时间旅行是科学?还是幻想?( 二 )


事实上 , 不仅未来的历史学家和考古学家将会非常欢迎这样的时间旅行家 , 与这位时间旅行家同时代的人又何尝不希望他能把自己看到的未来世界的情形带回给大家呢? 可惜的是 , 狭义相对论为面向未来的时间旅行开启了大门 , 却没能为重返过去的时间旅行提供同样的理论可行性 。 如果一定要对狭义相对论的数学框架做广义诠释的话 , 那么只有超光速的运动才可能导致某一类参照系中的时序被颠倒 。 但是狭义相对论本身在亚光速与超光速之间设置了一个光速壁垒 , 没有任何已知的物理过程能够使原本亚光速运动的物体——包括人——进入超光速运动状态 。 因此在狭义相对论的理论框架内 , 时间旅行家可以到达未来 , 但却不能重返过去 , 这与我们在空间中自由自在的运动相比 , 显然是差得很远的 。 而且 , 面向未来的时间旅行不一定需要时间机器才能做到 , 通过将旅行者冷冻若干年再解冻的手段也可以达到同样的目的 。 因此时间机器如果存在的话 , 它真正独特的价值不在于面向未来 , 而在于重返过去 。
那么重返过去的路在哪里呢?
在狭义相对论之后又过了 10 年 , 爱因斯坦提出了广义相对论 。 在广义相对论中 , 时间和空间不仅如狭义相对论中一样与参照系的选择密切相关 , 而且还有赖于物质的分布和运动 。 由此产生的一个不同于狭义相对论的重要结果是: 我们对 “未来” 的定义不再是绝对的了 , 它会受到物质运动的影响 。 在不同时刻、 不同地点 , “未来” 有可能指向不同的方向 。 这是一个奇妙的结果 , 它表明时空在某种意义上就象流体一样会受到物质运动的拖曳 , 甚至连时间的方向都有可能因拖曳而改变 。
既然时间的方向可以被物质的运动所拖曳 , 那么有没有可能存在某种物质的分布与运动 , 它对时间方向的拖曳如此显著 , 以至于把未来方向拖曳成过去方向 , 甚至让不同的时间方向首尾相接 , 连成一条闭合曲线呢? 这样的闭合曲线如果存在 , 无疑就是一种时间机器 。 因为沿这种曲线运动的飞船每时每刻都在做正常的飞行 , 感受到正向的时间流逝 , 但它的轨迹却不仅在空间上 , 而且会在时间上回到出发点 。 如果你乘坐飞船沿这样的曲线做一次为期 10 年的旅行[注二] , 那么在旅行结束时你不仅会回到飞船出发的地方 , 并且会遇见 10 年前整装待发的自己[注三]! 物理学家们把这种奇妙的曲线称为 “闭合类时曲线” , 它是时间机器这一科幻术语在广义相对论中的代名词 。 倘若存在闭合类时曲线 , 时间旅行就有了理论上的可能性 。
那么在广义相对论中 , 是否存在闭合类时曲线? 或者确切地说 , 是否存在使闭合类时曲线成为可能的物质分布与运动呢? 对这个问题 , 物理学家们做了许多研究 。

时间旅行是科学?还是幻想?



三. 广义相对论与时间旅行
1949 年 , 著名逻辑学家哥德尔 (Kurt G?del) 在广义相对论中发现了一个非常奇特的解 , 描述一个如今被称为 “哥德尔宇宙” (G?del universe) 的整体旋转的宇宙 。 在这种宇宙中 , 物质的旋转对时间方向会产生拖曳作用 , 离旋转中心越远 , 拖曳作用就越显著 。 在足够远的地方 , 拖曳作用足以形成闭合类时曲线 。 因此 , 在哥德尔宇宙中只要让飞船沿某些远离旋转中心的轨道运动 , 原则上就可以实现时间旅行 。 哥德尔这位曾经以哥德尔不完全性定理 (G?del's incompleteness theorems) 震撼整个数学界的逻辑学家 , 又用他的旋转宇宙震动了包括爱因斯坦本人在内的许多物理学家 。

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