1. 怎么穿越时空
最简单的方法:
首先,你要明白光速在物理学上的意义。
光速,除了是在宇宙衡量空间距离的标尺,更是宇宙时间的标尺。
所以在相对论里,当你无限接近光速,你的时间将处于静止状态,因此它的推论是,当你超越了光速,就能起到穿越时空回到过去(或未来)。
事实上,在物质世界我们是无法超越光速。要超越光速,只可能在量子世界,或其它未知领域。
当你无限接近光速的,这时你20岁,去飞行到其它星系,再返回地球。用了100年。
而你仍然是约在20岁左右。
因为你的时间在飞行过程中,是一直处于近似静止状态的。
假使你真的超越了光速(举个例子),你可能回到过去5秒前,即你7:00分00秒出发,
超越光速出现在B地,那么这时的时间是6:59分55秒
你将重新经历5秒时间!
2. 怎样才能穿越时间(时光)
在理论上来说是可以的。不过条件以现有科学不能实现。
以下为剽窃的参考答案
根据爱因斯坦的相对论理论~时间并不是恒定的物质,时间和速度一样都是相对的。当一个物体运动的越快(越接近光速),那么他的时间过的也就越慢,因此我们可以猜测当超过光速时可以使时间倒流。
可以参考着名的孪生子理论。但是根据另一个速度理论物体运动无法超过光速,因为当越接近光速,施加在物体上的力转换成的速度就越小。因此物体只能无限接近光速。但是近年来发现的新粒子,比如负质子据说出现过超过光速的现象,但也有可能是超小型的虫洞造成的
事实上,对于"我们能否回到过去?"这个问题并没有定论,因为目前无论是在理论或实际上都没有达到成熟,只是一些科学家们在猜测.
近年来欧洲原子能研究中心的科研人员发现正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性。这是物理学史上首次直接观测到时间不对称现象,更直接地证明了时光可以倒流。美国贝尔实验室(Bell Lab)也曾经于实验中在亚原子程度下获得过同样的验证。
另一方面,对于人类的某些超异常“预感”能力(譬如着名的埃德加·凯西预言)的不解之谜,同样也必须建立在“时间倒流”理论的基础之上才能在科学上得以合理性的解释。预知未来的能力的实质就是捕获跨越时空的信息(的能力),而任何信息的传递都需要以物质作为媒介物。既然信息可以从未来时空“回到”现在,那么作为媒介物的物质本身也应该可以。
其次,在理论上“时间倒流”也同样具备了一定的条件。要达到“时间倒流”有两种方式:一是超光速,二是“虫洞”(Wormholes)。
按照爱因斯坦那个着名的能量质量关系式E=mc2,穿越时间隧道从现在回到过去完全是可能的。1905年,爱因斯坦在“狭义相对论”中这样解释一个“奇异”世界:我们所处的宇宙可以看成是一个四维时空,随着物体运动的速度增快,时间流程将会变慢,空间尺度将会缩短。1915年,爱因斯坦进一步提出他的引力理论,叫作“广义相对论”。同样在这个“奇异”世界中,在大质量物体(即强大的引力场)作用之下,时空结构会发生弯曲,时间流程也会变慢。一维时间可以像三维空间一样发生弯曲。1974年在美国杜兰大学的提普勒(Frank J Tipler)就曾做过计算,一个质量很大、无限长的圆柱体,若沿着轴心以接近光速自转,便可让航天员造访他自己的过去;同样的,这也是拖着光线绕着轴,以封闭曲线运动。1991年,美国普林斯顿大学的戈特(Richard Gott)则预测,宇宙弦(宇宙学家认为这种结构是在宇宙大爆炸初期形成)可以造成相似的结果。科学家们研究发现:当宇宙飞船经过重力场时,把重力场的拉力转换成推力,宇宙飞船在那段时间内,便可以以光速甚至超光速飞行。美国航空航天局(NASA)的专家们已经创立了“时空场共振理论”,这是以爱因斯坦和德国物理学家海森堡的“统一场论”为基础建立的。其要旨是:借助电磁、重力、光速和时空共同演变的伸缩性,瞬间跨越时光。但是,就算真能超光速,狭义相对论也提到物体运动速度越快、长度变得越短,越趋近光速、越为显着,此为“罗伦兹收缩”;而“广义相对论”也提到,趋近光速会受到强大潮汐重力场的作用。当到达光速时,换作是人的话,恐怕早已不成人形了,不用说超光速了。
所以说,另一方面“虫洞”就显得更为合理了。
在广义相对论发表后不久,1935年爱因斯坦就在理论上发现了“虫洞”--也就是由两个相连的“黑洞”所构成的时空结构中的“豁口”的存在--一条贯穿空间和时间的隧道。也就是说,只要能够建造一个稳定的虫洞,就可以跨越时间和空间。数学家把这种情形称作“多连通空间”(multiply connected space)。但理论家一直未搞清,虫洞仅允许光线通过?抑或飞船也能穿行?到了1988年,美国加州理工学院的桑恩和摩立斯终于得出了结论:虫洞的两端皆可出入,并非像黑洞那样是一种单向通道,只进不出;再者,旅行者在虫洞内仅受到一般的拉力,不像在黑洞中。并且,该大学柏克莱分校的吉普·索恩(Kip Thorne)教授还提出:光找到这样一个“虫洞”还不够,还必须使它的开口时间足够长,这样才能让人有足够的时间钻入它。因为根据量子理论,这个虫洞在强力的作用之下,将于瞬间关闭。有一种假设是利用开斯米效应(Casimir effect)等量子方式向“虫洞”里灌输反物质(Otone),这样就可以延长虫洞开启的时间。并且,同样利用反物质将其“扯大”,钻出一条长度约为一光年的“时间隧道”。这样一条“时间隧道”,便是由“现在”通往“过去”的“快捷方式”。这需要融合爱因斯坦的“广义相对论”和量子力学理论,创造出一个全新的量子引力论。着名的洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Lab)的科学家已在如何利用虫洞方面进行开拓。他们对反物质有了更深的研究:一直以来,这种奇怪的反物质只存在于理论之中,而今他们已成功地证明,反物质也存在于我们的现实世界之中。并且得出结论:虫洞的超强(引)力场,也一样可以通过反物质来中和。(“正物质”和“反物质”有一很有意思的差别,前者拥有“正质量”,能产生能量,后者具有“负质量”,却可以吸去周围的能量。)而实际建造一个虫洞要分3步:第一步,寻找或建立一个虫洞,开辟一个隧道用来连接太空中两个不同的区域。第二步,使虫洞稳定下来。由量子产生的负能量,虫洞便允许信号和物体安全地穿越它。负能量会抵制虫洞变为密度无穷大或接近无穷大。换句话说,它阻止了虫洞演变成黑洞。第三步是牵引虫洞。一艘具有高度先进技术的宇宙飞船将虫洞的入口互相分离开。如果两个端口都放置在空间中合适的地方,那么时间差将保持恒定状态。假设这一差值是10年,一名宇航员从一个方向穿越虫洞,他将跳到10年后的未来,反之,宇航员若是从另一方向穿越虫洞,他将跳到10年前的过去。这听起来像科幻,但已是一个美国宇航局拟资助的真实的研究项目。
甚至还有物理学界权威认为,在我们这个世界里虫洞就可能以普朗克长度(约10-33公分)这种极微的尺度下自然存在。虽然这只有原子核的1/1020那么小,但在理论上,这么小的虫洞,只需要一束能量脉冲便可将之稳住,接着便可将它膨胀到可资使用的大小。因此,如果已经有某个超文明可以驾驭它的话,那么甚至完全可以在地球表面某一特定区域建造。1979年, 美国和法国科学家利用仪器,在百慕大魔鬼三角附近海底发现了金字塔。其由特殊材质所造,塔底边长约300米,高约200米,塔尖离海面仅100米,比埃及金字塔大得多。塔下部有二个巨大的洞穴,海水以惊人的速度从洞底流过这里。也就是说,迄今为止人类在地球上所发现的最大的金字塔位于同处于北纬30度的百慕大三角,这就足以证明百慕大魔鬼三角与埃及金字塔之间存在着让人意想不到的密切联系。从另一方面来考虑,如果未来文明出现了由人工制造的时间隧道,那么必然从远古至未来在外层空间甚至地球表面某一特定区域存在着时间通道的入口。由百慕大三角区域所发生的大量飞机与轮船神秘失踪事件,并且恰好又有UFO以及USO频繁出没,因此完全有理由将此作为(时间通道入口的)最大嫌疑对象。
(事实上,此处也的确发生过多起时空扭曲事件:1966年1月6日从阿鲁巴岛出发的“尤里西斯”号双桅帆船在百慕大三角神秘失踪,却于1990年突然出现在委内瑞拉加拉加斯市郊的海滩上,船上的三个水手的年龄和生理状况跟24年前并无差异;1955年一架飞越百慕大三角海区时失踪的飞机于1990年完整无损地飞回原定目的地机场,其中一名飞行员的出生证表明他现在已有77岁,但他看起来只有40出头;1954年由洛根和诺顿所乘坐的热气球在魔鬼三角地带神秘失踪,经多方查找,仍无下落。1990年春在古巴的春季热气球比赛中,那只失踪36年的热气球在消失处又突然出现……)
假如技术上的诸多难题都被克服了,时间机器的生产将会打开充满悖论的潘多拉盒子。关于跨时间旅行最后还有一个悖论至今没有人可以解决。举个例子来说,如果一个人真的“返回过去”,并且在其母亲怀他之前就杀死了自己的外祖母,那么这个跨时间旅行者本人还会不会存在呢?对于“外祖母谬论”,现今最受物理学界所推崇的解决方案是“多重宇宙”理论——世界不是只有一个,而是有许多平行的世界。1957 年物理学家 Hugh Everett 根据量子力学提出“多重世界理论”,认为宇宙从“大爆炸”开始的演化过程上,如分叉路般不断地分裂为二,歧异点是某件关键事件引起的量子转移,而分出的世界便产生差异,成为多重“平行世界”或“等次元宇宙”。(迄今为止,在理论上又可分为三类:量子力学多宇宙体系、广义相对论多宇宙体系、涡流增压多宇宙体系。)并且,近年来物理学家Stephen Hawking 又指出:无数个宇宙通过“虫洞”相互连结。你回到过去,但那不是你自己的世界,而是和你的历史相似的等次元宇宙。这样,即便你打死了自己的外祖母,她在那个世界也的确死了,但当你回到未来时,她依然活得好好的。但是,如果真是这样的话,那么大量的有关时间倒流的事实证据也就无从解释了。要解决此矛盾,需要创造一个全新的假设——“镜子理论”。打个比方:我们单凭自己的肉眼就能直接看到自己身体表面的大部分部位,但是不通过镜子是永远也无法看到作为产生(自己)视觉感观的物质基础的(自身的)头部,之所以无法看到自身头部是由于视线受到了空间上的限制。同样道理,所谓的“镜子”代表了与历史相似的“等次元空间”;而“头部”即代表了历史中自己的祖先以及过去的自己(作为构建了“现在的自己”存在因素的物质基础)。也就是说,通过“时间倒流”,时间旅行者的确能够回到真的历史中,但由于受到了时空上的限制,时间旅行者是永远也无法与历史中自己的祖先以及过去的自己发生直接的接触与联系的。谋杀自己的外祖母只能在“等次元空间”中存在。因此:由于过去的物质,现在的物质,将来的物质在某些性状的本质上是有所区别的。时间旅行者一旦即将与历史中自己的祖先以及过去的自己发生接触,那么作为时间旅行者本人在我们这个世界的历史中所存在的因素就将消失,就像百慕大魔鬼三角突然神秘失踪的轮船和飞机那样,而只能存在于“平行宇宙”中。
这样,既解决了“外祖母谬论”,同时又为远古地球的确受到过未来文明影响提供了理论基础。
也只限于回到过去 、
也就是说,我们或许可以回到过去.但上文也提到了,这些理论在目前只是假设!
3. 穿越时空的方法,我要回到过去!!
不可否认,拥有时间机器是一件非常棒的事情。谁不想回到过去,去改变历史,让自己成为超级大明星。科学家也给我们列出了一些实现时间穿越的方法。但是,等等,他们似乎忘记发给你一本穿越守则,不然,你可能有命穿越,无命回来。 1. 你会死得更快 借用时空穿梭电影《比尔和泰德历险记》 中Rufus 教授说的话‘不管你做什么,不管你在哪里,这个时钟,圣迪马斯的时钟一直在转动。’。所以,当你使用时空机器回到过去,去大冒险个6个月,然后再回到现在的时间。你会发现,也许你还是回到穿越前的那一刻,但是,你的身体状况又变老了6个月。 记住,时间机器不会改变你的年纪,不管你向前穿越还是向后穿越。你将永远有一条属于自己的时间线。当你明白了这一点,再来看时空穿越,这无非是预知自己的生命与魔鬼交易。 2. 你吃不下任何东西 我们说的是,你穿越回很久很久上千年之前。人类花了1000多年的时间来研究净化食物与水的技术,现在人类的胃已经很难在容忍那种极不卫生的饮食条件。所以当你穿越回到过去,你可能会发现,这里的各种食物,都会让你的肚子狂风大作,不仅仅是胃口,更是让你的消化系统彻底崩溃。如果你已经确定要开始一次时空之旅,而且是特别远古那种,我们将非常遗憾的通知你,你必须放弃掉所有可口的饭菜,忍受一段时间的饥饿or疾病。 3.没有人能够理解你 这不是在演电影,里面的人都只说一种英语。事实上,当你回到过去,你会发现即便是你们说的同一种语言,但很难听懂或者理解对方。呃,你要试图了解几年前的古人在说什么?又要试图让那些古人知道你在说什么? 想想你在语文古文考试中的成绩?!放弃吧,改变历史,成为名人并不是这么容易的事。除非你事先就是一个古代语言专家。所以,现在你还要试图穿越回哪儿?你最好的选择是,做一个哑巴……去改变历史。当,记住古代的规矩有时候极其严厉,你稍做错一个事情,可能就会引来刑罚和灾祸。 4. 不管你到哪儿,你都渺小得如同不存在。 有了之前的困难,如果你还是硬要穿越的话。我们得警告你,不管你到哪儿,你都渺小得如同不存在。开始学会适应古人的生活?首先你是一个身无分文的人,其次你又不太会说当地语言,然后告诉我,你要怎么开始生活?你会在哪里打一辈子低廉的劳工,你没有身份证(因为你根本就不是当时出生的),你没有家人,你或许会结识到几个朋友,当是这都不重要。重要的是,你为什么要去忆苦思甜?更可怕的是,你会被当作怪物or非法移民而被到处驱逐。 5.你是个身无分文的人 恭喜你的时空机器产生了效果,你即将要飞向过去,去收集各种古玩字画。但是,等等,我想你只能用偷的办法吧?因为,你的钞票在当时不仅看上去可笑,更是透露了以后伟大领袖是谁的国家机密。 当然,你可以选择带一些食物去交换?!那么请确保你在交换之前,食物不会坏掉。但是,如果你是去未来,当然,我们都能想到,祝愿你成为彩票富翁 :D 6.飞向未来是走不通的 呃,我们刚想出一个赚钱大把大把的机会,现在又给否定了。 首先我们得了解这一点:时空穿越一般是没有具体地址的,.因为地球一直在不停运动,所以除非你计算出地球在N百年后的太空三维坐标,不然你很可能落空。好吧,即便我们承认这个问题可以解决。接下来,地球的景观在不停变化,从远古到现代,填平了多少片海?挖穿了多少座山。你所处的公寓可能400年前就是森林,所以,这种情况发生,你很难确定飞往的目的是安全的,而不会掉落到一棵树上。好吧,你可以使用历史书来为自己飞往过去确定地点。但是关于未来,我们无从得之。如果未来是水世界,你可能会被直接送到鲨鱼肚子里。 综上所述穿越有危险投身需谨慎~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~渴望采纳········
4. 用什么办法能穿越时空
在物理学的研究中,人们提出过很多佯谬。提出佯谬的目的,是使所研究的问题尖锐化,以便于进一步把理论的基本概念搞清,或弄清逻辑论证中有什么错误,或隐含着什么样的假定,或者忽略了其它什么重要因素,等等。关于狭义相对论就曾提出过两个佯谬,即“双生子佯谬”和“爷孙佯谬”(即超光速运动所导致的时间倒流或因果颠倒问题)。“双生子佯谬”在狭义相对论推广到广义相对论后得到解决,“爷孙佯谬”将在本文所讨论的狭义相对论的进一步推广中得到解决。
一、双生子佯谬
设想有两个孪生兄弟甲和乙,甲乘飞船作太空旅行,乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飞船在极短的时间内加速到速度v(速度v接近光速c)。然后飞船以速度v作匀速直线飞行,飞船飞行很长一段时间后,迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行。回到地面时紧急减速、降落,并与一直在地面上的乙会合。甲只在启动、调头、减速降落的三段时间内有加速度,其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行,处于狭义相对论适用的惯性系。
按照第一章由洛仑兹变换导出的运动的时钟变慢的关系式
其中,△t为惯性系S的一静止的时钟所走过的时间,△t/为相对于S系以速度v运动的惯性系S/的一静止的时钟走过的时间。
因甲启动、调头、减速降落的时间很短,如果略去这三段时间,则有
τ为甲乘飞船作太空飞行所度过的时间,T为乙在地球上在甲乘飞船作太空飞行期间所度过的时间。即甲作高速太空旅行,返回时发现乙比甲变老了。
如果飞船速度非常接近光速c,相对论效应就会非常明显,如若v = 0.9999c ,则T=70.71τ。即如在这一对孪生兄弟20岁时,甲乘飞船作太空飞行,甲认为飞行时间只有一年,在其返回地面时,甲只有21岁,但他却发现乙却成了90多岁的老人了,亦即乙比甲年老了许多。
但是,以上情形还可以换另一个角度来考察。即对于乘坐太空飞船的甲来说,甲在飞船上静止不动,甲看到乙在极短的时间内朝相反的方向加速到速度v,然后乙以速度v作匀速直线飞行,乙飞行很长一段时间后,迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行,在与甲会合时紧急减速。在甲看来,乙只在启动、调头、减速的三段时间内有加速度,其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行、亦处于狭义相对论适用的惯性系。因此,在甲看来,如果略去乙启动、调头、减速这三段时间(因这三段时间相对很短),在乙离开飞船期间,乙所度过的时间τ/与甲所度过的时间T/也应存在以下关系(狭义相对论一般将相对于静止系统作匀速直线运动的系统内静止的钟所走过的时间记为τ,称为该系统的原时)
这样,在甲乙会面时,甲比乙变老了。即如乙作匀速直线飞行的速度为v = 0.9999c ,在乙飞离甲一年后与甲会面时,乙只有21岁,但他却发现甲却成了90多岁的老人了,亦即甲比乙年老了许多。
可见,从不同的角度分析其结论是不同的,而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了许多还是甲比乙年老了许多?还是两者都错了,二人应该一样年轻?这个命题就叫做“双生子佯谬”。
“双生子佯谬”使人们争论了很长时间,爱因斯坦在1918年专门写了一篇文章,以一个访问者和他本人问答的方式,说明了“双生子佯谬”的问题所在,“双生子佯谬”问题才告解决。
人们在讨论“双生子佯谬”问题时,无论从哪个角度考虑,总是为了应用狭义相对论,并认为启动、调头、减速这些过程的时间很短,所以将启动、调头、减速这些过程的时间给忽略了。但“双生子佯谬”问题的关键,恰恰是被忽略了的这些过程所引起的。
在按第一种观点考虑“双生子佯谬”问题时,乙留在地面等待甲,甲乘飞船作太空旅行,甲所乘坐的飞船在启动、调头、减速降落这些过程的加速、减速,都是相对于乙所在的惯性系而言的,所以这些过程没有什么附加的特殊效应,又因这些过程的时间都很短,所以可以将其忽略;而按第二种观点考虑“双生子佯谬”问题时,既认为甲及其所乘坐的飞船静止不动,乙在飞离甲及甲所乘坐的飞船时,乙在启动、调头、减速这些过程的加速、减速,是相对于甲所处的非惯性系而言的。按照广义相对论的等效原理,相当于考察乙的运动的参考系中有一个引力场,虽然甲和乙都处在这一引力场中,但因他们在引力场中所处的位置不同,因而引力场对他们的影响也就不同。在乙启动及减速降落时,甲和乙距离较近,他们的引力场势相差不大,引力场对他们时间的流逝的影响也相差不大,所以仍可将这部分较短的时间忽略。而在乙调头时,由于甲和乙的距离非常遥远,这时乙的引力场势远高于甲,它使乙的时间比甲流逝得要快的多,或者反过来说,它使甲的时间比乙流逝得要慢的多。这一影响超过了乙相对于甲匀速运动期间速度v对时间的影响,使乙飞行归来与甲会合时,乙仍然要比甲变老了。所以乙调头这一过程在考虑“双生子佯谬”问题时是不能忽略的。运用广义相对论进行计算的结果,是乙的时间τ/与甲所度过的时间T/也存在以下关系
或
即乙飞行归来与甲会合时,甲仍然是21岁,而乙是90多岁。
1966年,人们在实验中测得μ子绕圆形轨道高速运动时,其平均寿命比在地面上静止的μ子的平均寿命长。1971年,人们又观察到了放在卫星上绕地球旋转的原子钟比地面上的原子钟走的慢的现象。这些实验证明了广义相对论的正确性,同时也证明了爱因斯坦关于“双生子佯谬”问题论证的正确性。
二、爷孙佯谬
人们在研究狭义相对论的坐标变换,并考虑运动速度v超过光速c的情形时,又提出了“爷孙佯谬”。
由上一节我们知道,两事件的时间间隔与它们的空间位置和考察这两事件的惯性系间的运动状态有关。虽然如此,两事件的先后次序仍应是绝对的,不能因为它们的空间位置和考察这两事件的惯性系间的运动状态不同而改变,即相对论仍然遵循逻辑关系的因果律,亦即要先有因再有果,如去太空旅行须先启程,然后再返回;种田须先播种再收获,人是先出生后死亡。基于这种考虑,人们对相对论进行了如下探讨。
假设惯性系s/相对于惯性系S以速度v作匀速直线运动,S中有两事项P1(x1,t1)和P2(x2,t2),这两事项在s/系的坐标为(x1/,t1/)和(x2/,t2/),例如这两事项是信号由P1传递至P2 ,则信号的传递速度为
根据洛仑兹变换的时间变换关系 得
考虑这两事件的因果关系在两惯性系不变,即它们的先后次序不变,因而有
t2-t1>0 ; t2/-t1/>0
故有
即:
因为v < c ,所以满足上式的充分条件是:
即不破坏因果关系的要求是u≤c,亦即所有信号的传播速度,包括相互作用的传递速度、物体的运动速度都不能超过光速c。否则,如果u>c,则总存在这样的一些惯性系,使t2-t1和t2/-t1/的符号相反,这就意味着将出现时间倒流、因果颠倒的情形。有人据此提出如下命题:如果u>c,即存在超光速而出现时间倒流,那么设想某人进入超光速世界的时间足够长,他的时间不仅倒流到他出生以前,而且倒流到了他父亲出生以前,这时他将他的爷爷杀掉,然后又回到我们的低光速世界,这时他和他父亲是否存在,如果存在,他父亲又怎么出生。人们将这一命题称为“爷孙佯谬”,又称为“祖父悖论”。
有人并不管“爷孙佯谬”或“祖父悖论”的逻辑困难,尽情地在科幻小说、科幻电影、儿童片中发挥着超光速飞行和时间倒流。
三、超光速运动(快子)研究现状
也有一些人凭着直觉、猜想或哲学的思辩对超光速粒子(即快子)作出了种种推测。尤其现在出现了UFO(飞碟)研究热,人们依据有关飞碟的目击报告和其它有关报道、报告,断定存在超光速飞行,并且也对超光速粒子作出了种种推测。所有这些推测都缺乏理论依据,没有经过严格的理论推导。因而这些推测、猜想所作出的结论是杂乱的,无法作一概括性的介绍。现仅对其中的一些罗列如下,本文只在所引原文后附一个评注,权作是与原文作者及读者的一个讨论:
1、阿西莫夫在《你知道么?—现代科学中的一百个问题》(科学普及出版社 1984年)中写到的第51个问题:
既然没有任何东西能超过光速,人们所假定的那种运动得比光快的快子又是什么玩艺儿呢?
爱因斯坦的狭义相对论有一个要求:我们宇宙中所存在的一切物体,都无法以超过真空中的光速的相对速度运动。单是为了迫使物体达到光速,就得花费无限多的能量,而把它推动到超过光速,就需要花费比无限多还要多的能量,这简直是无法思议的了。
不过,让我们暂时假定有一个物体正在以超过光速的速度运动。
光的速度是每秒约300,000公里,那么,要是有某个质量为1公斤、长度为1厘米的物体以每秒约424,000公里的速度运动,会发生什么情况呢?如果我们应用爱因斯坦的方程,它就会告诉我们说,这时物体质量将等于(负的负1的平方根)公斤,它的长度将变成(负1的平方根)厘米。
换句话说,任何一个运动得比光还快的物体,都会具有必须用数学上所谓“虚数”来表示的质量和长度。我们没有任何办法把用虚数表示的质量和长度具体化,所以,大家就很容易认为,这样的东西既然是无法想象的,它们就不会存在了。
但是,1967年,美国哥伦比亚大学的杰拉尔德·范伯格却认为很有希望把那样的质量和长度具体化(范伯格并不是最先提出快子的人,这种粒子是比拉纽克和苏达珊最先假定的,但是,范伯格推广了这种概念)。也许,由“虚数”表示的质量和长度只不过是一种描述具有(让我们说是)负重力的物体的办法—这种物体同我们这个宇宙中的物质并不是靠万有引力互相吸引,而是互相排斥。
范伯格把这种比光还要快的、具有虚质量和虚长度的粒子称为“快子”。要是我们假定这种快子能够存在,那么,它是不是能够按另一种方式来遵循爱因斯坦方程的要求呢?
显然,快子是会这样的。我们可以描绘出比光跑得还要快,但却遵循相对论要求的快子所构成的整个宇宙。不过,为了使快子能够做到这一点,在涉及能量和速度的时候,情况就会同我们通常所习惯的情况相反。
在我们这个“慢宇宙”中,不运动的物体的能量等于零,但是,当它获得能量时,它就运动得越来越快,如果它得到的能量无限大,它就会被加速而达到光的速度。在“快宇宙”中,能量等于零的快子以无限大的速度进行运动,它所得到的能量越大,它的运动就越慢,到能量为无限大时,它的速度就降低到光速。
在我们这个慢宇宙中,一个物体在任何条件下都不能运动得比光快。而在快宇宙中,一个快子在任何条件下都不能运动得比光慢。光速是这两个宇宙之间的界线,它是不能超越的。
但是,快子是不是真的存在呢?我们可以断言说,有可能存在着一个并不违反爱因斯坦理论的快宇宙,不过,有可能存在并不一定就等于存在。
探测快宇宙的一种可能的途径,就是要考虑到如果有一个快子超光速通过真空而运动,那么,在它飞过时就必定会留下一道有可能探测到的光尾迹。当然,大多数快子都飞得非常快—比光还要快几百万倍(正像大多数普通物体都运动得非常慢,只达到光速的几百万分之一那样)。
一般的快子和它们的闪光在我们能够发现它们之前,早就一瞬即逝了。只有那种非常罕有的高能快子,才会以慢到接近光速的速度从我们眼前飞过。既使在这种场合下,它们飞过一公里也只需要三十万分之一秒左右的时间,所以,要发现它们也是一桩极伤脑筋的任务!
评注:从虚数的长度和质量出发,认识到快子的相互排斥!但他们认为在快子飞过时会留下一道有可能探测到的光尾迹,不会吧?如果是这样,快子岂不早被探测到了?他们还认为快子的速度为无穷大时质量为零?
2、美国的马丁·哈威特在《天体物理学概念》(科学出版社 1981年第1版 第213、214页)一书中这样写到:
当爱因斯坦首次发现狭义相对论概念时,他明确指出物体运动速度不可能大于光速,他认为静质量和能量的关系式
已经说明,为了把物体加速到光速就需要无穷大的能量。因此如果粒子静质量不是零,粒子就不可能达到光速,当然更谈不上超过光速。
近年来,许多研究工作者却又提出了这个问题,他们认为连续的加速确实是无法达到光速的,但单凭这一点还不能排除超光速物质的存在,这是通过其它手段产生出来的,他们把以大于光速c的速度运动的粒子称为快子,并研究了这类实体可能具有的性质。
主张应该对超光速粒子存在的可能性进行研究的基本论点是:对于速度大于光速和小于光速的两种情况,洛仑兹变换在形式上是相似的,此外变换本身并未排除快子存在的可能性。
当然变换的相似性并不意味着粒子和超光速粒子的表现性质完全一样。如果我们看一下静质量和能量的关系式,我们就发现当粒子运动速度v > c 时分母中的量就是虚数。因此如果超光速粒子的质量(此处指静止质量m0)是实数,那么其能量就应当是虚数。实际上,人们把超光速粒子的(静止)质量取为虚数,其主要的依据就是观测上不能排除这样的选择。也许这是一种消极的途径,但如果我们不作这种假设,我们就更难取得进展,即更没有办法对实验可能取得的结果作出某些预言。
把质量选为虚数后就能使能量E变为实数,同时如式
所示,动量也是实数。
现在把动量—能量关系式
和质量—能量关系式结合起来,我们得到
当v变大时,看来E就会变小,在速度趋于无穷大的极限情况下能量变为零。但此时动量仍为有限值,并不断地朝| m0c|这个值逼近。
至此,我们不过是在把质量取为虚数这一点上脱离了正统观念。
人们已经为探索快子进行了初步的实验,但是至今还没有探测到,不过,或许将来有一天会发现它们。
看来,超光速粒子不容易与通常的物质发生相互作用,这是它的一个缺点。如果不是这样,我们现在就可能已经发现它们了。
评注:本文作者认为人们把快子的静止质量m0取为虚数是消极的,看来是出于无奈!不过把快子的静止质量取为虚数后,快子的动质量 m 和能量、动量便都为实数了,因而快子便和通常的物质具有相同的行为,所以便可以得出快子是可以探测到的结论。据此理论无法理解为什么探测不到快子,只能空叹息“超光速粒子不容易与通常的物质发生相互作用—这是它的一个缺点。”实际上这正是快子的一个优点,当人们真正了解到快子以后就会发现,它为我们提供了一个更丰富、更生动的世界,并让我们理解我们原来所不能理解的神秘现象,使人能够更好地发挥自身所具有的潜能。
3、徐克明 甄长荫主编的《一万个世界之谜·物理分册》把“光速是物质运动速度的极限吗?”作为一个谜:
相对论明确指出,任何物体(粒子)的速度总是小于c,最多等于c 。这个理论上的结果已被大量实验所证实。然而,在某些问题中,也会出现超光速的情况。这一看来矛盾的情况,只要我们将速度概念再进一步分析一下,就可以将它们统一起来。
这是因为,狭义相对论只对物质运动速度,或者说信号传播速度和作用传递的速度给出了极限,它并没有限制任何速度都不能超光速,因此,并不能排除自然界本来就存在超光速粒子的可能性。我们把小于光速的粒子叫做“慢子”,超光速的粒子叫做“快子”。自然界的粒子分成慢子、光子和快子三类。近年来,有人按静止质量的大小把它们分成三个类别:慢子m02 >0 , 光子m02 =0 ,而快子m02 <0 。目前关于超光速的实验观测是非常令人关注的,其主要领域多集中在天文现象方面,但目前尚无具体结果。那么,自然界究竟是否存在超光速粒子呢?这还是个谜。
评注:同上文观点相似,是一种颇具代表性的的观点。
4、南京航空航天大学的田道钧在《飞碟动力系统的研究概况与展望》中,对飞碟可能的动力原理进行了列举,其中的一个为:
虚质量原理 根据爱因斯坦的狭义相对论知,设物体的静止质量为m0 ,则其运动质量m与速度ν的关系为
当在亚光速0<v<c时,有m0<m<+∞,即运动质量m总是大于静止质量m0,并随着v的增大而接近于光速c时,引起质量m的无限增大,这表明任何有质量的物体其运动速度v以光速为上限,永远不可能达到光速,更不可能超过光速!现在要想实现星际飞行试问:宇宙间有没有超光速运动的物体?其次,怎样使飞碟实现超光速运动?为此先看,在实际观察中,1973年澳洲科学家通过连续观测和研究,发现的确有超光速运动的粒子存在,叫做“快子”,其速度以光速c为下限(这岂不与上述结论矛盾?不!因为上述结论是指“有质量”的物体,而在宇宙中确实有些物体在静止状态时没有质量,比如构成所有电磁辐射的基本单位的光子,引力的基本单位引力子等),其次,从理论上为了把上述公式推广到超光速v >c的范围(但又不与亚光速v <c时的情况相矛盾),当取v >c时,m为虚数(即把物体的质量由原来的实数范围相应地推广到了复数范围),叫做虚质量,这就是快子。快子的特性为,当其速度越慢,则其能量越大,如给快子一个推力使其能量加大,其速度反而会减小,如所给推力无限增大,其速度将趋近于光速而以光速为下限,反之当其能量越小,其速度反而越快,即在快子的运动方向给一个阻力,如通过阻滞介质以削弱其能量,其速度反而会增大,直到其能量完全消失,其速度将接近于无穷大!据此可见,如能设计出一种转换装置,把飞碟及其负载的每一个亚原子粒子全都转变成快子,即可在一瞬间飞出去而不需任何加速,其速度比光速快很多倍,并可通过调节其能量来控制速度大小,用不了几天就可飞到另一个遥远的星系,在那里不需任何减速,再通过转换装置把快子转换成亚原子粒子,最后再还原成原来的飞碟及其负载,上述情况听起来简直是不可思议!但据《新民晚报》1998年1月17日报导,奥地利因斯布鲁克实验物理学院的科技人员,通过一个光学仪器控制盘把处于量子状态的光子不借助于任何媒体传输到另一个光子,初步完成了“远距离传物”(即把物质转变成光子迅速传送到遥远的目的地,然后再重新转变成原来的物质)的实验,值得重视。
评注:将v>c直接应用于爱因斯坦的质量速度关系式,得到的质量不仅是虚数,而且还是负数,田先生对此未作任何解释,不可取。至于1973年澳洲科学家通过连续观测和研究,发现的确有超光速运动的粒子存在,并未得到人们的承认,估计是下文所介绍的假超光速现象的一种。
5、一篇较全面介绍有关超光速问题的文章:
相对论与超光速 本文编译自(Relativity FAQ .Philip Gibbsneo6编译)
人们所感兴趣的超光速,一般是指超光速传递能量或者信息。根据狭义相对论,这种意义下的超光速旅行和超光速通讯一般是不可能的。目前关于超光速的争论,大多数情况是某些东西的速度的确可以超过光速,但是不能用它们传递能量或者信息。但现有的理论并未完全排除真正意义上的超光速的可能性。
首先讨论第一种情况:并非真正意义上的超光速。
(1) 切伦科夫效应 媒质中的光速比真空中的光速小。粒子在媒质中的传播速度可能超过媒质中的光速。在这种情况下会发生辐射,称为切仑科夫效应。这不是真正意义上的 超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。
(2) 第三观察者 如果A相对于C以0.6c的速度向东运动,B相对于C以0.6c的速度向西运动。对于C来说,A和B之间的距离以1.2c的速度增大。这种“速度”—两个运动物体之间相对于第三观察者的速度—可以超过光速。但是两个物体相对于彼此的运动速度并没有超过光速。在这个例子中,在A的坐标系中B的速度是0.88c。在B的坐标系中A的速度也是0.88c。
(3) 影子和光斑 在灯下晃动你的手,你会发现影子的速度比手的速度要快。影子与手晃动的速度之比等于它们到灯的距离之比。如果你朝月球晃动手电筒,你很容易就能让 落在月球上的光斑的移动速度超过光速。遗憾的是,不能以这种方式超光速地传递信息。
(4) 刚体 敲一根棍子的一头,振动会不会立刻传到另一头?这岂不是提供了一种超光速通讯方式?很遗憾,理想的刚体是不存在的,振动在棍子中的传播是以声速进行的,而声速归根结底是电磁作用的结果,因此不可能超过光速。(一个有趣的问题是,竖直地拎着一根棍子的上端,突然松手,是棍子的上端先开始下落还是棍子的下端先开始下落?答案是上端。)
(5) 相速度 光在媒质中的相速度在某些频段可以超过真空中的光速。相速度是指连续的 (假定信号已传播了足够长的时间,达到了稳定状态)的正弦波在媒质中传播一段距离后的相位滞后所对应的“传播速度”。很显然,单纯的正弦波是无法传递信息的。要传递信息,需要把变化较慢的波包调制在正弦波上,这种波包的传播速度叫做群速度,群速度是小于光速的。(译者注:索末菲和布里渊关于脉冲在媒 质中的传播的研究证明了有起始时间的信号[在某时刻之前为零的信号]在媒质中的传播速度不可能超过光速。)
(6) 超光速星系 朝我们运动的星系的视速度有可能超过光速。这是一种假象,因为没有修正从星系到我们的时间的减少(?)。
(7) 相对论火箭 地球上的人看到火箭以0.8c的速度远离,火箭上的时钟相对于地球上的人变慢,是地球时钟的0.6倍。如果用火箭移动的距离除以火箭上的时间,将得到一 个“速度”是4/3 c。因此,火箭上的人是以“相当于”超光速的速度运动。对于火箭上的人来说,时间没有变慢,但是星系之间的距离缩小到原来的0.6倍,因此他们也感到是以相当于4/3 c的速度运动。这里问题在于这种用一个坐标系的距离除以另一个坐标系中的时间所得到的数不是真正的速度。
(8) 万有引力传播的速度 有人认为万有引力的传播速度超过光速。实际上万有引力以光速传播。
(9) EPR悖论 1935年Einstein,Podolski和Rosen发表了一个理想实验试图表明量子力学的不完全性。他们认为在测量两个分离的处于entangled state的粒子时有明显的超距作用。Ebhard证明了不可能利用这种效应传递任何信息,因此超光速通信不存在。但是关于EPR悖论仍有争议。
(10) 虚粒子 在量子场论中力是通过虚粒子来传递的。由于海森伯不确定性这些虚粒子可以以超光速传播,但是虚粒子只是数学符号,超光速旅行或通信仍不存在。
(11) 量子隧道 量子隧道是粒子逃出高于其自身能量的势垒的效应,在经典物理中这种情况不可能发生。计算一下粒子穿过隧道的时间,会发现粒子的速度超过光速。一群物理学家做了利用量子隧道效应进行超光速通信的实验:他们声称以4.7c的速度穿过11.4 cm 宽的势垒传输了莫扎特的第40交响曲。当然,这引起了很大的争议。大多数物理学家认为,由于海森伯不确定性,不可能利用这种量子效应超光速地传递信息。如果这种效应是真的,就有可能在一个高速运动的坐标系中利用类似装置把信息传递到过去。
Terence Tao认为上述实验不具备说服力。信号以光速通过11.4cm的距离用不了0.4纳秒,但是通过简单的外插就可以预测长达1000纳秒的声信号。因此需要在更远距离上或者对高频随机信号作超光速通信的实验。
(12) 卡西米(Casimir)效应 当两块不带电荷的导体板距离非常接近时,它们之间会有非常微弱但仍可测量的力,这就是卡西米效应。卡西米效应是由真空能(vacuum energy)引起的。 Scharnhorst的计算表明,在两块金属板之间横向运动的光子的速度必须略大于光速。但进一步的理论研究表明不可能利用这种效应进行超光速通信。
(13) 宇宙膨胀 哈勃定理说:距离为D的星系以HD的速度分离。H是与星系无关的常数,称为哈勃常数。距离足够远的星系可能以超过光速的速度彼此分离,但这是相对于第三观察者的分离速度。
(14) 月亮以超光速的速度绕着我旋转! 当月亮在地平线上的时候,假定我们以每秒半周的速度转圈儿,因为月亮离 我们385,000公里,月亮相对于我们的旋转速度是每秒121万公里,大约是光速的四倍多!这听起来相当荒谬,因为实际上是我们自己在旋转,却说是月亮绕着我们转。但是根据广义相对论,包括旋转坐标系在内的任何坐标系都是可用的,这难道不是月亮以超光速在运动吗?
问题在于,在广义相对论中,不同地点的速度是不可以直接比较的。月亮的速度只能与其局部惯性系中的其它物体相比较。实际上,速度的概念在广义相对论中没多大用处,定义什么是“超光速”在广义相对论中很困难。在广义相对论中,甚至“光速不变”都需要解释。爱因斯坦自己在《相对论:狭义与广义理论》 第76页说“光速不变”并不是始终正确的。当时间和距离没有绝对的定义的时候, 如何确定速度并不是那么清楚的。
尽管如此,现代物理学认为广义相对论中光速仍然是不变的。当距离和时间单位通过光速联系起来的时候,光速不变作为一条不言自明的公理而得到定义。 在前面所说的例子中,月亮的速度仍然小于光速,因为在任何时刻,它都位于从它当前位置发出的未来光锥之内。
(15) 明确超光速的定义 四维时空中的一个点表示的是一个“事件”,即三个空间坐标加上一个时间坐标。任何两个“事件”之间可以定义时空距离,它是两个事件之间的空间距离的平方减去其时间间隔与光速的乘积的平方再开根号。狭义相对论证明了这种时空距离与坐标系无关,因此是有物理意义的。
时空距离可分三类:类时距离:空间间隔小于时间间隔与光速的乘积;类光距离:空间间隔等于时间间隔与光速的乘积;?/ca>
5. 怎么才能穿越时空
时空交错时,地球停滞时,黑洞出现时,精神与肉体分开时. 但这一切都不可能!最多只能让我们看到海市蜃楼般的时空穿越.首先先讨论一下时光穿梭的可能性,根据相对论,时间流逝的速度是和物质的速度成反比的,也就是说时间不是一成不变的加在每个物体上,这个物质运动的速度越快,时间流逝的速度越慢,(也就是天上方一日,地上已千年的效果,我看得很多科幻文章都有这样的描写)我们可以说这种情况就是到达未来,那又如何才能回到过去呢?那就需要超越光速这道屏蔽,进行超光速运动,理论上这种情况几乎是不可能的,因为越是接近光速需要的能量就越大,如果想超越光速那就需要近乎无限的动能,这显然是不可行的,当然这是基于这个理论成立的情况下
那好,我们现在忽略这个难题,展开想象,如果我们真的能穿梭时空到达过去,会发生什么事呢?
我记得好像中学学过一个定理是什么能量守恒定理,这个定理适用于全宇宙,能量处处守恒,就像一个达到平衡的天平,如果一个物质回到过去会是什么状况呢?就像是突然给这个平衡的天平其中一边加了个砝码,那会是什么样的情景阿!宇宙的平衡刹那间崩塌,宇宙会像煮沸的水一样沸腾,直至达到另一个平衡状态为止,如果你我是这个宇宙的居民,那就是世界的毁灭!
哈哈,这就是我对时空穿梭的一点歪论,只是一时兴趣所致,胡乱写的一些东西,我觉得这个理论有个致命的悖论,就是无论光速理论还是守恒理论都是构建在三维(长,宽,高)世界中的理论,而穿越时空显然已经是在四维(第四维是时间)世界的高度,我们永远不能想象出四维世界是什么样子,因为我们只是那个世界的一部分,就像点连成线,线又组成面,我们永远不能得窥全
6. 如何才能穿越时空,回到过去呢
过去与未往往都令我们是一筹莫展!过去的已经过去,永远再不会重来;未来在遥远的地方,他该来的时候就回来,但绝不会提前一秒钟到你的眼前!那么过去未来真的是无法穿越的吗?我们也知道,这是目前最火的一个话题,在无数的影视剧中,时空穿越是最令人着迷的。那么真的有办法实现时空穿越吗?科学家们认为,从理论上来讲,我们有三种方法可以实现时空的穿越。
光速旅行
提到时空穿越,相信大家首先想到的是光速旅行。在我们目前的认知中,光速是最快的速度,如果我们旅行的速度能够达到或超过光速,那么我们就可以回到过去或者走向未来。根据爱因斯坦的相对论,如果一个物体的速度要越快,那么它的质量就要相对来说越小,如果能够达到光速,那么它的质量变会变成0。但质量为0的飞行器是不存在的。那么想要达到光速度,而且质量不为0,那就只有把飞船内的时间变慢。
那么,在光速度飞船中飞行一小时,而地球其它的地方说不定已经过了几个月甚至几十年,这样就很易实现时空穿越了,这样,人类可以打开回到过去的大门和通向未来的捷径。
光速旅行离我们还有多远呢?2014年6月24日,澳大利亚昆士兰大学的科学家拟了量子粒子在时间中的旅行并对其“一举一动”进行了研究,结果表明,至少在量子的尺度上,时间旅行是可行的。
当然,这其中还有一个有趣的“外祖父悖论“,就是你通过时间穿越到过去,在你的母亲出生前把你的外祖母杀死。那没有了外祖母,自然就没有了你母亲,没有了母亲,自然就没有了你,没有了你,那你又怎么回到过去杀死你外祖母呢?因为着名的科学家霍金认为,时间旅行可以使人穿越未来,不可穿越过去!即使能,也千万不要回到过去!
冬眠技术
我们都知道动物会冬眠,而冬眠时间最长的是睡鼠,它可以在9个月的时间内不吃不喝。那为什么动物会科眠人不会科眠呢?当然,人类要实现冬眠,绝不仅仅是只想要9个月,而是想要9年,甚至是90年!
我们有三种方法可以穿越时空,但科学家警告,最好不要回到过去
看过《三体》的朋友们都知道,在那里的星际航行中,动不动就是几十年,上百年,人们依靠的就是轮班冬眠,就和我们现在上班的三班倒一样,只不过它们的一般是几十年,睡几十年以后再起来值班,容颜依然不会老去,和冬眠前基本上没有什么两样。
那么怎么样实现冬眠呢?当然以现在的科技来说,主要是冷冻技术。而太空舱是很多科幻电影里的“标配”,人往里面一躺,冷冻起来,几十年后,甚至几百年后,在复活抵达未来。目前,人体冷冻的主流路线,就是将人体放入零下196摄氏度的液氮中,通过极寒、无氧环境,隔绝微生物破坏,防止氧化。几十年后的你解冻后,可能和你的重孙一样年轻。