引力波的出现是否能让人类穿越时空到未来或者过去?
引力波的出现是否能让人类穿越时空到未来或者过去?要探索这个问题,你必须先有耐心了解“时间旅行”相关内容。
从科学的角度来看,时间旅行在牛顿的宇宙中是不可能的。在牛顿的宇宙中,时间是被视作一支箭,一旦射出就永远不能向后折回。地球上的一秒钟在整个宇宙中都是一秒钟。这一构想被爱因斯坦推翻。他证明时间更像是一条蜿蜒过宇宙的河流,在恒星和星系中蛇形而过时其流速会加快或减慢。因此,地球上的一秒钟并不是绝对的,当我们在宇宙中各处旅行时,时间各不相同。
根据爱因斯坦的狭义相对论,火箭移动越快,它内部的时间流逝越慢。科幻作家们推迟推测,如果能打破光障就能回到过去。但这是不可能的,因为要达到光速,必须具有无穷大的质量。光速是所有火箭的终极障碍。
但是,去到未来的时间旅行是可能的,并且已经被用实验证明了数百万次。《时间机器》的主人公去往遥远未来的旅程其实在物理学上是可能的。比如说,如果一位宇航员以接近光速的速度移动,假定他会花费1分钟到达最近的恒星,地球上的时间已经流逝了4年,但是对他而言仅仅过去了1分钟,因为火箭内部时间会减速流逝。因此,根据地球上已经经历的,他就已经旅行到了未来的四年之后。
因此,能将我们带到未来的时间机器符合爱因斯坦的狭义相对论。但是回到过去呢?
爱因斯坦的方程允许很多种时间机器存在(然而,它们是否能经受量子理论的挑战仍不确定)。
第一种时间机器包含了一个虫洞。爱因斯坦方程有许多连接了空间中两个相距遥远的点。但是由于空间和时间在爱因斯坦理论中密不可分地相互纠结,这同一个虫洞也可以连接时间中的两个点。掉入虫洞,你可以(至少在数学上)游历到过去。可以想象,你随后能够回到开始的那一刻,并且遇到离去之前的你自己。
另一种时间机器包括一个旋转的宇宙。假如宇宙旋转的话,那么如果你在宇宙中以足够快的速度移动,你或许会发现自己身处过去,并且到达了自己出发之前的时间。因此,一次环绕宇宙的旅行也是一次回到过去的旅行。但是宇宙的净转动可能是零,否则,时间旅行或许会很平常,历史会崩溃。
第三,如果你绕着一根无限长的、旋转的圆柱走,你可能同样会发现自己回到了自己离开之前。然而,这一方案的问题在于圆柱必须是无限长的,并且旋转的非常快,以至于大多数材料会被飞甩出去。
时间机器最有前景的是“可穿越的虫洞”,一个时空中的洞,在其中人可以自由地在时间中前进和后退。“可穿越的虫洞”关键是负能量,这一方案面临难以克服的问题,虫洞可能会很小,比一个原子还小得多,金属板可能必须向内收紧到普朗克长度的距离,以制造足够的负能量。
困扰物理学家的穿越虫洞旅行的一切问题(比如,虫洞的稳定性、可能杀死人的辐射以及进入虫洞时虫洞会闭合)都集中于视界,那正是爱因斯坦理论失去意义的地方。
因此,理解时间旅行的关键在于理解关于视界的物理,只有一种万物至理才能解释它。这就是为什么如今的大多数物理学家认同明确解决时间旅行问题的唯一方法就是提出一种引力和时空的完整理论。万物至理会联合宇宙中的四种力(万有引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用),并且使我们能够估计出当我们进入时间机器时会发生的情况。即便如此,我们可能还须等上几个世纪甚至更久,才能等到一台机器来测试这些理论。
引力波最重要的意义在于,人类从过去到现在所有对自然界的观测,包括天文观测,主要依赖于电磁波,也就是雷达或者光学波段的电磁波对未知世界进行探测。而有了引力波以后我们就对自然界多了一种探测手段,这是一个质的差异。引力波的探测有可能使我们了解到更丰富的有关于黑洞、中子星等等这些天体在发生一些现象和剧烈变化时的时空变化,所以说它对于了解物质世界是非常有用的,在未来一段时间内会有很大的发展。星际穿越是科幻小说中的情节,真实情况不一定像小说中那么戏剧化,但可能这里头也有很密切的联系,对这些东西的探求可能会有非常有意思的物理规律,就是有可能找到引力和时空的完整理论――万物至理(统一场)。稳定的“可穿越的虫洞”可能会成为现实。
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