【科普】關於時光旅行

*发表于 2014-1-8 17:07:55* | 查看: 3026| 回复: 27 · 发表于 2014-1-8 17:07:55

本帖最后由流光夜雫于 2014-1-8 17:09 编辑

今天要為大家帶來的是關於 時間旅行（Time travel)。

BGM
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準備好~就讓我們開始吧!!!

時間旅行（Time travel) 或稱時空旅行、時光旅行或穿越時空等，
泛指人或者其它物體由某一時間點移動到另外一個時間點。
事實上，所有的人都順著時間一分一秒的自然前進，所以時間旅行單指違反這種自然時間變化的方式：要不就是大幅度的前往未來，要不就是回到過去。
時間旅行不能避開的問題是因果的問題。有時也會把向過去傳遞信息稱爲時間旅行。「向過去傳遞信息」這種行爲也會造成對因果論的違背。(這邊就不加多談)
時間旅行常常作為戲劇或者小說中，將人物放在不同時空中的手段。科幻小說中也常常會以時間旅行作為主題。

簡單來說，時間會受到速度以及重力影響。
一般認爲大幅度的前往未來在物理上可能，這只要坐上足夠快的飛船就行了，這種時空旅行的結果可由狹義相對論計算。
利用萬有引力也是可以的（坐在引力場極強的地方），這種計算涉及廣義相對論。
注意這裡指的是已經發現的自然規律提供了這些方法，這並不是說從技術和資金上，人類已經可以完成這些事情。人類可以把微觀粒子送往未來（可以用粒子的半衰期來檢驗），但把宏觀物體送往（較大幅度的）未來尚未能實現。

沒有物理定律明確表述回到過去（即使小幅度）是可能的。

有一種說法是只要超過光速，就能回到過去。

這一般是科幻小說的假想和大眾媒體中的誤讀：光速不可超越是相對論所設的前提條件，並且此限制體現在方程中，若光速被超越（姑且認為這是可能的），則相對論失效，不能作出任何預言。
若承認相對論正確，則不可能通過超越光速（因為相對論說光速不可被超越）的方式來完成回到過去的目標。（但這並沒有否認用別的方式來完成的可能性）

相對論聲稱不能使物體的速度超過光速，但沒有禁止有「一直比光運動更快」的物質存在。

如果有這種物質，且人類能用它來傳遞信息，則也能用它來向過去傳遞信息。
物理上，也會以時間旅行作為思想實驗的工具，來檢驗一些理論（如相對論、量子力學）可能產生的推論。現在人類還沒有時間旅行（這裡指的是回到過去，或大幅度的前往未來）的能力，也沒有任何成功的實驗。但這也並不說明回到過去是不可能的。

時間旅行的科學理論
根據愛因斯坦的相對論，在某些狀況下，比方說在不同的速度、重力下，兩個物體之間時間流動的速度會不同。
這在某種意義上，可以稱得上是「天上方一日，人間已千年」的時間旅行。
但是這類的方式，只能讓你前往未來，而不能讓你回到過去(因為目前還無法超越光速)。
這種單方向的時間旅行與傳統上在科幻中的典型「時間旅行」並不相同。科幻中的時間旅行往往會有較多的自由（當然為了戲劇性，也會有所限制）。

根據狹義相對論，時間是可以伸展和收縮的，視觀察者移動多快而決定。

實驗一(人體)
假設A 在紐約登機飛到里約熱內盧，然後馬上再飛回紐約，而B 則一直在紐約甘迺迪機場裡。
這趟旅程所費的時間對於A和B並不相同，對A而言，實際上所花的時間會更少。
實驗二(物體)
在一九七一年時，物理學家喬·哈菲爾（Joe Hafele）和理查·基廷（Richard Keating）做出証明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一模一樣的時鐘做比較。結果証實：在飛機上的時鐘走得比實驗室裡的慢。物理學家將因運動而造成的時間減緩稱為時間膨脹效應：當運動速度越快，時間變得越慢（這是指靜止的觀察者所看到的，在高速運動的人自己看來，沒有什麼不同，詳見請自閱相對性原理）。

以上對於運動跟時間的效應的說明，跟時間旅行有什麼關係呢？

以下引用雙生子佯謬來做進一步的解釋：
莎莉和山姆是一對孿生子，他們決定測試愛因斯坦的理論，所以莎莉在2001年登上火箭，以99%光速飛向10光年之外的恆星，山姆則待在家裏。當莎莉抵達目的地時，立即掉頭，並以相同的速度返回地球。以山姆來看，這趟旅程的時間長短大約為地球上20年，但是莎莉所經歷的時間卻不同。對她來說，這趟旅程還不到3年，所以當她回到地球時，她發現時間已變為2021年，而山姆比她老了17歲，或者說莎莉已經被送到山姆17年後的未來。（目前地球上最快的太空船只能到達0.01%光速。）

先前提過速度只是扭曲時間的一種方法，重力則是另一種方法。

愛因斯坦於1915年提出廣義相對論，將重力場對時間與空間的影響包括在理論中。
如將數字代入愛因斯坦的理論中，會發現地球本身的重力造成時鐘每300年慢1微秒。
1976年，羅伯特·維索特（Robert Vessot）和馬丁·列文（Martin Levine）從西維吉尼亞州將一枚載有氫邁射時鐘的火箭發射到太空，然後在地面上仔細監控。幾個小時後，火箭墜落進大西洋，而上面的時鐘比地球的時鐘多出了約0.1微秒。
如果可以神奇地將地球擠壓到一半的大小（保留所有質量），地球表面的重力將變成2倍大，時間的扭曲也會變成2倍大。如繼續擠壓下去，當地球的半徑變成0.9公分時，時間將會「保持靜止」，沒有東西可以逃脫。詳見請自閱黑洞、史瓦西半徑。
在質量不變時，壓縮其體積，會導致星體的表面的引力場強度增加。
宇宙中會發生這種壓縮，例如「中子星」。天文學家已確認在典型中子星表面上的時鐘，會走得比地球表面上的慢30%。若能夠從中子星表面望回地球，將會看到地球上的事情加快速度，就像是快速放映錄影帶節目一樣，不過在中子星附近的事情，看起來還是很正常。

看到這邊的大家，是否對於時空旅行的基礎原理有一些認知了呢?!!
這邊做一下簡單的總結:
1.會影響時間的有速度與重力。
2.就速度而言，速度越快的物體，相對時間就會過得越慢，
與光速同速時，相當於時間停止流動，超越則會回到過去(但目前物體並不能超越光速)。
3.就重力而言，所受重力越大的物體，相對時間就會過得越慢。

*发表于 2014-1-8 17:17:57* · 发表于 2014-1-8 17:17:57

番长的科普真深奥

*发表于 2014-1-8 17:27:17* · 发表于 2014-1-8 17:27:17

月凌空发表于 2014-1-8 17:17
番长的科普真深奥

還好吧~認真看很容易懂得!

*发表于 2014-1-8 17:52:06* · 发表于 2014-1-8 17:52:06

长知识了

*发表于 2014-1-8 17:57:20* · 发表于 2014-1-8 17:57:20

好像就是表明了把什么送到过去和未来是不可能的，所谓的送到
未来，只是一种扭曲时间的方法，利用两个地方的时间不同制造
的时间差，给人感觉是到了未来，还有每个人的时间轴好像都是
独立的，就算是时空旅行，去到哪里，你的时间轴都不会变，一样会变老
······妹抖助手好评

*发表于 2014-1-8 17:59:00* · 发表于 2014-1-8 17:59:00

番长还真是喜欢这首歌呐

另外速度越快，动质量就越大。所以理论上能达到光速的应该是没有质量的物质，比如说光子。
我记得曾经看过一本介绍相对论的书，其中关于提到爱因斯坦的灵光一闪是这么描述的，“如果我们盯着时钟看，那么时钟正在分分秒秒的运动。但当我们以光速离开这个时钟时，我们再看的时钟，那么就会是静止的。”
当时我就懵了，虽然看时钟是静止的，可它还是在走啊，只不过光没传过来而已……
总之科普文我就是看看，以我的智商永远都明白不了

*发表于 2014-1-8 17:59:21* · 发表于 2014-1-8 17:59:21

流光夜雫发表于 2014-1-8 17:27
還好吧~認真看很容易懂得!

繁体字略难看懂

*发表于 2014-1-8 18:00:50* · 发表于 2014-1-8 18:00:50

恩维发表于 2014-1-8 17:57
好像就是表明了把什么送到过去和未来是不可能的，所谓的送到
未来，只是一种扭曲时间的方法，利用两个地方 ...

就建立三維空間~的確如此!
就理論要身存於四次元，方可改變時間~

*发表于 2014-1-8 18:04:01* · 发表于 2014-1-8 18:04:01

流光夜雫发表于 2014-1-8 18:00
就建立三維空間~的確如此!
就理論要身存於四次元，方可改變時間~

身处四次元，按这样来说人体是达不到要求了，要alien才行

··

*发表于 2014-1-8 18:44:08* · 发表于 2014-1-8 18:44:08

我们这学期上近代物理老师专门讨论了回到过去的这个问题，是因为如果超过光速的话时间等等会出现虚数项，那么时间用复数表示的话以人类来说还难以理解；此外有因果关系的事件也不会因为相对论的原因而使得在某一个参考系中其其时间坐标与另一参考系颠倒，即因果律不会被破坏。
不过SF小说既然是fiction是不是不应该在意那么多细节

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