空间弯曲 时间倒流 高一研究性学习

【专家解说】：根据相对论T=T/根号下（1-(C/V)2) 我们只知道速度接近光速可以使时间变慢。 我的推理是，超光速后回到得不是过去，而是和过去同一时间轴的平行世界。你可以接触过去的实物，但你所作的一切将不会对你本来世界未来有所影响，因为你改变的只是出于同一时间州的另一个平行世界。 当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”这 个字眼时，恐怕是会感到困惑的，真空怎么能是弯曲的呢？ 你怎样能使它弯曲起来呢？ 为了弄明白这是怎么一回事，先让我们这样想象：在一 艘宇宙飞船里，有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星 的表面完全被深深的海洋覆盖着，因此有着象台球那样的光 滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正 东方向行驶着。 现在再进一步设想一下，这位观察者根本看不见这颗行 星，而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时，他 会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的 出发点，从而描绘出一个完整的圆周。 如果这条船改变路线，航道就会变得弯弯折折的，不再 是个简单的圆周。但是，不管它怎么改道，无论它怎么行进， 它的航线总是在一个球面上。 根据所有这些事实，这位观察者可能会推断出，这条船 被束缚在一个看不见的球体的表面上，而束缚它的力正是指 向球体中心的重力。要不，他就可能会认为，这条船被限制 在一块特殊的空间里面。这块空间是弯曲的，而且弯曲成一 个球形，从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说，我 们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择。 你大概会认为这是一种想象出来的局面，但实际上并非 如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的，正象 一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线， 我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的，正是这种 引力使地球保持在它的轨道上。 不过，我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不 是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察 物体在这种空间里的运动方式，来确定这种空间的几何形态。 如果空间是“平坦的”，各种物体就会走直线从这个空间中 通过，如果空间是“弯曲的”，各种物体就会走出弯曲的路 线来。 一个具有确定质量和速度的物体，如果在离开其他质量 都很远的地方运动，那么，它的路径真的可以说是一条直线。 而当它走近另一个质量的时候，它的路径就会变得越来越弯 曲，显然，是质量把空间弯曲了。质量越大，离质量越近， 空间弯曲的曲率就越大。 把万有引力看作是一个力，看来要比用空间几何形态去 解释它方便得多，也自然得多。但是，如果在考虑光的行进 时，情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点，光是不受重力 影响的，因为它没有质量。然而，当光在弯曲空间里穿过时， 它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来，它在太阳这 个巨大质量的附近经过时路径的弯曲就能计算出来了。 1919年，爱因斯坦的这一理论（发表于三年之前） 在一次日蚀期间受到了检验，人们把太阳位于空间某处时靠 近太阳的某些恒星的位置，与太阳不在此处时这些恒星的位 置进行了比较。结果，爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空 间来讨论万有引力，看来要比用力学术语更为精确。 不过，我们还应该提一下，1967年，人们对太阳的 形状所进行的精密测量，发现爱因斯坦的引力理论出了问题， 今后将会发生些什么情况？还得等着瞧。 事实上,对于"我们能否回到过去?"这个问题并没有定论,因为目前无论是在理论或实际上都没有达到成熟,只是一些科学家们在猜测. 近年来欧洲原子能研究中心的科研人员发现正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性。这是物理学史上首次直接观测到时间不对称现象，更直接地证明了时光可以倒流。美国贝尔实验室（Bell Lab）也曾经于实验中在亚原子程度下获得过同样的验证。 另一方面，对于人类的某些超异常“预感”能力（譬如著名的埃德加·凯西预言）的不解之谜，同样也必须建立在“时间倒流”理论的基础之上才能在科学上得以合理性的解释。预知未来的能力的实质就是捕获跨越时空的信息（的能力），而任何信息的传递都需要以物质作为媒介物。既然信息可以从未来时空“回到”现在，那么作为媒介物的物质本身也应该可以。 其次，在理论上“时间倒流”也同样具备了一定的条件。要达到“时间倒流”有两种方式：一是超光速，二是“虫洞”（Wormholes）。 按照爱因斯坦那个著名的能量质量关系式E＝mc2，穿越时间隧道从现在回到过去完全是可能的。1905年，爱因斯坦在“狭义相对论”中这样解释一个“奇异”世界：我们所处的宇宙可以看成是一个四维时空，随着物体运动的速度增快，时间流程将会变慢，空间尺度将会缩短。1915年，爱因斯坦进一步提出他的引力理论，叫作“广义相对论”。同样在这个“奇异”世界中，在大质量物体（即强大的引力场）作用之下，时空结构会发生弯曲，时间流程也会变慢。一维时间可以像三维空间一样发生弯曲。1974年在美国杜兰大学的提普勒（Frank J Tipler）就曾做过计算，一个质量很大、无限长的圆柱体，若沿着轴心以接近光速自转，便可让航天员造访他自己的过去；同样的，这也是拖着光线绕着轴，以封闭曲线运动。1991年，美国普林斯顿大学的戈特（Richard Gott）则预测，宇宙弦（宇宙学家认为这种结构是在宇宙大爆炸初期形成）可以造成相似的结果。科学家们研究发现：当宇宙飞船经过重力场时，把重力场的拉力转换成推力，宇宙飞船在那段时间内，便可以以光速甚至超光速飞行。美国航空航天局（NASA）的专家们已经创立了“时空场共振理论”，这是以爱因斯坦和德国物理学家海森堡的“统一场论”为基础建立的。其要旨是：借助电磁、重力、光速和时空共同演变的伸缩性，瞬间跨越时光。但是，就算真能超光速，狭义相对论也提到物体运动速度越快、长度变得越短，越趋近光速、越为显着，此为“罗伦兹收缩”；而“广义相对论”也提到，趋近光速会受到强大潮汐重力场的作用。当到达光速时，换作是人的话，恐怕早已不成人形了，不用说超光速了。 所以说，另一方面“虫洞”就显得更为合理了。 在广义相对论发表后不久，1935年爱因斯坦就在理论上发现了“虫洞”--也就是由两个相连的“黑洞”所构成的时空结构中的“豁口”的存在--一条贯穿空间和时间的隧道。也就是说，只要能够建造一个稳定的虫洞，就可以跨越时间和空间。数学家把这种情形称作“多连通空间”（multiply connected space）。但理论家一直未搞清，虫洞仅允许光线通过？抑或飞船也能穿行？到了1988年，美国加州理工学院的桑恩和摩立斯终于得出了结论：虫洞的两端皆可出入，并非像黑洞那样是一种单向通道，只进不出；再者，旅行者在虫洞内仅受到一般的拉力，不像在黑洞中。并且，该大学柏克莱分校的吉普·索恩（Kip Thorne）教授还提出：光找到这样一个“虫洞”还不够，还必须使它的开口时间足够长，这样才能让人有足够的时间钻入它。因为根据量子理论，这个虫洞在强力的作用之下，将于瞬间关闭。有一种假设是利用开斯米效应（Casimir effect）等量子方式向“虫洞”里灌输反物质（Otone），这样就可以延长虫洞开启的时间。并且，同样利用反物质将其“扯大”，钻出一条长度约为一光年的“时间隧道”。这样一条“时间隧道”，便是由“现在”通往“过去”的“快捷方式”。这需要融合爱因斯坦的“广义相对论”和量子力学理论，创造出一个全新的量子引力论。著名的洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Lab）的科学家已在如何利用虫洞方面进行开拓。他们对反物质有了更深的研究：一直以来，这种奇怪的反物质只存在于理论之中，而今他们已成功地证明，反物质也存在于我们的现实世界之中。并且得出结论：虫洞的超强（引）力场，也一样可以通过反物质来中和。（“正物质”和“反物质”有一很有意思的差别，前者拥有“正质量”，能产生能量，后者具有“负质量”，却可以吸去周围的能量。）而实际建造一个虫洞要分3步：第一步，寻找或建立一个虫洞，开辟一个隧道用来连接太空中两个不同的区域。第二步，使虫洞稳定下来。由量子产生的负能量，虫洞便允许信号和物体安全地穿越它。负能量会抵制虫洞变为密度无穷大或接近无穷大。换句话说，它阻止了虫洞演变成黑洞。第三步是牵引虫洞。一艘具有高度先进技术的宇宙飞船将虫洞的入口互相分离开。如果两个埠都放置在空间中合适的地方，那么时间差将保持恒定状态。假设这一差值是10年，一名宇航员从一个方向穿越虫洞，他将跳到10年后的未来，反之，宇航员若是从另一方向穿越虫洞，他将跳到10年前的过去。这听起来像科幻，但已是一个美国宇航局拟资助的真实的研究项目。 甚至还有物理学界权威认为，在我们这个世界里虫洞就可能以普朗克长度（约10-33公分）这种极微的尺度下自然存在。虽然这只有原子核的1/1020那么小，但在理论上，这么小的虫洞，只需要一束能量脉冲便可将之稳住，接着便可将它膨胀到可资使用的大小。因此，如果已经有某个超文明可以驾驭它的话，那么甚至完全可以在地球表面某一特定区域建造。1979年, 美国和法国科学家利用仪器，在百慕大魔鬼三角附近海底发现了金字塔。其由特殊材质所造，塔底边长约300米，高约200米，塔尖离海面仅100米，比埃及金字塔大得多。塔下部有二个巨大的洞穴，海水以惊人的速度从洞底流过这里。也就是说，迄今为止人类在地球上所发现的最大的金字塔位于同处于北纬30度的百慕大三角，这就足以证明百慕大魔鬼三角与埃及金字塔之间存在着让人意想不到的密切联系。从另一方面来考虑，如果未来文明出现了由人工制造的时间隧道，那么必然从远古至未来在外层空间甚至地球表面某一特定区域存在着时间通道的入口。由百慕大三角区域所发生的大量飞机与轮船神秘失踪事件，并且恰好又有UFO以及USO频繁出没，因此完全有理由将此作为（时间通道入口的）最大嫌疑对象。 事实上，此处也的确发生过多起时空扭曲事件：1966年1月6日从阿鲁巴岛出发的“尤里西斯”号双桅帆船在百慕大三角神秘失踪，却于1990年突然出现在委内瑞拉加拉加斯市郊的海滩上，船上的三个水手的年龄和生理状况跟24年前并无差异；1955年一架飞越百慕大三角海区时失踪的飞机于1990年完整无损地飞回原定目的地机场，其中一名飞行员的出生证表明他现在已有77岁，但他看起来只有40出头；1954年由洛根和诺顿所乘坐的热气球在魔鬼三角地带神秘失踪，经多方查找，仍无下落。1990年春在古巴的春季热气球比赛中，那只失踪36年的热气球在消失处又突然出现……） 假如技术上的诸多难题都被克服了，时间机器的生产将会打开充满悖论的潘多拉盒子。关于跨时间旅行最后还有一个悖论至今没有人可以解决。举个例子来说，如果一个人真的“返回过去”，并且在其母亲怀他之前就杀死了自己的外祖母，那么这个跨时间旅行者本人还会不会存在呢？对于“外祖母谬论”，现今最受物理学界所推崇的解决方案是“多重宇宙”理论——世界不是只有一个，而是有许多平行的世界。1957 年物理学家 Hugh Everett 根据量子力学提出“多重世界理论”，认为宇宙从“大爆炸”开始的演化过程上，如分叉路般不断地分裂为二，歧异点是某件关键事件引起的量子转移，而分出的世界便产生差异，成为多重“平行世界”或“等次元宇宙”。（迄今为止，在理论上又可分为三类：量子力学多宇宙体系、广义相对论多宇宙体系、涡流增压多宇宙体系。）并且，近年来物理学家Stephen Hawking 又指出：无数个宇宙通过“虫洞”相互连结。你回到过去，但那不是你自己的世界，而是和你的历史相似的等次元宇宙。这样，即便你打死了自己的外祖母，她在那个世界也的确死了，但当你回到未来时，她依然活得好好的。但是，如果真是这样的话，那么大量的有关时间倒流的事实证据也就无从解释了。要解决此矛盾，需要创造一个全新的假设——“镜子理论”。打个比方：我们单凭自己的肉眼就能直接看到自己身体表面的大部分部位，但是不通过镜子是永远也无法看到作为产生（自己）视觉感观的物质基础的（自身的）头部，之所以无法看到自身头部是由于视线受到了空间上的限制。同样道理，所谓的“镜子”代表了与历史相似的“等次元空间”；而“头部”即代表了历史中自己的祖先以及过去的自己（作为构建了“现在的自己”存在因素的物质基础）。也就是说，通过“时间倒流”，时间旅行者的确能够回到真的历史中，但由于受到了时空上的限制，时间旅行者是永远也无法与历史中自己的祖先以及过去的自己发生直接的接触与联系的。谋杀自己的外祖母只能在“等次元空间”中存在。因此：由于过去的物质，现在的物质，将来的物质在某些性状的本质上是有所区别的。时间旅行者一旦即将与历史中自己的祖先以及过去的自己发生接触，那么作为时间旅行者本人在我们这个世界的历史中所存在的因素就将消失，就像百慕大魔鬼三角突然神秘失踪的轮船和飞机那样，而只能存在于“平行宇宙”中。 这样，既解决了“外祖母谬论”，同时又为远古地球的确受到过未来文明影响提供了理论基础。