技术:爱因斯坦世纪：相对论允许回到过去

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复印来源:《全球科学》杂志

1895年赫伯特？ 乔治？ 威尔士( h.g )。 wells )发表了他的第一部小说《时间机器》( the time machine )。 这时，维多利亚女王结束了她对英国60年的统治还没几年。 而且是一个历史更久的王朝，也就是走向衰退，具有200年历史的牛顿物理时代。 1905年，艾伯特？ 爱因斯坦发表了狭义相对论，艾萨克？ 牛顿( isaac newton )的理论遇到了很大的麻烦，威尔士对此很高兴。

在爱因斯坦的理论中，牛顿构建的世界上不可能发生的事情大多迎来了去未来的时间旅行等转机。 在牛顿的宇宙中，时间在任何地方，任何时间都是恒定的。 既不加速也不减速。 但在爱因斯坦看来，时间是相对的。 时间旅行不仅是可能的，可能和威尔士想象的完全不同，但实际上发生了。

作为美国、美国，以时速、、速、速度速度、时速、时速的速度，地球是各种各样的。 。 。 。 进行。 。 也

顺便嘻嘻嘻地笑着回到地球时，他才10岁，但遗憾的是，他认识的所有人都已经去世了。 地球上一千年过去了，那时地球就3015年了。 戈特说:“我们已经知道了。 我们可以飞向未来。 这是钱和工程技术的问题。

虽然在实践中存在很多困难，但向前推进几纳秒(甚至几个世纪)是非常直观和容易理解的。 但是，回到过去是很少见的。 最初爱因斯坦狭义的相对论禁止穿越过去，经过十多年的努力，当他发表广义相对论时，理论中消除了回归过去的限制。 但是，如何使人回到过去仍然是一个非常棘手的问题。

广义相对论方程有很多解，不同的解赋予宇宙不同的性质，只能在某种特定的解中创造出只能回到过去的条件。 目前还不清楚有没有正确解释我们宇宙的解。 这个问题还引出了一个更深入的研究课题，即在基础物理行业不做多细致的调整就不能回到过去。 即使爱因斯坦的理论不禁止我们回到过去，我们的宇宙本身也会以某种方式阻止这样的旅行吗？

物理学家一直在考虑这些问题，不是因为他们想象着某一天的时间段会成为现实，而是考虑到时间段的可能性，我们对于自己居住的宇宙，比如最初是怎么产生的。

不同的时间

威尔士前瞻地认为，我们生活在三维空间和一维时间交织的四维时空中。 爱因斯坦狭义的相对论在某种程度上使威尔士高兴以延长时间。 当时爱因斯坦在研究什么呢？ 首先，尽管所有的运动都是相对的，在宇宙的任何地方，对任何人来说物理法则都必须是一样的。 第二，从其中一个参考系注意到，光速必须是不变的:如果每个人都看到同样的物理法则在工作，他们测量光速时，一定会得到同样的结果。 基于这两点爱因斯坦取得了突破性的成功。

为了使光速成为普遍的速度限制，爱因斯坦必须抛弃两个常识性的概念:对于给定的长度，所有观测者得到的观测结果对同一所有人来说，时间流动的速度是一致的。 他解释说，如果时钟快速通过静止的人，运动钟就会比这个身体旁边的静止钟慢。 而且，快速运动的尺子，长度也会变短。 对以与钟表和尺子相同的速度运动的人来说，时间的推移和尺子的长度是正常的。

低速运动时，狭义相对论的时空扭曲效应可以忽略不计。 但是，对于运动速度接近光速水平的物体来说，这种效果是实际存在的。 例如，多个实验证明，μ介子( muon )这种不稳定的粒子以接近光速的速度运动时，衰变速度会变慢1位数。 缩小缩小缩小美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国

第五，数学什么说明不解释的范围，有名的不完全( tincomenestheorems )的创立。 。 (4)中，定义了不用数学说明就无法说明什么的范围。 。 。 。 。 。 。 。 但是他

物理学家把这个时空轨迹称为“闭合类时曲线( closed timelike curves )”。

在时空中，一个闭类的时间曲线可以是任何能够返回自身的路径。 在哥德尔的旋转宇宙中，这样的曲线像地球表面的纬度线一样包围着整个宇宙。 物理学家已经设计了许多不同类型的闭类时曲线，至少在理论上，这些曲线都允许回到过去。 但是，沿着任何曲线的旅行看起来都很平凡和失望。 从宇宙飞船的舷窗可以看到恒星和行星等宇宙空间的罕见景象。

更重要的是，在这次旅行中，你自己的表时间以通常的速度前进。 回到过去的时空位置，但钟表的指针不会因此反转。 朱利安？ 酒吧( julian barbour )是独立的理论物理学家，住在英国牛津附近。 “1914年爱因斯坦注意到封闭类的时间曲线可能存在。 ”。 我是。

酒吧先生说，爱因斯坦说“我的直觉强烈反对它”。 这样的曲线的存在会给因果带来各种各样的问题。 如果事情已经发生了，过去怎么能改变呢？ 还有一个老祖父的悖论。 如果祖父在见到祖母之前杀了祖父，这个时间旅行者会发生什么呢？ 这个疯狂的旅行者还会出生吗？

幸运的是，对任何因果论的爱好者来说，天文学家现在都没有发现宇宙在旋转的证据。 东西，东西，东西

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也卡罗尔说:“首先，要得到虫洞需要负能量。” 空间的能量是自发变动的，小于零就会产生负能量。 如果没有负能量，虫洞的球形入口和四维通路就会瞬间向内侧坍塌。 关于在负能量的支持下保持开放状态的虫洞，卡罗尔说:“看起来非常困难，不可能。 物理上负能量也是坏事。”。 即使负能量一直开着虫洞，如果想利用它制造时间机器，卡罗尔说:“粒子通过虫洞，每个粒子无限地来回移动。” “会产生无限的能量”。 巨大的能量使时空变形，使整个虫洞收缩成黑洞(时空中无限致密的点)。 卡罗尔说:“我们并不是百分之百确信，但非常有可能。 其实宇宙通过制造黑洞来阻止时间机器的制造。 ”。

与广义相对论产生的自然物(黑洞)不同，虫洞和封闭等级时的曲线是人为构建的，是用于测试理论边界的形式。 卡罗尔说，关闭班级时曲线的生成非常困难。 即使虫洞在现实环境中不顺利，符合广义相对论的事实也有重要意义。 “我觉得很奇怪。 打扫时间旅行离开家只有一步，我们做不到。 这也有点不甘心，”卡罗尔说。

更令人生气的是，爱因斯坦美丽的理论允许存在几乎不可能的事件。 但是，仔细考虑这些动摇的可能性，物理学家可能会更深入地理解我们居住的宇宙。 也许，如果我们的宇宙不允许穿越过去，那可能就不存在了。

宇宙是自己出生的吗？

广义相对论以最大尺度表现宇宙，量子力学提供原子尺度下的证明。 而且，量子力学为闭合时的曲线提供了另一种可能的情况即宇宙起源的时候。 威斯康星大学密尔沃基分校的物理学家约翰？ 弗里德曼( john friedman )说:“在非常小的尺度( 10-30 )下，时空拓扑有可能产生波动，如果没有基本水平的理论障碍，则可能出现随机波动闭合的班级的时间曲线。” 那么，能以某种方式放大和控制量子波动，把它变成时间机器吗？ 弗里德曼说:“虽然没有确凿的证据证明在宏观尺度上不能拥有闭合类的时间曲线，但所有考虑到这些问题的人都不支持这样的看法。”

无论是量子尺度还是宇宙尺度，制作时空循环无疑都需要非常极端的物理条件。 2.1.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2

原来是啊，原来是啊，原来是啊，李李李我，这一个循环组成，成长为主。 """。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。

即使在也没用

剑桥大学的斯蒂芬？ 霍金( stephen hawking )和加利福尼亚大学圣巴巴拉( university of california，SantaBara )分校的詹姆斯？ 红心( james b )。 hartle )共同提出了宇宙凭空产生的模型。 量子力学表明，真空不是绝对的天空，而是充满虚粒子，这些粒子自发产生，同时迅速消失。 根据霍金先生和同事的理论，我们推测我们的宇宙也来自量子真空。 但是在戈特看来，宇宙应该不是从“虚无”中诞生的，而是从本身中诞生的。

新的比赛

现在还没有办法验证这些理论中哪个能真正说明宇宙的起源。 有名的物理学家理查德？ 费曼( richard feynman )把我们的宇宙比作上帝之间举行的国际象棋比赛。 他说科学家们不知道规则就试图理解这场比赛。 看到上帝让士兵向前移动一个，我们学到了一个规则。 士兵只能向前移动一个。 但这是因为我们从没见过比赛的开始。 因为那时你没见过士兵能向前移动两步吗？ 我们也可能错了，假设士兵只能永远当兵。 他们永远不会改变身份。 直到我们看到士兵在后面。

“你可能会说那违反了规则。 不能退兵！ ”戈特说:“太好了。 其实很好。 你只是以前没看过那样极端的比赛。 时间旅行的研究恐怕也是如此。 我们通过看有点极端的环境来测试物理法则。 关于过去的时间旅行，逻辑上没有任何限制，只是不适合我们熟悉或有习性的宇宙。 ”。 士兵一个人后可能只是相对论规则的一部分，哥特说:“我们的宇宙是怎么来到这里的，这很重要。”

这些疯狂的推测和想法比物理更接近哲学。 但是量子力学和广义相对论(强大而不直观的理论)现在有助于理解这个宇宙的所有理论。 “只要人们想把量子理论和广义相对论带到这个话题上，我想说的第一件事就是，他们并不真的知道自己在做什么。”纽约大学的科学哲学家蒂姆？ 还没有呢

桃子曾经至少是不行只是不行只是不行只是不行但是但是。 。 。 。 但是与其说人生不如说人生，不如说是活着从屋顶落下的重力，不如说是更现实。

不久也没什么大不了的

从局部效应来看重力和加速度是等效的。 因此，两者是同一现象的不同表现形式，即能够说明加速度和重力的“宇宙场”( cosmic )吗？ eld )。

接着爱因斯坦消费了8年，把这个自由落下者的思想实验改写成了物理学史上最美、最惊人的理论。 其间，爱因斯坦的个人生活也发生了很大变化，与妻子的感情破裂，一个人住在德国柏林。 他不是瑞士专利局的职员，而是成为了教授和普鲁士科学院( prussian academy of sciences )的会员，但后来他渐渐远离了瑞士科学院的同事。 因此，反犹太主义的浪潮正在高涨。

去年，美国加利福尼亚理工大学和普林斯顿大学共同将爱因斯坦的原稿文件插入网上，以便免费了解这一时期爱因斯坦对个人生活和宇宙观念变化的历史。 我们浏览文件时，1907年底爱因斯坦匆匆写下了《基于相对论的加速度和对重力的新思考》，似乎能感受到他当时的兴奋和兴奋。 但是，他以“几天后，他准备不正确、不严密、不清楚”为理由，拒绝了电气企业的交流电机专利申请”，爱因斯坦的愤怒和厌倦也在乱飞。

接下来的几年充满了戏剧性。 另一方面，因为爱因斯坦会在竞争对手面前尽快找到代表广义相对论的数学公式。 另一方面，必须在与分居的妻子会面财产和两个儿子的权力方面进行抗争。 到了1915年，爱因斯坦终于达到了事业的顶峰，提出了广义相对论完善的理论形式，永远改变了我们对整个宇宙的理解。

这个主题是新浪科学技术(科学探索频道)和《科学美国人》中文版《全球科学》独家合作发表的，本文复印件未经《全球科学》许可，请勿转载。