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時間旅行能成為現實嗎?科學家們為此做了哪些努力?

時間旅行是每個人都有過的想法。也許妳想回到過去,試著改變壹些事情。很多現代科幻電影都涉及到了時間旅行,也有很多受時間旅行啟發的文學作品。

然而,時間真的可以倒退和前進嗎?如果能實現,我們該怎麽做才能把它變成現實?

很難想象時間旅行會成為現實。長期以來,許多科學家,尤其是天體物理學家,壹直在思考這個問題。很難想象時間旅行真的可能實現。

首先,我們不能回到過去是令人失望的,但是有壹些理論表明從時間跳到未來是可能的。

愛因斯坦曾提出狹義相對論。雖然很多人認為時間是固定的,但是愛因斯坦證明了時間是壹種假象,是相對的。

根據觀察者在空間中的速度,時間會發生變化。狹義相對論的內容很難想象,因為它與我們的日常生活關系不大,但其他科學家也證實了這壹理論。

按照這個理論,空間和時間其實是壹個事物的不同方面,這個事物就是“時空”。任何穿越時空的東西都不會超過每秒30萬公裏的極限,也就是空間中的光速。

回到時間的幻覺,狹義相對論認為,當妳穿越時空時,會發生意想不到的事情。和別人相比,妳的時間會過得更慢,只有回到這些人身邊,妳才會發現這個事實。

比方說,妳現在15歲,在接近光速的飛船裏度過了五個生日。等妳20歲回到地球的時候,那些和妳同齡的學生,都已經到了65歲,退休在家過著安逸的生活了。

原因是妳的時間過得比較慢。妳只用了5年,而妳的同學用了50年。但是愛因斯坦的廣義相對論提出了另外壹個東西,就是引力可以彎曲時間。假設壹個四維空間結構,任何有質量的東西附著在這個結構上,空間表面就會出現凹痕,這就是時空的彎曲。

彎曲的時空會讓物質繞著彎曲的軌道運動,而這個彎曲的時空就是我們常說的引力,那麽如何才能穿越時空呢?

壹種可行的策略是蟲洞,即愛因斯坦-羅森橋,它起源於愛因斯坦和科學家納森·羅森在1935年提出蟲洞的存在。

雖然到目前為止還沒有人被發現,但是許多科學家已經提出蟲洞可能存在。其中,史蒂夫·霍金和基普·索恩最為著名,索恩甚至為諾蘭的《星際穿越》做過理論顧問。

那我們假設蟲洞存在。80年代後期,索恩有可能提出把蟲洞做成時光機的想法。根據愛因斯坦的廣義相對論,蟲洞可能像空間中的橋梁壹樣,將兩個遙遠的點拉近。

從理論上講,某種類型的蟲洞可以以任何方向穿越時間,只要蟲洞壹端的速度接近光速,然後反向回到原來的位置,另壹端保持不變,我們就可以得到這樣的結果。

由於時間延遲的影響,與固定端相比,變化端的時間會變慢,但蟲洞很難把握,容易造成各種邏輯悖論。

比如壹個人走過蟲洞,就能看到壹分鐘前的自己。如果他用蟲洞射殺了早先的自己,現在他死了,是誰射殺了他?

回到時間延遲的話題,國際空間站上的時鐘比地球上的慢,因為空間站運動速度很快,受重力影響較小,時間過得更快,這也是地球上的時鐘不完全準確的原因。

由於時間延遲,越靠近地表,時間越慢。可以說每個進入太空的人都是時間旅行者。

通過觀察導航衛星,我們可以更好地理解時間延遲的原理。平時我們手機裏的GPS芯片是由太空中繞地球飛行的24顆衛星來操作的,衛星在標記位置的時候會根據收發信號的時間來定位。

然而,在設計這個系統時,科學家發現GPS衛星上的原子鐘確實走得更快了。經過精確計算,他們發現自己每天少走8微秒,這幾乎察覺不到,但足以造成定位數據的嚴重偏差。

技術人員調整了太空中的時鐘,計算相對論效應的數據,發現問題不在於時鐘本身,而在於太空中的時間比地球上的時間過得快,這就是出現這種獨特現象的原因。

愛因斯坦認為物質會延緩時間,減緩時間的流逝。壹個物體的質量越大,越會拖延時間。正是這個驚人的事實為時間旅行的發展打開了壹扇新的大門。

在銀河系的中心,有銀河系最大質量的物質,壹個巨大的黑洞,大約是太陽的400萬倍。在自身引力的作用下,黑洞坍縮成壹個點。離黑洞越近,引力越強。壹旦接近壹定距離,光就無法逃逸。

像這樣的巨型黑洞對時間有非常明顯的延遲作用。與銀河系中的其他物質相比,它對時間的延遲要大得多,黑洞成了天然的時間機器。簡單來說,有壹定質量的黑洞就是時光機。

當然,這個理論沒有實際支持。相比蟲洞,黑洞更有優勢,不會造成邏輯悖論。但是黑洞非常危險,離我們很遠,即使在未來,也很難到達那裏。

幸運的是,還有壹種穿越時空的方法,這也是最有可能制造出時間機器的方法。

那就是要有非常快的速度,快到足以逃離黑洞的吸引。宇宙是有速度極限的,186000英裏每秒,也就是我們熟知的光速。沒有什麽能超過這個速度,這也是科學界公認的規律。

以光速移動,可以穿越到未來,比如科幻電影中常見的傳輸系統。假設有壹條軌道繞地球旋轉。當火車無限接近光速時,火車就變成了時間機器。

但是如果妳想接近光速,妳必須以非常快的速度繞著地面運動。由於物理規律的限制,火車很難達到光速。壹旦達到這個速度,火車上的時間會比世界其他地方過得越來越慢,就好像在黑洞附近壹樣。就這麽簡單。

如果想穿越到未來,只要速度夠快。人類歷史上最快的交通工具是阿波羅10,時速可達25000英裏。但是,如果要穿越時空,這個速度遠遠不夠。想要達到宇宙的極限速度,需要全速前進六年。

很明顯,時間旅行現在已經不可能了,人類也不太可能在這樣的旅程中存活下來,但是物理學是在不斷發展壯大的。量子力學理論的進展可能會為我們提供時空旅行中邏輯悖論的解決方案。即使時空旅行仍然不可能,它也可能解釋為什麽壹些粒子可以以超過光速的速度相互旅行。

至少目前時間旅行愛好者可以通過電影和書籍體驗穿越的樂趣。