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时间旅行是不可能的……或者是吗?

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查看16310 | 回复0 | 2022-1-23 21:08:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
狭义相对论告诉我们,空间的三个维度和时间的孤立维度像织物一样编织在一起。不可能将它们视为独立的实体,只有一个单一的统一实体——时空。如果不考虑时间的运动,我们就无法想象空间的运动,反之亦然。左右、上下、前后和过去未来都是平等的。

然而,时间似乎有点不同。我们在太空中拥有完全的行动自由,但我们无法回避我们的未来。时间似乎有一个“箭头”,而空间维度是灵巧的。鉴于时间和空间之间的统一性,这就引出了一个显而易见的问题:时间旅行,任何形式,可能吗?在任何情况下?有吗?


许多科幻故事探索了人类穿越时空的渴望。这样的事情在我们的宇宙中真的可能吗?(图片来源:通用)
未来:当然
奇怪的是,答案是肯定的!我们无法避免进入我们的未来,但我们可以控制我们穿越时间的速度。这是相对论的另一个教训的结果:并非所有的时钟都是一样的。

你穿越空间的速度决定了你穿越时间的速度。简而言之:移动的时钟运行缓慢。

如果你能建造一个足够大的火箭(别问我怎么做,这是一个工程问题),以提供 1g 的恒定加速度(每秒 9.8 米;与地球表面重力提供的加速度相同),你可以在短短几十年的个人时间里到达银河系的中心——距离我们健康的 20,000 光年。

你可以停下来几个小时,在人马座 A* (银河系中心的黑洞)附近野餐,然后跳回你的火箭返回地球。

到你回来的时候,你将有资格获得退休福利,如果提供这些福利的机构还在,因为根据你船上的时钟你只旅行了几十年,大约 40,000 年就会过去了地球。

关闭循环
时间是相对的,但对于每个人来说,它仍然朝着同一个方向流动。询问我们是否可以逆向是广义相对论(GR)的领域——这是我们用来不仅理解引力,而且理解时空和运动之间的完全联系的数学语言。

在 GR 中,我们提出了一个技术性稍强的问题:物质和能量(扭曲时空的物质)是否存在任何安排,以允许闭合类时间曲线或 CTC 的存在?我知道这是行话,但它是一个有趣的短语在聚会上折腾。这里的“曲线”是指一条路径,“类时间”是指你永远不会超过光速,“封闭”是指它回到起点——换句话说,它自己的过去。

那么,爱因斯坦的甲骨文,是否允许使用 CTC?

是的!


科幻创作者喜欢玩时间旅行,但在现实宇宙中这样的事情可能吗? (图片来源:英国广播公司)
可能性是有限的
大约有六种已知的时空配置允许 CTC 或时间旅行到过去。例如,Kurt Gödel(以哥德尔的不完备定理而闻名)发现,如果宇宙的膨胀正在加速(确实如此)并且宇宙也在旋转,那么 CTC 将被允许,我们可以随心所欲地穿越到我们的过去。

据我所知,哥德尔用这个解决方案向阿尔伯特·爱因斯坦指出,也许 GR 并不像人们所说的那样——我的意思是,拜托,任何关于自然世界的自尊理论都不应该避免如此明显荒谬的解决方案?

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但是哥德尔的观点是没有实际意义的——所有的观察都表明宇宙没有旋转,因此特定的解决方案不适用于我们的宇宙,并且时间旅行到过去是禁止的。

啊! 但是,如果我们要建造一个无限长的巨大圆柱体,并让它以接近光速的速度绕轴旋转会怎样。它会拖累它周围的时空,围绕那个旋转的圆柱体的某些路径最终会成为它们自己的过去。好在宇宙中没有无限长的大质量圆柱体,否则我们可能不得不担心。

等等,我有一个:如果你制作一个虫洞(时空中两个遥远位置之间的捷径),然后让一端以接近光速的速度飞驰而过,然后把它带回来,正常的时间膨胀效应会将一个结束于另一个的“未来”,这样你就可以在虫洞的喉咙里跳华尔兹,结束你的过去。那是什么?虫洞需要“负质量”才能存在,而宇宙中不存在负质量?嗯,嗯。

过去:没有
每次都是同一个故事(请原谅难以抗拒的双关语)。对于我们在广义相对论中为让 CTC 和时间穿越到我们自己的过去而炮制的每一个场景,大自然都会找到一种方法来混淆我们的计划并排除这种场景。

这是怎么回事?广义相对论原则上允许时间穿越到过去,但似乎在每种情况下都被排除在外。似乎有一些有趣的事情正在发生,应该有一些禁止时间旅行的基本规则。但是一个都没有。我们不能指出任何亚原子水平的粒子相互作用明显阻止了 CTC 的形成。

时间从过去到未来的必然进程,类似于另一个不屈不挠的自然法则:熵。这就是热力学的铁律,即封闭系统从有序变为无序。(这条定律解释了为什么如果你将鸡蛋放置足够长的时间,它就不会碰巧自己解读它)。时间与熵有关吗?也许吧,但那是另一篇文章的主题……

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