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物理学家提出时光机的数学模型!

2017-4-28 环球解密

“在数学上,这是可能的。”

物理学家提出他们声称是一个理论的“时光机”数学模型,一个能够前后移动、穿越时空的匣子。

他们表示这个技巧是使用在宇宙中的时空曲率来弯曲时间成一个圆圈,让假想的乘客坐在匣子里,然后这个圆圈允许让他们跳进未来和过去。

来自加拿大英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)的理论物理学家暨数学家Ben Tippett说:“大众认为时光旅行是虚构的东西,而我们倾向于认为它是不可能的,因为我们实际上没有来做。”

“但在数学上,这是可能的。”

和马里兰大学(University of Maryland)的天文物理学家D艾薇id Tsang一起,Tippett利用爱因斯坦的广义相对论,提出了他们称之为时空中能横越反因果的逆行域(Tr艾薇ersable Acausal Retrograde Domain in Space-time)的数学模型(首字母缩写字是TARDIS)。

但是,在我们进入合法时光旅行的疯狂之前,让我们很快地说清楚,这些研究人员并不是声称拥有一份能够在明天建造的科幻影集神秘博士(Doctor Who)类型的时光机器蓝图。

他们表示建造这座时光机器所需要的材料是如此的奇特,我们甚至还没有发现它们…但我们很快就会得到它。

首先,我们来谈谈Tippett和Tsang实际上提出什么。

这个模型是基于这样的观念,与其以三度空间加上分开的第四度(时间)来看宇宙,我们应该同时把这些想像成四度空间。

这让我们能够考虑时空连续区(space-time continuum)的可能性,在那里空间和时间的不同方向都被连接在宇宙的弯曲结构内。

爱因斯坦的相对论将宇宙的重力作用与时空的曲率连结起来,这个现象被认为是支持行星和恒星的椭圆形轨道。

如果时空是“平的”或是非弯曲的,行星会以直线移动。但是根据相对论,时空几何在大质量天体附近会弯曲,导致行星弯曲它们的路径,反而绕它们的恒星转。

Tippett和Tsang认为不是只有宇宙的空间可以被弯曲和扭转,时间本身也可以在大质量天体附近弯曲。

Tippett说:“时空表面的时间方向也显示曲率,有证据显示,我们越靠近黑洞,时间走得越慢。”

“我的时光机器模型利用弯曲的时空来把时间弯成一圆圈,而不是一条直线,这个圆圈带领我们回到过去。”

为了利用这项理论特性,这两位物理学家提议来创造出一种时空几何的“泡沫(bubble)”。沿着大的圆形路径,穿越空间和时间,运送任何在泡沫里面的东西。

如果这个泡沫可以达到比光速更快的速度,这一对物理学家表示在数学上是有可能的,这将允许它在时间上向后移动。

这两位研究人员在论文中解释:“这是一个匣子 沿着一个圆形路径,穿越时空“向前”行进,然后“向后”行。

“愉快的外部观察者能够观察在匣子内的时光旅行者回到过去的发展: 让打破的鸡蛋复原和把咖啡的奶脂分离。”

您可以在下面的图片中看到基本想法,一位在气泡/时光机器内的乘客(人员A) 和站在旁边的外部观察者(人员B)。

时间的箭头,在正常情况下(至少在我们的宇宙) 总是指向前进。而造成过去变成现在,是由黑色箭头代表:

    K. Tippett et. al.

A和B两人将以截然不同的方式来体验时间。这些研究人员解释:

“在泡沫内,A将会看到B的事件定期发展,然后反转。在泡沫外,观察者B将看到两个版本的A从同一位置出现:一个版本的时钟指针将顺时针旋转,另一个则逆时针旋转。”

换句话说,外部观察者会看见两个版本的物体在时光机器内:一个版本的物体在时间向前的方向发展,另一个版本则是向后。

虽然Tippett和Tsang表示数学是健全的,但现在的问题是,我们实际上没有适合的材料,来建造他们所提议的。

Tippet说:“虽然在数学上是可行的,还是不可能来建造时光机器,因为我们需要称为奇特物质的材料,以这些不可能的方式来弯曲时空,但是它们尚未被发现。”

他们的想法让人回忆起另一个理论的时光机器,阿库别瑞引擎(Alcubierre drive,也叫做曲速引擎),它也是使用奇特物质的结构来运送乘客穿越时间和空间(假设上)。

没有一些如何实际生产这些弯曲时空材料的构想,这两种想法都不会走得太远。但如同Tippett所指出,我们永远不会停止想知道有关时光旅行的可能性,而这只是再多一个方向让我们能够采用这种难以理解的物理学。

他说:“研究时空是迷人但有问题的。”

“自1949年以来,在我的领域的专家一直在探索数学上的时光机器的可能性,而我的研究呈现出一种新的方法来制造。”

这项研究发表在古典与量子重力期刊(Classical and Quantum Gr艾薇ity)。

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