轻物理:时间穿越的理论可行性

 宇宙浩瀚宏伟,人类与之相比,连微尘都算不上。从古至今,人们对宇宙的幻想都未停止,诸如星际旅行、行星殖民之类的探讨长久不衰。

银河系

 那么,作为同样热烈的话题——时间穿越,是否存在可能呢?



我们分两步来探讨,回到过去,和通往未来。



 回到过去可行吗?这可不像清宫剧莫名奇妙一阵风就穿越。假若平行宇宙不存在,答案是否定的。由于因果链的制约,回到过去必然改变现在,产生许多悖论。霍金的疯狂科学家悖论,讲的便是一个科学家,利用高能量的装置产生一个虫洞,接着,他在虫洞的那一头看到了五分钟前的自己,他开枪射杀了自己,那么,悖论由此产生:打开虫洞的科学家射杀了即将打开虫洞的自己,那么现在这个他又怎么会存在?


 因果链的悖论否定了回到过去的可能,而且,即便是扩大虫洞,也是不可行的。试着想象一个摇滚歌手,一只麦克风,一个音响。歌手的声音通过麦克风,以电信号的方式经过音响扩大,扩大后的声音又进入麦克风,经过音响再次扩大,循环往复,音响最终会因为不堪重负爆炸。同理,造成虫洞毁灭的,是不断循环进入虫洞的宇宙射线,虫洞最终会因为宇宙射线叠加的巨大能量被摧毁。


 霍金也曾经为未来的时间旅行者举办过欢迎宴会,当然,以霍金的影响力, 他的邀请会自然而然地流传下去而不会被遗忘。遗憾的是,当宴会时间到了,却没有任何来自未来的人出现。这个论证当然不严谨,但也从侧面说明了回到过去旅行的不可行。


 那么假若平行宇宙存在呢?回到过去首当其冲的障碍是因果悖论,然而,平行宇宙的存在可以产生很多结果,你从A时间世界回到过去B时间世界,所作所为产生C时间世界,由于平行宇宙的存在,AC可以共存。


 回到过去不可行,这给泛滥的、胡思乱想的穿越剧画上一个休止符。


 去到未来却存在理论上的希望。


 实际上,去到未来的例子就在我们身边,只不过尺度非常微小,我们不能察觉。


 当我们靠近质量越大的物体时,我们身边时间流逝就会越慢。因此,人造卫星总是需要不断校正自己的时间,否则,由于时间差效应,卫星上的时间总会跑的比我们快,即便是快0.0几秒,对人类生活的影响也是非常大。


 于是我们可以推论,想让时间减慢的效应变得可观,我们需要一个质量非常非常大的物体。而银河系中心的超大黑洞——质量相当于400万个太阳,直径超过2400万公里——可以满足我们的需求。在这个黑洞周围,时间流逝比在地球上慢了一半,于是,从黑洞回来后,旅行者们完成了一次时间穿越之旅。

《星际穿越》中的黑洞卡冈地亚,一小时相当于七年

 除了量子纠缠,没有什么比光速更快的了。越接近光速,时间流逝得越慢,这是狭义相对论关于时间膨胀带来的有趣现象。


 而去打破光速的想法,会带来意想不到的结果。


 在欧洲大型强子对撞机27公里的环形管道里,铍介子被加速到99.99%光速,然后,原本在250亿分之一秒内就会湮灭的粒子,由于时间的减慢,寿命延长了30倍。


 试想一列环绕地球的通往未来的列车,额,单程列车。当列车加速到极限速度光速时——相当于一秒环绕地球七圈——列车上的一个人往前冲,那么他会偶然打破光速吗?答案是不会,列车上的时间会被减慢,自然法则会穷尽一切防止光速被打破,于是列车上的旅客真正意义上驶向未来,列车外过一百年,列车内却只过了一个星期。这是可观的收获。然而在地球上建造这辆列车是不可行的,地球半径太小,列车无法获得加速到光速所需的向心力,我们只能寄希望于茫茫宇宙。


 假若有一艘无比巨大宇宙飞船,当它加速到99%接近光速时,飞船上一天相当于地球上一年,理论上,我们将有机会到达银河系边缘,这将花费80年的时间。

纪录片《走进霍金的宇宙世界》中用于光速旅行的飞船

 可惜的是,时间和星际旅行现在看来无异于痴人说梦,即便是穷尽地球人力物力。


问题之一:能源。能推动如此巨大工程机器的只能是反物质能源,获取稳定巨大的核聚变能源尚且没成功,更不必说尚存在实验室中的反物质了。飞船如此庞大,既要提供维持生命系统所需的能源,还要保留推动飞船进行光速旅行的动力,人类至今建造的最大火箭“土星5号”总推力也只有3340吨,而这远远不够。同时,飞船不可能从地球发射,飞船船身过于庞大沉重,从地球发射会耗费大量燃料,这就需要在宇宙建造飞船。


问题之二:寿命。如此长的星际旅途,势必需要寿命更长的人类,甚至花上一整代人的时间,这既不明智,也不是科学的选择,需要生物医学的进步来改变这种境况。


问题之三:风险。资金是个无底洞,对于一个国家来说,不断地扔钱到一个希望渺茫的工程上,花费巨大的人力物力去建造一个不能返回地球只能不断飞往宇宙深处的飞船,没有任何利益可言,风险几乎是百分之百。


此外还有伦理道德等方面问题,这里不深入探讨。

 

 

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