求:要使虫洞可以通行,其内部必须得有“异常物质”,它必须存在,才能实现时间的循环。异常物质基本上指代的是具有负质量的物质,但现实的问题是就目前已知的信息来看,负质量物质在自然界中并不存在。

Caroline Mallary是来自麻省大学达特茅斯分校的一名博士生,日前在《经典与量子引力》杂志上发表了有关时间机器新模型的论文,其中介绍的这种新模型不需要任何负质量的外来材料,同时提供了一个简易的设计原理。

这种模型由两辆超长汽车组成,均由正质量的材料制成,平行停放。一辆车疾驰向前,另一辆停在原地。在这个设置里,两辆汽车之间的空间中存在时间循环。

上面的动画从外部观察者的角度(上帝视角)展示了Mallary模型中的时间循环。当飞船进入时间环时,未来的它也出现了,之后双方每时每刻都可以追溯到对方的位置。

时光机能造的出来吗?

如果你怀疑时光机怎么可能这么简单,那就对了。Mallary的模型要求每辆车的中心都具有无限密度,即其中需包含奇点——无限的密度、温度和压力。除此之外,模型中的奇点与黑洞中的奇点不同,前者是完全裸露可观测的,并因此而具有真实的物理效应;后者则完全无法从外界触及。

不幸且周知的是,时间机没那么快能做出来。但这项研究表明,物理学家们可能得尽快完善相关的研究,了解为什么自然界本身会禁止、干预封闭类时曲线的发展。


蝌蚪五线谱编译自livescience,译者 狗格格,转载须授权

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