穿越時間 霍金第四維空間理論

物理 霍金 天文 地球 火星小赤佬 2017-06-16

多麼想來一場說走 就走的時光旅行啊,可是穿越類的小說和電視劇出了不少,但是,現實中依然沒有實現人類戰勝時間的奇蹟。穿越時間 霍金第四維空間理論

時光之旅在理論上是可行的,人類可以打開回到過去的大門和通向未來的捷徑。為了實現時光旅行,霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子:當人們駕駛汽車時,向前直行和向後倒車是第一維,向左或向右轉彎是第二維,在山路上爬坡和下坡是第三維,那麼時間就是第四維。對於物理學家來說,時光隧道也許就是蟲洞。霍金說,蟲洞就在我們周圍,只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫,這種基本規律同樣適用於時間。時間也有細微的裂縫和空隙,比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”,而蟲洞就存在於“量子泡沫”中。穿越時間 霍金第四維空間理論

英國著名物理學家斯蒂芬·霍金日前在英國《每日郵報》上發表文章稱,時光之旅在理論上是可行的,人類可以打開回到過去的大門和通向未來的捷徑。

霍金在文章中提出了三種理論上可行的時空旅行方式。

為了實現時光旅行,霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子:當人們駕駛汽車時,向前直行和向後倒車是第一維,向左或向右轉彎是第二維,在山路上爬坡和下坡是第三維,那麼時間就是第四維。我們怎樣才能找到在第四維前行或後退的路徑呢.穿越時間 霍金第四維空間理論

“外祖父悖論”常被人拿來論證時間旅行不可能存在,但有些科學家則不這麼認為。

2014年6月24日,澳大利亞昆士蘭大學的科學家首次使用兩個光量子(光子)模擬了量子粒子在時間中的旅行並對其“一舉一動”進行了研究,結果表明,至少在量子尺度上,時間旅行是可以實現的。研究發表在最新一期的《自然·通訊》雜誌上。穿越時間 霍金第四維空間理論

科學家們使用光子(光的單個粒子)來模擬回到過去的量子粒子並對其行為進行了研究。在實驗中,他們對一個進行時間旅行的光子可能產生的兩種結果進行了考察。第一種結果是:“1號光子”會通過蟲洞進入過去並同以前的自己相互作用。第二種結果是:“2號光子”會在正常的時空內行進,但會通過蟲洞同一顆卡在時間旅行環—封閉類時曲線(CTC,是物質粒子於時空中的一種世界線,其為“封閉”,亦即會返回起始點)內的光子相互作用。模擬“2號光子”的行為使“1號光子”的行為也能被研究,結果表明,時間旅行在量子尺度上可以實現。穿越時間 霍金第四維空間理論

蟲洞

蟲洞就是五維空間。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫,這種基本規律同樣適用於時間。時間也有細微的裂縫和空隙,比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”,而蟲洞就存在於“量子泡沫”中。

人類也許能夠捕獲某一個蟲洞,將它放大到足以使人類甚至宇宙飛船從中穿過,但霍金警告說,不要利用時間機器回到過去,因為這將導致違反基本的因果論。

黑洞

愛因斯坦提出,世上應該存在讓時間慢下來的地方,以及讓時間加速的地方。時間在地球比在太空運行慢。造成這種影響的原因是地球的質量。愛因斯坦發現,物質會減緩時間運行速度,就像是河的下游一樣。物體越重,對時間的阻力越大。這種驚人的事實為通向未來的時間旅行開啟了大門。

霍金認為,時空旅行的天然“交通工具”是黑洞。在銀河系中心,擁有銀河系中最重的天體——一個質量相當於400萬個太陽的超大質量黑洞,在自身引力作用下,它被壓縮為一個點。距離這個超大質量黑洞越近,遭遇的引力就越強。一旦距離其過近,連光線都無法逃脫,會被吞噬。這樣的超大質量黑洞對時間具有顯著的影響,令其減緩的速度遠遠超過銀河系中的任何物體。這使得它是臺“天然的時間機器”。

霍金想象宇宙飛船能充分利用這種現象。如果某個航天機構正在控制從地球發射的探測器,他們會發現繞軌道運行一圈的時間為16分鐘。靠近超大質量黑洞,時間就會慢下來。在這裡,引力影響遠比地球引力極端。機組人員的時間將會減慢一半。對於原本每圈要耗費的16分鐘,他們其實僅經歷了8分鐘。

光速

宇宙中存在著速度限制,即每秒鐘18.6萬英里(約合30萬公里),亦稱光速。任何物體不能超越這一速度。以接近於光速的速度旅行可以將你送達未來世界。

霍金說,如果科學家能夠建造速度接近光速的太空船,那麼太空船必然不能違反光速是最大速限的法則,導致艙內的時間變慢,這樣飛行一個星期就等於是地球上的幾年,也就相當於飛進未來。

在人類歷史上,速度最快的載人飛船“阿波羅”10號,速度為每小時2.5萬英里(約合每小時4萬公里),但要實現在時間中旅行,速度大約是“阿波羅”10號速度的27000倍。

太空飛船裡面裝載著巨量燃料,不斷加速,在一週內,它就可以到達外行星。兩年後,它可以達到半光速,飛出太陽系。再兩年後它將達到光速的90%,遠離地球約30萬億英里。發射四年後,飛船就會開始穿越未來。飛船上每度過一小時,地球上將度過兩小時。再經過兩年開足馬力的旅行,飛船將達到其最高速,也即光速的99%。在這種速度中,飛船上的一天,等於地球上的一年。這時,我們的飛船就真正飛入未來了。

英國曼徹斯特大學粒子物理學教授布賴恩·科克斯說:當我們用大型強子對撞機把粒子加速,達到光速的99%,粒子經歷的時間,以我們時間的1/7000速率消逝。太空中的數十年,在地球上可能已過去了數萬年。

霍金還表示,時間機器只能帶人進入未來,不能帶人回到過去,因為回到過去違反了基本的因果論。

時間

1895年,英國科幻小說家威爾斯的經典名作《時光機器》問世。此後,在過去與未來之間穿梭就成為了科學家的夢想。俄羅斯學者日前宣稱,宇宙間新次元的發現,時光旅行將可成真。

黑洞表面時間幾近停滯高度移動即可進入未來

物理學家發現,在我們生活的三維空間以外,還有另一個新的次元。這讓科學家相信,人類可藉由時光機器的幫助,在地球與黑洞之間來回,到達未來或過去。愛因斯坦曾在廣義相對論中,預言重力可以減緩時間流逝,黑洞的重力異常強大,因此在黑洞表面,時間相對於地球來說幾近停滯。

如果有一臺時光機器能載著人從地球到達一個黑洞的表面,以極高的速度移動,就可以在靠近黑洞之後,不被黑洞的重力吸引而安然返回地球,掉進無限遙遠的未來。

但是,美國科學界早已進行過多項相關實驗,未有任何顯著的成果,有學者指出,人體很難不在黑洞表面撞得粉身碎骨。

美國5年內製造超時空引擎幾分鐘內可飛抵月球

美國航空航天局一直在人造衛星上試驗宇宙飛船使用的離子引擎,並取得初步成功。據《新科學家》報道,美國航空航天學會(AIAA)2005年度“核能和未來航空”項目大獎的論文中描述了一種“超時空引擎”,就是讓飛船以極快的速度飛行,從而進入另一個空間。安裝了這種引擎的飛船,可以在幾分鐘內從地球飛抵月球,美國方面稱如果進展順利,5年後便能建造測試模型飛船。

學者稱宇宙存在六維時空強力磁場助力時光穿梭

愛因斯坦提出了所謂的“四維空間”模型。我們所身處的三維宇宙空間也會向第四維(時間軸)彎曲,就好像二維空間的平面向三維空間彎曲,而形成一個球形。把我們所身處的宇宙想象成這樣的一顆球,只不過是向時間軸彎曲而不是向Z軸彎曲。我們所處的空間即是球體的最表面,而從表面往球中心點算進去,就是所謂的子空間。事實上,除了利用子空間場外,一些高密度的星體周圍的重力場也會將星體壓向宇宙中心點(宇宙模型球體中心)。假設從a點到b點距離為1800萬公里,飛船的飛行速度為10萬公里/秒,那麼所用時間就為1800/10=180(秒)。假設從A點到B點距離為9000萬公里,那麼飛船從A點到B點的速度就是9000/180=50(萬公里/秒)。

從結果可以看出,雖然飛船一直以未超越光速的10萬公里/秒飛行,但它從A點飛到B點的速度卻為50萬公里/秒,已經超越了光速。這就是利用時空扭曲和時空跳躍達成的超光速飛行。

“曲速”就是利用強磁場所產生的子空間力場,讓光速的物理限制從真實空間移往子空間來計算。過程如圖所示分為幾個階段:

第一階段,飛船在A點起飛並開始加速;

第二階段,飛船利用強磁場所產生的力場,向子空間跳躍,來到a點;

第三階段,飛船在子空間飛行,從a點飛抵b點;

第四階段,飛船取消強磁場,跳躍回正常空間,來到B點

目前,對於穿越時間只說科學家們正在不斷探索,相信,在未來肯定會有實現的一天。

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