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不少近現(xiàn)代物理學(xué)家都曾對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行過(guò)預(yù)言，諸如牛頓、愛(ài)因斯坦、霍金等。這其中最經(jīng)典的人物可能要當(dāng)數(shù)愛(ài)因斯坦，幾乎在任何一個(gè)有關(guān)現(xiàn)代物理學(xué)和部分天文學(xué)研究中都能看見(jiàn)愛(ài)因斯坦的影子，愛(ài)因斯坦真的這么厲害嗎？

事實(shí)上，愛(ài)因斯坦不僅厲害，后續(xù)一半的物理研究都是基于愛(ài)因斯坦的成果逐步進(jìn)行發(fā)展。最經(jīng)典的便是廣義相對(duì)論了，廣義相對(duì)論下的時(shí)空研究給人們帶來(lái)了新的思考方向，同時(shí)打破了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。甚至從側(cè)面推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展，愛(ài)因斯坦與玻爾的競(jìng)爭(zhēng)也促進(jìn)了物理學(xué)的各方面研究。

關(guān)于他的科學(xué)預(yù)言在當(dāng)時(shí)并不被所有人看好，直到今天人們才知道愛(ài)因斯坦的偉大。引力波、紅移、時(shí)空扭曲等等都曾是愛(ài)因斯坦基于廣義相對(duì)論下的預(yù)言。不過(guò)還有一則預(yù)言也是關(guān)于時(shí)空的。

這則預(yù)言具體說(shuō)了什么？它是否能夠像其他科學(xué)預(yù)言一樣成為現(xiàn)實(shí)呢？時(shí)空預(yù)言下的宇宙會(huì)是什么樣子？本文接下來(lái)將從閉合類時(shí)曲線、時(shí)間旅行下的量子力學(xué)、熱力學(xué)、廣義相對(duì)論這幾個(gè)方面來(lái)解答這些問(wèn)題，為什么科學(xué)家不希望這個(gè)還未實(shí)現(xiàn)的預(yù)言成為現(xiàn)實(shí)？

不可能的穿越

這則預(yù)言整體來(lái)看是基于廣義相對(duì)論的研究得到的，嚴(yán)格來(lái)講是愛(ài)因斯坦提及到了時(shí)空穿梭的可能性，也便是后來(lái)我們所說(shuō)的時(shí)間旅行。

廣義相對(duì)論下的時(shí)空背景和相對(duì)時(shí)間坐標(biāo)表明，不同速度下，不同時(shí)空下的物體，它所面臨的時(shí)間是不一樣的。簡(jiǎn)單來(lái)講就是時(shí)間的流逝感受，但什么是時(shí)間？

我們可以從熱力學(xué)定律這個(gè)方向來(lái)解釋，熱力學(xué)定律揭示了物體能量、熱量的轉(zhuǎn)移。這種運(yùn)動(dòng)變化讓我們可以通過(guò)物體的能量流失感受到時(shí)間，在熱力學(xué)下，所有物體的運(yùn)動(dòng)都可以表現(xiàn)為一種熱量流失。

比如說(shuō)逐漸熄滅的炭火，人們通過(guò)對(duì)炭火的熱量流失感覺(jué)到事物的運(yùn)動(dòng)變化，這種變化讓我們可以理解到過(guò)去和現(xiàn)在的差異。這種差異后來(lái)我們稱作為時(shí)間，在牛頓的絕對(duì)時(shí)空下，這種變化是固定的。

但愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論卻揭示了這其中的不同關(guān)系，實(shí)際上物體的時(shí)間變化并不是絕對(duì)不變，速度是影響時(shí)間變化的關(guān)鍵。在相對(duì)時(shí)空的前提下，我們都知道速度越快，物體的時(shí)間流逝得越慢。隨著物體的速度逐漸接近光速，它的時(shí)間便會(huì)越來(lái)越慢，當(dāng)物體擁有光速時(shí)，時(shí)間便會(huì)靜止。關(guān)于廣義相對(duì)論的研究，科學(xué)家們認(rèn)為時(shí)間旅行也許存在某種可能。

不過(guò)這里需要肯定的一點(diǎn)是，物體的運(yùn)動(dòng)不可能超光速，因?yàn)樵浇咏馑偎枰哪芰烤驮酱?，成為光速需要無(wú)限的能量，因此超光速不存在，物體也不可能達(dá)到光速，只有不斷接近光速。只有光子這樣擁有靜態(tài)質(zhì)量的物質(zhì)才能進(jìn)行光速運(yùn)動(dòng)，不過(guò)這種運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是一種信息傳遞。

后來(lái)愛(ài)因斯坦與玻爾的量子力學(xué)爭(zhēng)論中也在批評(píng)玻爾提到的量子糾纏，因?yàn)檫@種超距傳遞能夠存在類似超光速的運(yùn)動(dòng)。量子糾纏由于不可預(yù)知和不可觀測(cè)性導(dǎo)致，量子糾纏不能合理地解釋物體這種超光速運(yùn)動(dòng)。

時(shí)間閉環(huán)中的循環(huán)穿越

基于廣義相對(duì)論的研究，科學(xué)家認(rèn)為想要解釋這種可能存在的時(shí)間旅行需要量子力學(xué)的幫助，并在“閉合類時(shí)曲線”中扎到密度狀態(tài)的時(shí)間演化方程。因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中，自洽解存在于所有時(shí)間機(jī)器配置和初始條件中。那么什么時(shí)閉合類時(shí)曲線（CTC）呢？

實(shí)際上這是在數(shù)學(xué)物理學(xué)中的一種表現(xiàn)形式，它是洛倫茲流形中的世界線，是時(shí)空中的“閉合”物質(zhì)粒子，并能返回其起點(diǎn)。如果CTC存在，那它們似乎能夠暗示時(shí)間倒流的理論可能性。在閔可夫斯基空間中，物理學(xué)家在狹義和廣義相對(duì)論中，擬定了單個(gè)事件發(fā)出并向各個(gè)方向傳播的閃光穿過(guò)時(shí)空的路徑，并將其稱作為光錐。

（上光錐同時(shí)包含其他空間位置，不包含x=0在未來(lái)的時(shí)間，包括更早的時(shí)間；下光錐則是平面空間光錐特征，它包含的所有時(shí)空坐標(biāo)都有較晚的時(shí)間）

一個(gè)光錐代表一個(gè)物體在當(dāng)前狀態(tài)下任何可能的未來(lái)演變，或者在當(dāng)前位置的情況下每個(gè)可能的位置。在這個(gè)模擬中，一個(gè)物體未來(lái)可能的位置受到該物體可以移動(dòng)的速度限制，這個(gè)速度的最大限制則是光速。

在“時(shí)空度量”的演示中，光錐在時(shí)間上指向前方，這對(duì)應(yīng)于一個(gè)對(duì)象不能同時(shí)在兩個(gè)位置，或者它不能立即移動(dòng)到另一個(gè)位置的常見(jiàn)情況。而在這些時(shí)空中，物理對(duì)象的世界線根據(jù)廣義相對(duì)論的定義，它表現(xiàn)在時(shí)間上。但這種方向僅適用于“局部平坦”的時(shí)空，如果是其他時(shí)空則會(huì)出現(xiàn)傾斜變化。

而在極端的例子中，具有適當(dāng)高曲率度量的時(shí)空中，光錐傾斜可以超過(guò)45度。這意味著潛在的“未來(lái)”位置，從對(duì)象的參考系來(lái)看，這些位置與外部靜止框架中的觀察者是類似的空間。因此從這個(gè)外部觀點(diǎn)來(lái)看，物體能夠在空間中瞬移，并且這種情況物體必須移動(dòng)。

因?yàn)樗F(xiàn)在的空間位置不會(huì)在它自己未來(lái)的光錐中，另外，如果有足夠的傾斜度，從外部來(lái)看，有些事件的位置處于“過(guò)去”中。通過(guò)它對(duì)自己的空間軸適當(dāng)移動(dòng)，那么物體似乎穿越了從外部看到的事件。

所以，如果能夠設(shè)置這樣的一種光錐便可以在自身上循環(huán)，創(chuàng)建閉合的類似曲線。那么物體就應(yīng)該循環(huán)移動(dòng)，最終返回到它一開始的地點(diǎn)和時(shí)間。但要是物體是以自由落體狀態(tài)運(yùn)作，那么可以在這個(gè)循環(huán)軌道中反復(fù)返回時(shí)空的同一點(diǎn)。

盡管回到原來(lái)的時(shí)空位置只是一種可能，但該物體未來(lái)的光錐可能包括時(shí)間前后的時(shí)空點(diǎn)，從這個(gè)模擬推測(cè)中得到的結(jié)果便是可能存在的時(shí)間旅行。但科學(xué)家并不希望這種可能的模擬出現(xiàn)，這是為什么？

禁止穿越

很明顯這會(huì)開啟“祖父悖論”，祖父悖論的出現(xiàn)導(dǎo)致因果關(guān)系徹底混亂，時(shí)空會(huì)出現(xiàn)破壞。CTC的特點(diǎn)在于它開啟了一條與更早期無(wú)關(guān)的世界線可能性，因此無(wú)法追朔到更早原因的事件。

一般來(lái)講，因果關(guān)系要求時(shí)空中的每個(gè)事件都在靜止幀中有其原因，用廣義相對(duì)論的研究來(lái)講，決定論在類空間柯西曲面（可以詳詢洛倫茲幾何）上陳述了宇宙的完整性。

然而在CTC中由于因果關(guān)系被破壞，同一個(gè)事件可以與其原因同時(shí)發(fā)生。換句話說(shuō)，一個(gè)事件可能會(huì)導(dǎo)致其本身出現(xiàn)。舉一個(gè)不恰當(dāng)?shù)睦?，如果人在這個(gè)循環(huán)軌道中出現(xiàn)，那么他可以同時(shí)看見(jiàn)自己的存在和死亡。

還好，這種可能性非常大的模型不僅科學(xué)家不希望它發(fā)生，就連目前的物理學(xué)研究也不允許。熵增揭示了時(shí)間是在向前進(jìn)行的，事物為了維持自身的狀態(tài)必須存在能量，但這種能量需要熱量進(jìn)行維持，熵的增加表明時(shí)間只能向前不能流動(dòng)。這就好比一滴墨水滴入水中會(huì)擴(kuò)散，隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不斷增加，墨水最終會(huì)和水融合，你沒(méi)辦法將它重新復(fù)原成初始的那滴墨水。

因此這種可能存在的閉合類世界曲線在當(dāng)前的宇宙模型里不存在。另外隨著量子力學(xué)的深入，目前CTC模型被要求不能違反量子力學(xué)的基本規(guī)律以及時(shí)間反演對(duì)稱性。盡管通過(guò)廣義相對(duì)論可以得到這種模型的數(shù)學(xué)結(jié)論，基于真實(shí)的物理時(shí)空?qǐng)稣搧?lái)講，它應(yīng)該是不存在的。

很明顯，至少以目前的科學(xué)研究來(lái)看，科學(xué)家們并不希望愛(ài)因斯坦的預(yù)言實(shí)現(xiàn)。無(wú)論我們想利用它做什么，或者僅僅只是看一眼過(guò)去，但過(guò)去的終究已成歷史。熵增也在告訴我們，事物運(yùn)動(dòng)應(yīng)該向前，而不是往后。從哲學(xué)的角度來(lái)看，無(wú)法改變的過(guò)去或許是一種遺憾，但我們更應(yīng)該活好當(dāng)下。

標(biāo)簽： 愛(ài)因斯坦