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关于时间引力的思考:时间穿梭的讨论

Abstract摘要

Travelling to the future is allowed by the rules; travelling back probably is not. From the constancy of the speed of light through gravitational time dilation to wormholes, the grandfather paradox and the closed loop in Dark — ending on the question of what time actually is.

The full text below is in Chinese.

或许大家都觉得时间穿梭不可能,比如你不可能穿越到过去,或者回到昨天。事实上,穿越到未来是可行的。根据爱因斯坦的广义相对论,引力越强(或者说时空弯曲越厉害),时间流逝越慢;还有狭义相对论的结论,速度越快,时间也会变慢。理论上宇宙上所有星球的时间都不相同,有的时间慢有的时间快。简单点解释:如果把你移动到超大的星球附近待一天,地球已经过了五年。

我在文章后面会尽量解释一下相对论,以及时间到底是什么。相对论概念里面有一个神奇的东西,就是光速——任何物体速度都不可能超过光速,并且光速是确定的三十万公里每秒。有意思的事情是,通过光我们可以观察到时间跨度很长的东西。

光速为什么神奇

相对论里面规定了一件事情:光速不变。光在任何介质下速度都是三十万公里每秒,不会变慢也不会变快。

现在我引入一个思维实验,思考一个问题:经典力学中运动是相对的,那运动中我发出一束光,它的相对速度会不会叠加或者减少呢?答案是不会。经典力学的速度叠加在光速上不成立。

假设你乘坐在一艘以接近光速飞行的宇宙飞船上,距离你前后相同距离的位置各有一艘飞船,但它们保持静止。那么在飞行过程中,前后两艘飞船同时向你发射一束光,猜猜你先收到哪一艘飞船的光?

按照经典力学思维,我们会觉得自己的飞船在向前走,缩短了前方光所走的路程,所以前方的先到。事实上是同时收到。

光速特别神奇,可以说光是一个能够跨过时间的东西。比如说,你可以通过技术看到地球还没诞生前宇宙的样子——在宇宙中只要是距离大约三十多万公里外的地方,你现在所看到的都是它以前的样子。太阳光照射到地球需要八分钟,意味着我们现在看到的太阳是八分钟前的样子,它现在什么样子,得等未来才知道。

相对论为什么是那样

广义相对论:质量越大引力越强(或者说时空弯曲越厉害),时间流逝越慢。狭义相对论:速度越快,时间也会变慢。

回到过去可能吗

由于宇宙所有物质的时间都在往时间线的一个方向走,我们如果技术达到,最多只是减缓时间流逝。所以通过普通星球的引力和接近光速的运动,都不能实现回到过去。那有没有另一种东西,可以跨到另一个样子的宇宙——虫洞。

黑洞是什么,虫洞是什么

黑洞是一个质量巨大、但从空间上看只有一个点的东西,我们称它为奇点。根据爱因斯坦的广义相对论,质量越大引力越大,黑洞周围的引力极强,理论上待在黑洞周围你的时间会很慢。但黑洞也很恐怖,没有人知道黑洞里面是什么,因为它的空间只有一个点——或许会被粉碎,或许是去另一个世界的通道。黑洞是一个连光都逃不出来的地方。

虫洞是爱因斯坦假设出来的东西,是一个能连接不同时空的隧道。复杂的是这个宇宙是一个四维世界,我对这方面没有太多深入。有人假说黑洞就是虫洞,因为它像是一个通道,但没人能够证明。

回到过去可能吗?哲学家反对这个,因为这存在一个祖父悖论。如果你真的回到过去,在过去这个维度下,最坏情况下你干预了你的人生,或者是你父亲的人生,那么到现在这个维度、或者说未来的维度,就没有你的存在——那么你现在是怎么回到过去的呢?

我看过一部德剧《Dark》,是奈飞出品的影视剧,讲的是时间穿梭带来的伦理道德问题。有个离谱的点是:我邻居未来的儿子,是我现在的父亲。解释一下就是——在未来那个维度,邻居的小孩出生了,闯入虫洞去到了过去的时间维度,结识了我母亲,结婚,然后在现在这个维度有了我。那部剧中还有更多复杂的伦理内容,我说的只是一部分。也就是说,当时间穿梭成为可能,会形成一种可怕的循环:未来可以影响过去,过去又影响未来。现在你想打破循环,于是你不断穿越时间试图打破它,然后你发现——打破循环就没有你。

时间是什么

残酷地说,生物意义上,时间只是你衰老死亡的速度。但到了哲学意义上:如果时间是虚拟的,世界的时间是可以操控的,那人类的未来是什么?生物的意义是什么?如果一切都是虚拟的、都是被安排好的,那么我们做这一切有什么意义?