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时间旅行可能吗

2017-09-04 14:23  来源: 十万个为什么

每个人每时每刻,都不断地从过去经由现在,走向未来。你是否想过,能不能用比别人更快的方式去未来旅行?比如说能不能现在就去看看1万年后的地球是什么样子?

漫游未来,在原则上是可能实现的。发现这一点,是狭义相对论的功劳。狭义相对论建立在两个假设之上:光速不变原理——光在真空中的速度对每个观测者都一样;相对性原理——不能探测绝对运动。

光速不变这样令人吃惊的事实,会导致令人吃惊的推论。让我们想象有一架“光子火箭”,正在以接近光速的速度与我们擦肩而过。这时,我们会发现,光子火箭上的时间变慢了!

 

时间旅行(艺术想象图)

 

为了弄清楚“钟慢”效应,我们来设计一种简单的“光钟”:光线在两面镜子之间反射,一个来回算作一个时间单位。假如光子火箭上有一只这样的光钟,那么我们发现光钟在运动,可是光的速度不变。于是光的路径变长,光钟的周期也相应变慢。进一步,相对性原理告诉我们,变慢的不仅是这只简单的光钟,火箭上的所有钟在我们看来都变慢了。否则,光子火箭上的乘客不向外看,只凭时钟速度的不同就能测出火箭的速度,这是与相对性原理矛盾的。

由于“钟慢”效应,光子火箭就成了漫游未来的交通工具。假如一对年轻双胞胎中,哥哥坐上光子火箭旅行,而弟弟在地球上等他回来。当弟弟成为白发苍苍的老人时,会发现返回地球的哥哥还是像出发时那么年轻。而哥哥并没感觉旅行花费很长时间。也就是说,哥哥漫游到了未来!这被称为“双生子佯谬”。

 

 

好奇的读者可能会问:既然运动是相对的,火箭上的哥哥认为弟弟也是运动的。那么为什么不是弟弟更年轻呢?这是因为,哥哥从离开到返回,中间必须经过一个改变速度的阶段。在这一瞬间,哥哥会发现弟弟迅速变老!

尽管从原理上是可能的,当代技术还难以实现时间旅行:比如飞机的速度只有光的一百万分之一。坐飞机环球旅行,造成的“钟慢”效应只有一千万分之一秒(同时还有同样数量级的广义相对论效应)。制造“光子火箭”,让人直观地感受时间,目前还远不能实现。

 

 

作者: 王一   [责任编辑: 吕芮光]