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时间旅行在万有理论下可行吗?

 时间:2019-11-23 15:17:18 阅读人数:3414


根据万物理论,时间旅行可行吗?

汤姆齐格弗里德汤姆齐格弗里德

在许多大学,通常是电视节目或电影中的大学,时间旅行并不比高峰时段在任何主要城市的市区开车困难多少。

在现实生活中,时间旅行并不容易。事实上,这可能是不可能的,一个比去爱丽丝梦游仙境、在彩虹尽头寻找黄金或清除facebook上所有仇恨言论更牵强的幻想。

然而时间旅行并不一定违反物理定律。在爱因斯坦的引力理论——广义相对论中,空间和时间被合并成了“步速”,这就允许有可能走回头路,回到过去,回到未来。这种路径被称为闭合时间曲线。

没有人认为广义相对论的时间循环对于时间旅行是可行的,即使它们是可能的。一方面,它们可能只在某些情况下存在——宇宙必须旋转,而不是膨胀——正如数学家库尔特·g·德尔在20世纪40年代指出的那样。但是宇宙正在膨胀,而且很可能没有旋转,这就抑制了重新回到石器时代或者获得宠物恐龙的前景。

此外,即使这种路径确实存在,建造一艘穿越它们的船也比所有德洛尔人(以及所有其他运输工具)制造的成本要高。它需要每秒140,000英里的巡航速度。由于没有地方停下来加油(或其他东西),油箱必须是油轮的一万亿倍以上。

所以实际上,时间旅行的时间还没有到来。但是,即使这只是原则上的可能,对宇宙基本物理的潜在影响也可能使我们值得花时间去研究它。

第一步是试图弄清楚物理的相关定律到底是什么。爱因斯坦的广义相对论很伟大,但无疑不是宇宙物理学的最后定论。毕竟,它与量子力学不自在地共存,量子力学统治着亚原子世界,而且据推测,因为一切都是由亚原子物质构成的,宇宙的其他部分也是如此。量子-广义相对论组合是否真的允许时间旅行,可能取决于将两者结合起来的最终正确理论是什么。

为了将广义相对论和量子力学合并成一个统一的理论,已经发展了几个候选理论。日内瓦大学的哲学家克里斯蒂安·wüthrich在一篇新论文中指出,这些候选人是否会像广义相对论那样允许时间旅行,这是一个悬而未决的问题。

他说,有可能取代广义相对论的理论在某种程度上仍然包含了广义相对论的时间循环。

尽管基本理论中存在时间循环,但仍不能保证它们会在现实生活中相关的大规模时空中得以保存。wüthrich指出,考虑到时间旅行根本不可能的严重可能性,预测时间旅行循环的存在可能会被作为反对这一理论的证据。

无论如何,研究量子引力理论是否保留了广义相对论的时间旅行漏洞可以阐明许多棘手的问题,这些问题对于发展一个成功的理论和理解它与广义相对论的关系是必不可少的。“仅仅因为这个原因,”wüthrich写道,“超越广义相对论的时间旅行问题值得我们花费时间。”

在许多宇宙中,通常在电影和电视剧中,时间旅行并不比高峰时间在任何大城市的市中心开车难。

在现实生活中,时间旅行不是那么容易。事实上,这很可能无法做到。它甚至比游览爱丽丝梦游仙境、在彩虹尽头寻找黄金或清除脸书上所有仇恨言论还要遥远。

然而,时间旅行不一定违反物理定律。根据爱因斯坦的万有引力理论——广义相对论——空间和时间融合成空间和时间,因此有可能形成一条可以回到过去和回到未来的道路。这种路径被称为封闭的类时曲线。

尽管广义相对论中可能存在时间闭环,但没有人认为它们适用于时间旅行。首先,正如数学家库尔特·哥德尔在20世纪40年代证明的那样,它们可能只存在于某些情况下——宇宙必须旋转而不是膨胀。但是宇宙正在膨胀,很可能不会旋转,这使得重访石器时代或者养宠物恐龙的前景变得暗淡。

此外,即使有这样一条路线,建造宇宙飞船穿越它们的成本也高于过去制造的所有德龙汽车(以及所有其他车辆)的总成本。它需要达到每秒140,000英里的巡航速度。由于没有地方停下来加油(或添加任何其他燃料),油箱的体积必须是油轮的一万亿倍以上。

因此,事实上,时间旅行的时机尚未到来。但即使这只是原则上的可能,它对宇宙基本物理的潜在影响也值得花时间去研究。

第一步是试图找出什么是相关的物理定律。爱因斯坦的广义相对论很伟大,但显然这不是宇宙物理学的最终结论。毕竟,很难与量子力学和谐共存,量子力学定义了亚原子世界的规则,由于一切都是由亚原子组成的,量子力学也可能定义宇宙其他组成部分的规则。量子广义相对论的结合是否真的允许时间旅行,可能取决于结合两者的最终正确理论。

为了把广义相对论和量子力学结合成一个统一的理论,出现了各种各样的候选理论。日内瓦大学的哲学家克里斯蒂安·乌得勒支(Christian Utrecht)在一篇新发表的论文中指出,这些候选理论是否能像广义相对论所允许的那样,允许时间旅行在某些情况下存在,仍然是一个值得讨论的问题。

他说,在某种程度上,取代广义相对论的理论仍然可能包含相当于广义相对论时间闭环的东西。

然而,即使时间闭环存在于基础理论中,也仍然不能保证它会被保存在对现实生活具有重要意义的大规模时间和空间中。此外,武特里指出,考虑到时间旅行确实是不可能的可能性,预测时间旅行闭环的存在可能被用作反驳这一理论的证据。

无论如何,一项关于量子引力理论在时间旅行中是否保留广义相对论漏洞的研究可以揭示许多棘手的问题。只有解决了这些问题,才能形成一个成功的理论,才能理解理论与广义相对论之间的关系。武特里写道:“光是这样,超越广义相对论的时间旅行问题值得我们花时间去研究。”(李秦风译自英国科学新闻网站9月20日的文章)

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