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真的能穿越时空吗?[科学探索]

2011-12-09  婉林

真的能穿越时空吗?

2011-12-09
 
 
       一般而言,根据爱因斯坦的狭义相对论,任何物体通过空间时的绝对速度是没有意义的,因为在太空中没有合适的惯性参考系统, 可以作为测量银河速度的依据(运动的速度, 总是需要与另一个物体比较才能量度)。
  
        因为各向宇宙微波背景辐射非常的均匀, 只有万分之几的起伏. 所以就让乔治·斯穆特想到了一个方法, 就是测量宇宙微波背景辐射有没有偶极异向性。  
 
        在1977年, 美国劳伦斯伯克莱国立实验室的乔治·斯穆特等人, 将微波探测器安装在U-2侦察机 上面, 确切地测到了宇宙微波背景辐射的偶极异向性, 大小为 3.5±0.6 mK, 换算后, 太阳系在宇宙中的运动速度约为 390±60 km/s, 但这个速度, 与太阳系绕行银河系核的速度 220 km/s 方向相反, 这代表银河系核在宇宙中的速度, 约为600 多km/s。   
 
       有鉴于此,许多天文学家相信银河以每秒600公里的速度相对于邻近被观测到的星系在运动,大部份的估计值都在每秒130~1,000 公里之间。如果银河的确以每秒600公里的速度在运动,我们每天就会移动5,184万公里,或是每年189 亿公里。相较于太阳系内,每年移动的距离是地球与冥王星最接近时距离的4.5倍。银河在空间中运动的方向是指向长蛇座的方向。   
 
        ■2003年9月,科普杂志《牛顿科学世界》以“时间机器何时起程”为题,报道了澳大利亚物理学家保罗·戴维斯提出的时间机器的制造方法。   
 
        ■2004年4月20日,美国宇航局将一颗历时45年研发而成的“引力探测-B”科学卫星发射上天,它要以前所未有的精度,验证爱因斯坦的广义相对论中所预言的时空扭曲是否真的存在。   
 
        ■人们不知道“引力探测-B”是会给爱因斯坦的理论再添一块基石,还是将动摇并从根本上改变我们对宇宙以及时空的认识;而保罗·戴维斯和无数的科幻迷们,同样迫切地期待它的答复:时空之旅能否成行。   
 
        □当人们开始科学地观测宇宙时,相信绝大部分人在太空四处遨游的梦想也会随之破灭,因为天文学家告诉我们:宇宙之大大到我们几乎无法想象!
 
  
 
        我们所处的银河系,仿佛是一个涌动着激流的巨大无比的漩涡,无数恒星依靠引力在这里聚拢,在银河系中像太阳一样的恒星约有2000亿个,而宇宙中的星系,以人类目前的观测大概是500亿到1000亿个,这着实让人类叹为观止。   
 
        专家江晓原介绍说,我们现在的航天能力,就好像在一个大都市里,我们刚刚从某幢房子的门走出去,围着这房子绕了一圈。对整个城市来说这样的圈子实在是太小了。今后如果要遨游宇宙,靠目前的航天手段,甚至我们今天能够想象的航天手段都是不可能的,一定要靠时空旅行,这是事实。专家认为之所以要改变时空结构进行时空旅行,是因为如果按照传统的加速思想,即使把现有的航天器提速到接近光速,遨游宇宙也是不可能的。比如离银河系最近的是仙女座星系,在晴朗的夜空中肉眼就可以看到它,仙女座星系也被称为草帽银河,它的样子就像一顶漂亮的西班牙草帽。然而我们要到达那顶草帽,即使以光速前进也要走230万年。   
 
        1997年,根据美国著名天文物理学家卡尔·萨根的科幻作品所改编的科幻电影《接触未来》被搬上银幕。   
 
        萨根希望讲述一个人类与外星人接触的故事,但对人类如何到达外星的方法,他也设想不出来。后来的书中就只好这样处理,让外星更先进的文明通过无线电传授给地球人一种制造一台时间机器的方法,它可以在地球与天琴座α星之间建立便捷的通道。在电影中女主人公登上了一艘飞船,她的脚下是转动的机械臂,仿佛是进入了一个巨型离心机的涡轮之中。在影片中人们看到女主人公乘坐时间机器,飞速进入到一条五彩斑斓的隧道中,最终她终于来到了天琴座α星。   
 
        天琴座α星就是中国人非常熟悉的织女星。而从地球到织女星以光速也要走26年。江晓原介绍说,像电影里所描述的那种到天琴座去一个来回,在地球上呈现的时间只有1秒钟,这就是利用了时空旅行的手段。   
 
 
        □100年前,爱因斯坦提出了著名的狭义相对论,根据狭义相对论可以作出一些惊人的推断,例如:如果人能够以接近光速旅行,那么时间对于他来说就会停滞。   
 
        从古代古希腊甚至更早的时候,人们就对时间进行了很多种思考,但是真正从科学上把时间和空间联系在一起,并提出一种时空理论,还是从1905年爱因斯坦的狭义相对论开始。他首次提出一个概念,时间和空间这两者不是彼此无关的。比如说随着人们运动状态的变化,时间和空间在不同的参考系里会有些可能以前没有想到的变化,这种理论实际上给人们改变观念里的朴素的那种时间永远不变、空间永远不变的看法,提供了科学的支持。   
 
        年轻的爱因斯坦最喜欢观察树林中的光影,在狭义相对论中,它的核心是光速恒定,它认为不论光源以多快的速度移动,也不论观察者以多快的速度向什么方向移动,光速永远不变。所有的运动,甚至时间本身都必须与之相对应,由此爱因斯坦首次提出时间是相对的。   1971年,物理学家理查德·基廷和乔伊·哈夫勒将4个极为精确的原子钟放在一架普通航行的飞机上,当飞行之后,这些原子钟与放在地面的原子钟相比,发现的确慢了59纳秒。它不仅证明狭义相对论完全正确,也说明人们通过坐飞机来长寿,理论上是可行的,所不同的是效果太微弱了。   
 
        但是在粒子加速器里,狭义相对论所预言的时间膨胀的效应就不那么微弱了,在美国长达40公里的粒子加速器,当次原子粒子穿越这个巨形装置的时候,他们可以被加速到光速的90%以上,在这样的速度下,时间的变化明显出现了。正如狭义相对论计算所得出的,疾驰的粒子质量增加了,而在正常情况下寿命很短的粒子,存在时间大大增长。这证明对这些粒子来说,时间变慢了。   
 
        □对于时空旅行来说,广义相对论出现后产生的最重要影响就是提供了允许回到过去的虫洞理论。按照霍金对虫洞的描述,它是沟通宇宙之间的细长的时空管道。   
 
        1915年,爱因斯坦更为深奥的广义相对论问世,广义相对论把引力、空间、时间这几者联系起来,预言引力会使时空发生弯曲,就像保龄球压在一张条格床单上,星体的质量会使周围的时空发生翘曲。   
 
        1919年,人们通过观察日食发生时星光的变化,发现太阳的引力的确会使星体的光线发生弯曲。
   
        对于时空旅行来说,广义相对论出现后产生的最重要影响就是提供了允许回到过去的虫洞理论。按照《时间简史》中霍金对虫洞的描述,它是沟通宇宙之间的细长的时空管道。虽然虫洞被形象地描画出来,但它其实只是一个数学模型。关于它的各种设想都可以被视为是对爱因斯坦引力场方程的不同的解答。1935年,爱因斯坦和罗森在论文中根据场方程推出的通道,被称为爱因斯坦-罗森桥。在论文里这座桥是无法通过的,当宇宙飞船想通过桥的时候,桥就会断裂。但1949年,奥地利数学家戈德尔通过计算发现,其实在某些特定的情况下,桥不会断裂,广义相对论是允许人们可以回到过去的,这也令爱因斯坦非常吃惊。   
 
        江晓原介绍说,既然时空在理论上已经被证明是可能的,那么人们就会沿着理论的思路继续探讨,一个比较严重的问题是:如果我们能够进行时空旅行,我们能够回到过去的话,那么我们就可能破坏因果律。物理学家最早设想的例子就是所谓祖母悖论,说你如果回到过去,遇见了你的祖母,你不慎害死了她,这样你就无法出生了,不能出生当然就不会有你,既然你根本不存在,你怎么可能去害死你祖母呢?这样就构成一个悖论。   
 
        □平行宇宙根据霍金的解释就是时间旅行者回到过去改变历史后,时间线便出现了分叉,而分叉出来的时间线展开的是另一段历史,祖母在另外的历史中依然存在。   
 
        江晓原介绍说,平行宇宙理论最初是为了解决回到过去干预历史导致对因果率的破坏而提出来的。但是现在人们也可以从某些物理学上找到一些微弱的支持。   
 
        量子理论是现代物理学家用来研究微观原子世界的一套想法,它的核心观念是大自然在微观层次上是不连续的,这和牛顿经典力学的理论截然相反。1994年3月,牛津大学的大卫·多伊奇在《科学美国人》杂志发表了论文《时间旅行的量子物理》,对时间旅行的物理上的可能性进行了阐述,他认为这种可能性是以量子力学的“多世界”理论为基础的。在亚原子的世界里,量子的不确定性占主导地位,一个电子撞击一个质子既可能转向左边也可能转向右边,而这种不确定性很可能造成了宇宙的多重性,根据“多世界”理论的解释,宇宙从一开始起就有无穷多个平行的世界。   
 
        似乎有了平行宇宙的概念,时空旅行改变历史的问题由此可以得到协调和解决,因此现在可以看到,在越来越多的描写穿越时空的电影中,频频使用平行宇宙的观点来修补出现的逻辑矛盾。而有了平行宇宙的概念,时间机器更可以大胆前进了。   
 
        江晓原认为,虫洞是现在大家能够想象到的进行时空旅行的最便捷的手段,理论上宇宙中可能存在某些虫洞,但是我们现在没有找到发现它的途径,事实上没有任何途径发现过,只是在理论上说宇宙中是存在某些虫洞的。如果我们适当地利用虫洞,我们就有可能进行宇宙时空旅行。我们就有可能在一些不同的平行宇宙之间穿越。另外一条途径是设想用人工来制造一个虫洞,物理学家也已经对这个问题做过设想。这些设想已经模糊了科学和幻想的边界,实际上它就是科学幻想和物理学的纯理论探讨的一个混合物,这种建造一个人为的虫洞在物理学家的理论中是纯粹的想象,目前没有技术手段能够达到。   
        时间旅行也许在下一代可以实现,也许永远只是个梦想。   
 
        威尔斯则在《时间机器》的结尾这样写到:人们除了惊叹别无选择。
 

 
附录:
 
一、
 
既然 “波粒二象性”能够被证实,“穿越时空”应该也会实现。

那时候可能不是 时空位置 的变换,却仅仅是波动状态的改变。

“波粒二象性”的概念:

波粒二象性(wave-particle duality)是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中,研究对象总是被明确区分为两类:波和粒子。前者的典型例子是光,后者则组成了我们常说的“物质”。1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射试验所证实。

二、
 
"为了解释著名的“祖母悖论”,提出“平行宇宙”的概念,这就是霍金的“平行空间理论”: 时间旅行者回到过去改变历史后,时间线便出现分杈,分杈的时间线展开的是另一段历史。然而,如果我们能够回到过去,就可能破坏因果规律。"

别说是达到光速了~就连超音速飞机进行过载转向飞行员都有可能因加速度而晕眩甚至死亡.
玩过比较好的飞机模拟游戏吗?飞机快速地俯冲,飞行员出现“红视”(就是眼前一片红)

当负荷载过高时产生红视,以约2G加速度开始.   
负加速度同正加速度相反,惯性力把血液从足部推向头部,使头部形成高血压。飞行员会感觉戴上了一幅红色眼镜,周围成了一片红色世界,就是飞机改出后,飞行员脑仍会感到刺痛,脸胀,睁不开眼。在负3G时,有些人就可能出现红视现象,负4G时,头部青筋暴起,看一个东西会变成两个,甚至什么也看不见。负4.5G时,精神可能错乱,甚至昏迷,常人只能忍受负3G5秒钟,头部和心脏的水平高度差越大,人越难受,也越容易出现红视,红视较黑视更危险,但飞行中剧烈的负加速度过荷比较少,因此红视并不多见。
 
三、
 
“恒星系或称星系,是宇宙中庞大的星星的“岛屿”,它也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。到目前为止,人们已在宇宙观测到了约一千亿个星系。它们中有的离我们较近,可以清楚地观测到它们的结构;有的非常遥远,目前所知最远的星系离我们有将近一百五十亿光年。”
-----------引自百度百科之星系概念

 
  

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