时间旅行和快速太空旅行小小书 XXshu

作为一个孩子或一个成熟的人，我们总是被这样的问题困扰，比如我们可以回到过去并纠正错误吗？我们能否前进到未来并了解我们的未来？为什么我们能记住我们的过去而不是未来？我们可以在尼泊尔消失并立即出现在美国吗？虫洞和时间旅行的概念试图在某种程度上解释所有这些。

时间旅行是一个在两个时间点之间移动的概念，可以使旅行主体经历相当短的一段时间，或者更早或更晚。我们以每小时60分钟的速度向未来行驶，但是时间旅行使我们可以前进十年或一个世纪之后，或者前进一小时或更短的时间。

在HG威尔斯的小说中，主人公跳入闪烁着灯光的特殊椅子上，旋转了几个表盘，发现自己飞跃了几十万年。那可能是个虚构的故事，但是物理学家总是嘲笑时光旅行的概念，认为它是曲柄，神秘主义者和流氓的领域，并且有充分的理由。

时间旅行是可能的吗？还是宇宙的法律和条件允许时间旅行？我们距离开始还有很长的路要走，但是时间旅行还没有破裂。

在牛顿物理学中，所有观察者的宇宙都是相同的，而不管其位置和速度如何。因此，牛顿物理学大步向前，即时间是绝对的，并且只会以恒定的速率前进。根据牛顿的时间，就像箭一样，它以恒定的速度以恒定的方向移动，地球上的1秒钟与太阳上的1秒钟相同。因此，牛顿认为的宇宙不允许时间膨胀，更不用说时间旅行了。

爱因斯坦在1905年开始思考，如果他以极高的速度运动，他将如何感知世界，并意识到空间和时间是紧密相连的。因此，宇宙中的任何事件都可以由四个坐标定义，三个用于空间，第四个用于时间。因此，人们可以将空间和时间一起看作是称为时空的第四维实体。在1905年写的一篇非凡的论文中，爱因斯坦在瑞士专利局当秘书时，表明人们认为事件发生的时间和位置取决于事件与观察者之间的相对运动。如果观察者彼此之间不相对运动，则不同观察者分配给事件的时间将是一致的。但是他们会以更快的速度越不同意。动作越快，他收集事件的光线就越慢，使他感到事件的发生速度变慢。如果他以等于光速的速度行进，则事件产生的光将无法抓住他，从而导致时间冻结在他的坐标中。因此，为了使一个观察者的时间相对于另一观察者的时间倒退，一个人需要走多快。如果一个人的行进速度快于光速，他会看到来自事件后退的光线，或者换句话说，他可以追赶过去发生的事件发出的光线，而空间和时间纠缠在一起，以至于据说有时间。

考虑到一个年轻的女孩爱丽丝的行进速度比光速快，她以相对的方式离开一天并在前一天晚上到达。因此，时间旅行所需要的只是一个比光快的物体。不幸的是，在同一篇论文中，爱因斯坦证明物体的质量也随其速度而变化。速度越大，质量越大，但质量变化只有在人以接近光速的速度行进时才有意义。因此，以大于光速的速度行进需要加速物体，一旦物体达到更接近光速的速度，他的质量就会大大增加，并且对于相同的加速度需要更多的力。当物体与光一样快时，其质量将变得无限大，因此需要无限的力和力量才能将物体加速到光速之上。

因此，爱因斯坦狭义相对论排除了回到过去的可能性，但是及时前进是非常容易的。如果让一个航天器以光速的相当一部分飞行，然后转身回来，那么，也许只有几年时间就过去了，但地球上可能已经过去了很多年，这类似于孪生悖论。如果不能比光速快，那么到最近的恒星的往返至少要花八年，到银河系的中心至少要八万年。如果太空飞船非常接近光速，那么船上的人们似乎可能只需要花费几年的时间就可以到达银河系中心。但是，如果您认识的每个人在数千年前回到家时都已死亡并被遗忘，那将不会是什么安慰。

爱因斯坦在1915年发表的另一篇引人注目的论文中指出，重力的影响可以通过假设时空被物质和能量扭曲或扭曲来描述。爱因斯坦的预言与水星行星的岁差完全吻合，解决了水星轨道的奥秘。实际上，我们可以观察到太阳质量的这种时空扭曲，它是在接近太阳的光线或无线电波的轻微弯曲中产生的。当太阳在地球和辐射源之间时，这会导致恒星或无线电源的视在位置发生轻微移动。位移很小，大约为千分之一度，相当于一英里的距离。但是，它可以非常精确地进行测量，并且与广义相对论的预测相符。我们有实验证据，表明时空扭曲。

我们周围地区的翘曲量很小，因为太阳系中的所有引力场都很弱。但是，我们知道可能会发生非常强的磁场，例如在大爆炸或黑洞中。因此，对于超空间驱动器，虫洞和时间旅行之类的事物，空间和时间是否可以充分变形，以满足科幻小说的要求。

广义相对论场方程，Goedal宇宙和快速移动的宇宙弦论的两个独立解决方案使时空如此扭曲，以至于可以穿越过去。正如史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）所说：“上帝可能创造了一个如此扭曲的宇宙，但我们没有理由认为他做到了”。所有证据都表明，宇宙起源于大爆炸，不需要进行任何扭曲就可以进入过去。由于我们无法改变宇宙的开始方式，因此时间旅行是否可能的问题是我们是否可以使时空如此扭曲以至于可以回到过去的问题之一。因此，广义相对论允许时间旅行，现在的问题是它是否允许它进入我们的宇宙？如果没有，为什么不呢？

与时间旅行密切相关的是从太空中的一个位置快速移动到另一位置的能力。如前所述，爱因斯坦表明，将物体加速到超出光速的状态需要无限的力量。因此，如果我们可以将时空扭曲得如此之大，以至于我们制造了一个小管子或虫洞，那么在合理的时间内从银河系的一侧到达另一侧的唯一方法似乎是可行的。这可以连接银河系的两侧，并充当捷径，在您的朋友还活着的时候，从一个到另一个，然后回到另一个。这些虫洞已被严重暗示，属于未来文明的能力之内。但是，如果您可以在一两周内从银河系的一侧移动到另一侧，则可以穿过另一个虫洞，然后回到出发地点。如果虫洞的两端相对移动，您甚至可以通过一个虫洞及时返回。

要制造虫洞，需要一种物质，这种物质以与普通物质相反的方式扭曲时空，而相同的时空扭曲则可以穿越过去。如果宇宙的开始没有那么扭曲，那它就允许时间旅行。人们将需要负质量和负能量密度的物质，以所需的方式进行时空扭曲。

能源就像金钱。如果您的银行结余为正数，则可以通过多种方式进行分配。但是根据直到最近才被认为是经典的法律，不允许您进行能量透支。因此，这些经典定律将排除我们能够以允许时间旅行的方式扭曲宇宙。但是，经典定律被量子论推翻，量子论是广义相对论之外的另一场伟大的革命。量子理论更加轻松，可以让您透支一个或两个帐户。如果只有银行那么宽松。换句话说，量子理论允许能量密度在某些地方为负，而在其他地方为正。

量子理论之所以允许能量密度为负，是因为它基于不确定性原理。

这表示某些量（例如粒子的位置和速度）不能都具有定义明确的值。粒子位置的定义越准确，其速度的不确定性就越大，反之亦然。不确定性原理也适用于电磁场或重力场等领域。这意味着即使在我们认为是空的空间中，也不能将这些字段精确地清零。因为如果它们恰好为零，那么它们的值将既有一个明确定义的位置（零），又有一个明确定义的速度（也为零）。这将违反不确定性原则。相反，这些字段必须具有一定的最小波动量。人们可以将这些所谓的真空涨落解释为突然出现的一对成对的粒子和反粒子，它们相互分开，然后再次回到一起，并相互抵消。这些粒子反粒子对被认为是虚拟的，因为无法使用粒子检测器直接测量它们。但是，可以间接观察其效果。一种做到这一点的方法就是所谓的卡西米尔效应。一个有两个平行的金属板，相距不远。这些板的作用类似于虚拟粒子和反粒子的镜子。这意味着板之间的区域有点像风琴，仅允许某些共振频率的光波进入。结果是，板之间的真空波动或虚拟颗粒比板外部的真空波动或虚拟颗粒少，在真空波动或虚拟颗粒中，真空波动可以具有任何波长。板之间虚拟粒子数量的减少意味着它们不会像外面的虚拟粒子那样频繁地撞击板，因此不会对板施加太大的压力。因此，有轻微的力将板子推到一起。该力已通过实验测量。因此虚拟粒子实际上存在，并产生真实的效果。

由于板之间的虚拟粒子或真空波动较少，因此它们的能量密度比外部区域低。但是远离板的空空间的能量密度必须为零。否则，它将扭曲时空，并且宇宙不会接近平坦。因此，板之间区域的能量密度必须为负。

因此，我们从光的弯曲获得了实验证据，表明时空是弯曲的，并且从卡西米尔效应得到证实，我们可以将其向负方向弯曲。因此，随着科学技术的进步，似乎有可能我们能够以其他方式构造虫洞或扭曲的空间和时间，从而能够进入我们的过去。如果真是这样，它将引发很多问题。其中之一是，如果将来某个时候我们学会了及时旅行，为什么没有人从未来回来（费米悖论）来告诉我们如何去做。

即使有充分的理由使我们保持愚昧，人性就是本质，我们很难相信有人不会炫耀，并告诉我们贫穷的双眼农民，这就是时空旅行的秘密。

我们似乎没有来自未来的访客，因此调和时间旅行的一种可能方法是说它只能在将来发生。按照这种观点，有人会说过去的时空是固定的，因为我们已经观察到它了，并且发现它没有足够的扭曲，无法穿越过去。另一方面，未来是开放的。因此，我们也许可以将其扭曲得足够多，以便留出时间。但是因为我们只能在将来扭曲时空，所以我们将无法回到现在或更早的时间。

但这仍然会留下很多悖论。假设有可能在火箭飞船中起飞，然后在出发前回来。是什么使您无法在火箭的发射台上炸毁火箭，或者阻止您首先出发。这种悖论还有其他形式，例如回去和在出生前杀死父母（祖父悖论），但它们在本质上是等效的。似乎有两种可能的解决方案。

一种是一致的历史记录方法。它说，除非您已经回来并且未能炸毁发射台，否则您不能让火箭飞船过去。这是一副始终如一的图景，但这意味着我们已经完全下定决心：我们无法改变主意。这么多免费的意愿。另一种可能性是替代历史方法。在这种替代历史中，在火箭起飞之前，未来不会有任何回报，因此它没有被炸毁的可能性。但是，当旅行者从未来返回时，他会进入另一个替代历史。人类为此付出了巨大的努力来建造一艘太空飞船，但是在即将发射它之前，一架类似的太空飞船从银河的另一头出现并摧毁了它。

换句话说，通过回到时间，我们将时间之河分成两部分，创建了一个平行的宇宙。因此，如果我们时光倒流并改变了过去，我们正在改变别人的过去，我们的过去将面临，我们的时间表将无法改变。如果我们免于亚伯拉罕·林肯在福特剧院被暗杀，我们将在其他平行宇宙中拯救亚伯拉罕·林肯。在我们的宇宙中，亚伯拉罕·林肯已经死了，但是在另一个宇宙中，他免于被暗杀。因此，我们可以及时返回并阻止我们父母的会面，但是所有发生的事情都是在平行宇宙中发生的。在我们的宇宙中，我们已经出生，无法改变。宇宙有每一个可能的历史，每一个都有自己的可能性。因此，有可能解决所有时间旅行的悖论。

似乎发生的事情是，当时空扭曲到足以允许其进入过去时，虚拟粒子几乎可以按照闭合轨迹变成真实粒子。虚拟粒子的密度及其能量变得非常大。根据弦论，这是将广义相对论和量子理论结合成万物论的最大希望，时空应该具有十个维度，而不仅仅是我们经历的四个维度。这个想法是，在这十个维度中，有六个缩成一个很小的空间，以至于我们没有注意到它们。另一方面，其余四个方向相当平坦，这就是我们所说的时空。如果此图片正确，则可能会安排四个平面方向与六个高度弯曲或扭曲的方向混合在一起。这将导致什么，我们尚不知道。但这带来了令人兴奋的可能性。

就像计算机科学中的NP难题一样，许多问题也与此主题相关。这些问题就像尝试一并解决所有问题。比光还快的想法，时空旅行，虫洞，负质量和负能量的想法都在其中。如果您可以破解所有这些，则可以破解所有这些。

根据我们目前的理解，结论是不能排除快速的太空旅行或时光倒流。它们会引起很大的逻辑问题，但科幻小说迷不必灰心。弦理论充满希望。没有什么是不可能的。但是蠕虫和时空旅行的理论就像“如果没有什么不可能，那么就有可能成为不可能”。

我要从头开始，因为我会及时回到那里。谢谢阅读！