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在影视和文学作品中,我们憧憬着高度文明的未来世界;回归到现实,却又感叹人生短暂,无法一睹千百年后的地球长啥样。其实关于这个问题,也许如今的我们已大可不必灰心。科学家认为,要想穿越时间去往未来世界,理论上有5种方法可以实现。
方法1,改变速度——极速前进
根据爱因斯坦提出的狭义相对论,当一个物体以接近光速的速度行驶时,其自身经历的时间相对外界就会慢下来。假如你以接近光速的速度驶向某个地方,到达后你将会发现,这段行程你仅用了几个小时,然而目的地已处于几十年后的时空中。
在物理学实验中,研究人员证实了这一离奇的推理。
物理学家找来两个原子时钟,将一个放在一架喷气式飞机上,另一个放在地面上,然后让喷气式飞机以最快速度飞行一段时间,再比较两个原子时钟的时间,发现飞机上的时钟运行得比地面上的时钟慢了微不足道的一点点。由此证明,高速运行的飞机,相对于静止不动的地面,其流逝的时间要慢,尽管这其中只有微不足道的时间差,但喷气式飞机的驾驶员在降落回地面后,实际上已经穿越了一点点未来。
然而,以现有的航空水平,飞机飞得再快,距离光速依然遥不可及,所以用飞机来实现穿越的效果几乎可以忽略不计。但假如你处于一架能够以90%光速航行的宇宙飞船中,你经历的时间将会比地球上的时间慢2.6倍,所以当你的运行速度越接近光速,实现时空穿越的几率也就越大。
这一观点也已被证实。利用大型强子对撞机的加速器,人类将质子运行到了速度的“极限”——99.9999991%光速。研究人员根据狭义相对论计算出,在这样的速度下,质子所经历的1秒,相当于地球上的11个月。
不过,要想把航天飞船那么大的物体加速到质子这样的速度,人类还有很长一段路要走,但以上实验最少证明了这并非不可实现。
方法2,利用虫洞穿越时空
虫洞又称爱因斯坦-罗森桥,也译作蛀孔或蠹孔,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道,在1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出。1930年,爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设,透过虫洞,可以做瞬时的空间转移或者时间旅行。
那么,虫洞为何偏偏得名“虫洞”,而不是“盘丝洞”或“无底洞”呢?
美国天体物理学家卡尔·萨根曾打过一个比方:假设有两条虫子在一个苹果上爬行,且虫子只具备二维思想,只知道在苹果表面往东南西北四个方向爬,以为自己在平地上,而不知道苹果是个球,就像过去人们以为地球是平的。但其中一条虫却不小心挖进了苹果里面,穿过苹果核心,从另一头爬了出来。如果两条虫的速度是一样的,相对老老实实在苹果表面爬行的那条虫,挖洞出来的虫能在更短的时间内抵达同一个地点,因为它开通了第三维世界的“虫洞”。
同样,假如我们开启了高维空间的爱因斯坦-罗森桥,那我们就可以像虫子一样,无需通过三维空间的旅程,就可以更早抵达目的地。
虽然目前还没有实验证据表明虫洞的真实存在,“虫洞时空旅行”仍只是一种假设,但科学的进步离不开大胆的假设。
方法3,假死,暂停生命
在小说《三体》中,三体人能通过进入脱水状态实现假死,来熬过地狱般的“乱纪元”,并在环境正常的“恒纪元”苏醒,继续生活;而地球人则能通过进入超低温冬眠状态,暂停大部分生理机能运作,最终以健康年轻的体魄在未来“复活”。
以上设想绝非天马行空,也绝不仅只拥有理论依据。在自然界中,便可找出类似的例子。面对恶劣的生存环境,细菌的孢子可以实现假死状态,并生存数百万年,直到温度、湿度等条件适宜时,才再次启动新陈代谢,顽强复苏;而一些哺乳动物,如熊和松鼠,也可以在冬眠期间减慢新陈代谢速度,大大减少它们对食物和氧气的需求。
那么,人类能否通过类似的“假死术”,暂停生命,并在未来复活呢?
以目前的科学研究进度,科学家认为在不久的将来,可以让人类实现短期的“冬眠”,至少持续几个小时。这短短几个小时的“冬眠”时间价值非凡,它可以让需要紧急救治的危重病人抵达手术室,捡回一条命。
方法4,引力越强,时间就越慢
引力也可以成为穿越的工具。
此种方式的理论依据同样离不开广义相对论。根据该理论,物体所受的引力越强,所经历的时间流逝得也就相对更慢。
若是我们想要让自己经历的时间比地球世界慢得多,以穿越到遥远的未来,那么就需要进入一个引力非常强大区域,比如黑洞。在电影《星际穿越》中,宇航员到达了一个黑洞附近的行星,受黑洞强大引力的影响,宇航员登陆该行星仅仅一个小时,地球上就已经度过了7年。
然而,通过黑洞表面引力场穿越时间长河,是一种非常危险的举动。假如你不小心越过黑洞边界,将被黑洞的可怕引力拉入万丈深渊,陷入无尽的黑暗之中,永世不得逃脱。
况且,就算人类的科学技术真能将自己送达黑洞的附近,由于距离地球最近的黑洞也在3000光年之外,恐怕抵达黑洞前耗费的漫长时光,也并非通过黑洞穿越后所能弥补的,可谓得不偿失。
无论如何,目前看来,黑洞穿越法都是风险最大、性价比最低的选择,理应“慎用”。
方法5,利用光束穿越时空
还记得小时候看过的一些动画片中,那光怪陆离的时间机器么?这第五种穿越法,假如真能实现,也许就是那样一幅五彩斑斓的场景。
这就是由美国物理学家罗恩·马利特提出的光束穿越法。
罗恩·马利特认为,根据物理学常识,时间是一条直线,万事万物从过去沿着这条直线走到现在,再走向未来。而假如在足够的外力作用下,空间能够被扭曲,那么时间这条直线同样也能被扭曲成一个圈,这样一来,似乎我们就能把时间线任意弯折,“想去何时,就去何时”。
罗恩·马利特的设想是这样的:制造一个以光为基础的时间机器,利用高能的漩涡状圆柱体光束来激活和扭曲时间的结构。从理论上说,任何掉进这个旋转圆柱体内的物体,其所经历的空间和时间都会被延迟,因此就有机会穿越时间,回到过去或去往未来。
为了筹集资金以开展研究,马利特于2000年发表了该理论,但他的想法并没有得到物理学界其他科学家的认同,不过其研究至今仍在继续。
以上五种穿越时空的方法,各有千秋,让人大开眼界,我们无法得知其中的哪一种将最早被实现,也可能它们最终都只能停留在理论阶段,无论如何,这一系列尝试,都是人类在探究宇宙最深层机密的长征中走出的一大步。
方法1,改变速度——极速前进
根据爱因斯坦提出的狭义相对论,当一个物体以接近光速的速度行驶时,其自身经历的时间相对外界就会慢下来。假如你以接近光速的速度驶向某个地方,到达后你将会发现,这段行程你仅用了几个小时,然而目的地已处于几十年后的时空中。
在物理学实验中,研究人员证实了这一离奇的推理。
物理学家找来两个原子时钟,将一个放在一架喷气式飞机上,另一个放在地面上,然后让喷气式飞机以最快速度飞行一段时间,再比较两个原子时钟的时间,发现飞机上的时钟运行得比地面上的时钟慢了微不足道的一点点。由此证明,高速运行的飞机,相对于静止不动的地面,其流逝的时间要慢,尽管这其中只有微不足道的时间差,但喷气式飞机的驾驶员在降落回地面后,实际上已经穿越了一点点未来。
然而,以现有的航空水平,飞机飞得再快,距离光速依然遥不可及,所以用飞机来实现穿越的效果几乎可以忽略不计。但假如你处于一架能够以90%光速航行的宇宙飞船中,你经历的时间将会比地球上的时间慢2.6倍,所以当你的运行速度越接近光速,实现时空穿越的几率也就越大。
这一观点也已被证实。利用大型强子对撞机的加速器,人类将质子运行到了速度的“极限”——99.9999991%光速。研究人员根据狭义相对论计算出,在这样的速度下,质子所经历的1秒,相当于地球上的11个月。
不过,要想把航天飞船那么大的物体加速到质子这样的速度,人类还有很长一段路要走,但以上实验最少证明了这并非不可实现。
方法2,利用虫洞穿越时空
虫洞又称爱因斯坦-罗森桥,也译作蛀孔或蠹孔,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道,在1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出。1930年,爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设,透过虫洞,可以做瞬时的空间转移或者时间旅行。
那么,虫洞为何偏偏得名“虫洞”,而不是“盘丝洞”或“无底洞”呢?
美国天体物理学家卡尔·萨根曾打过一个比方:假设有两条虫子在一个苹果上爬行,且虫子只具备二维思想,只知道在苹果表面往东南西北四个方向爬,以为自己在平地上,而不知道苹果是个球,就像过去人们以为地球是平的。但其中一条虫却不小心挖进了苹果里面,穿过苹果核心,从另一头爬了出来。如果两条虫的速度是一样的,相对老老实实在苹果表面爬行的那条虫,挖洞出来的虫能在更短的时间内抵达同一个地点,因为它开通了第三维世界的“虫洞”。
同样,假如我们开启了高维空间的爱因斯坦-罗森桥,那我们就可以像虫子一样,无需通过三维空间的旅程,就可以更早抵达目的地。
虽然目前还没有实验证据表明虫洞的真实存在,“虫洞时空旅行”仍只是一种假设,但科学的进步离不开大胆的假设。
方法3,假死,暂停生命
在小说《三体》中,三体人能通过进入脱水状态实现假死,来熬过地狱般的“乱纪元”,并在环境正常的“恒纪元”苏醒,继续生活;而地球人则能通过进入超低温冬眠状态,暂停大部分生理机能运作,最终以健康年轻的体魄在未来“复活”。
以上设想绝非天马行空,也绝不仅只拥有理论依据。在自然界中,便可找出类似的例子。面对恶劣的生存环境,细菌的孢子可以实现假死状态,并生存数百万年,直到温度、湿度等条件适宜时,才再次启动新陈代谢,顽强复苏;而一些哺乳动物,如熊和松鼠,也可以在冬眠期间减慢新陈代谢速度,大大减少它们对食物和氧气的需求。
那么,人类能否通过类似的“假死术”,暂停生命,并在未来复活呢?
以目前的科学研究进度,科学家认为在不久的将来,可以让人类实现短期的“冬眠”,至少持续几个小时。这短短几个小时的“冬眠”时间价值非凡,它可以让需要紧急救治的危重病人抵达手术室,捡回一条命。
方法4,引力越强,时间就越慢
引力也可以成为穿越的工具。
此种方式的理论依据同样离不开广义相对论。根据该理论,物体所受的引力越强,所经历的时间流逝得也就相对更慢。
若是我们想要让自己经历的时间比地球世界慢得多,以穿越到遥远的未来,那么就需要进入一个引力非常强大区域,比如黑洞。在电影《星际穿越》中,宇航员到达了一个黑洞附近的行星,受黑洞强大引力的影响,宇航员登陆该行星仅仅一个小时,地球上就已经度过了7年。
然而,通过黑洞表面引力场穿越时间长河,是一种非常危险的举动。假如你不小心越过黑洞边界,将被黑洞的可怕引力拉入万丈深渊,陷入无尽的黑暗之中,永世不得逃脱。
况且,就算人类的科学技术真能将自己送达黑洞的附近,由于距离地球最近的黑洞也在3000光年之外,恐怕抵达黑洞前耗费的漫长时光,也并非通过黑洞穿越后所能弥补的,可谓得不偿失。
无论如何,目前看来,黑洞穿越法都是风险最大、性价比最低的选择,理应“慎用”。
方法5,利用光束穿越时空
还记得小时候看过的一些动画片中,那光怪陆离的时间机器么?这第五种穿越法,假如真能实现,也许就是那样一幅五彩斑斓的场景。
这就是由美国物理学家罗恩·马利特提出的光束穿越法。
罗恩·马利特认为,根据物理学常识,时间是一条直线,万事万物从过去沿着这条直线走到现在,再走向未来。而假如在足够的外力作用下,空间能够被扭曲,那么时间这条直线同样也能被扭曲成一个圈,这样一来,似乎我们就能把时间线任意弯折,“想去何时,就去何时”。
罗恩·马利特的设想是这样的:制造一个以光为基础的时间机器,利用高能的漩涡状圆柱体光束来激活和扭曲时间的结构。从理论上说,任何掉进这个旋转圆柱体内的物体,其所经历的空间和时间都会被延迟,因此就有机会穿越时间,回到过去或去往未来。
为了筹集资金以开展研究,马利特于2000年发表了该理论,但他的想法并没有得到物理学界其他科学家的认同,不过其研究至今仍在继续。
以上五种穿越时空的方法,各有千秋,让人大开眼界,我们无法得知其中的哪一种将最早被实现,也可能它们最终都只能停留在理论阶段,无论如何,这一系列尝试,都是人类在探究宇宙最深层机密的长征中走出的一大步。