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来源:TECHWEB  责任编辑:小易  

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你所在的空间里,时间在加速流逝,还是在减速流淌?

这可能听上去非常像是某部科幻作品中的情节,但时间错位现象确实存在。但这究竟是什么意思呢?简单地说,时间错位就是指时间的流逝变得异常——比正常速度更快,或者更慢。

物理学家们知道时间错位的存在已经超过100年,事实上,此刻的你就处在某种意义上的时间错位之中。

在1905年,爱因斯坦发表了著名的《狭义相对论》,整整10年之后,他又发表了更加惊世骇俗的《广义相对论》。这一理论中包含了大量几乎完全颠覆人类传统认知的全新观点,比如爱因斯坦指出,重力实际上是时空弯曲导致的产物,换句话说,任何具有质量的物体都会造成时空的弯曲,当然也可以造成时间错位。

很容易理解,质量越大的物体,其对时空的扭曲效应会愈发显著。超大质量黑洞,其质量相当于太阳质量的数十亿倍,其造成的时间错位现象将会相当显著。如果你逐渐靠近一个黑洞,黑洞强大的引力会逐渐造成时间发生“膨胀”,直观的结果是时间的流逝速度显著地比远离黑洞的区域更慢。但是,如果你想要穿越时空,还想有去有回的话,恐怕黑洞不会是你理想的时光机;当你越过一个被称作“事件视界”的边界线之后,你,或者任何物质,甚至包括光线在内,都将注定有去无回——这也是“黑洞”得名的由来。

太阳和地球也可以在相当程度上造成时间膨胀效应。在2007年,美国宇航局的一颗名为“重力探测器B”的卫星,通过精密观测地球对周遭时空的弯曲效应,以99%的精确度检验并确认了爱因斯坦广义相对论的正确性。让我们更进一步:设想你居住在一座高山之巅,事实上你会比居住在海边的朋友们老的更快,因为相比你所在的高海拔位置,你的朋友们所处的海平面附近地球引力更强,这就意味着时间流逝更慢——当然,由于地球的引力场并不算很强,因此其所造成的时间膨胀效应不会很明显,你和你朋友之间的时间流逝差异事实上会微小到你根本难以察觉。

时间膨胀也可以通过快速运动来实现。根据狭义相对论,运动速度越快,相对于一位静止状态下的观察者,你的时间会变得更慢。这样的时间膨胀效应在我们的生活中就要常见的多了,每一次当你使用GPS定位的时候,你就已经与这种效应发生了关联。

美国麻省的塔夫茨大学宇宙学研究所教授肯·奥勒姆(Ken Olum)说:“GPS卫星的工作原理之一是星上搭载了超精确的时钟。”他说:“天上的GPS卫星运行的轨道高度不同,运行的速度也不同,它们相互之间还存在相对运动。”于是,为了确保卫星能够准确测定位于地球表面的你的位置,GPS卫星在计时时就必须考虑广义相对论以及狭义相对论对于时间流逝速度产生的影响,否则就会出现不可接受的定位误差。可以说,如果没有爱因斯坦的理论,全球定位系统就将难以研制出来。

当然,大质量物体弯曲时空可能并非科幻作家们喜欢的那种时空穿越的情节。那么还有其他可能的情景吗?或许有,但是说实话实现的可能性并不太高。

新西兰奥克兰大学的物理学家本杰明·沙勒(Benjamin Shlaer)表示:“一项普遍的共识是,那种基于广义相对论的怪异设想,包括时间机器在内,在真实的宇宙中是基本上无法实现的。”

但虽说可能性不大,不妨碍我们说一说。排名第一的,是所谓的虫洞。这是一种理论上存在的,时空中存在的“隧道”,可以让物质瞬间传输到极为遥远的地方。有些理论认为,在宇宙刚刚诞生的极早期,可能存在过极微小尺度的虫洞,但是这类虫洞极不稳定,转瞬即逝。

要想让所谓的虫洞真的在时空旅行方面发挥作用,你大概会需要一些性质奇异的物质。要想稳定虫洞,理论认为你需要研发出某种目前还难以描述的奇特物质,它和你身边接触的任何物质都不同,它必须具有负质量和负压强——即便是科学家们也从未见过这种东西,他们也相信在可预见的未来都不太可能研制出这样的东西。

第二种方式是所谓的“宇宙弦”。宇宙弦是理论上可能存在的能量束,而如果它们真的存在,它们必定极为微小。理论预测认为,两个宇宙弦之间相互加速,将会以一种奇异的方式造成时间变化,比如在时空中产生某种闭环,从而起到类似时间机器的作用。然而,要想将宇宙弦加速到一定的程度才可能产生这样的效应,而要想实现这样的加速,你几乎将需要无限的能量供应,这显然不是你轻易可以做到的。

在沙勒看来,如果未来有什么希望说有机会了解这种奇异物质或者其他能够弯曲时空的机制,最有希望的方法就是透过望远镜观察宇宙,说不定有一天我们会得到意想不到的发现。

沙勒表示:“很清楚的一点是,很多我们以为想当然的事情,在极端环境条件下却不一定成立。我们唯一能够指望的,是希望我们将能够在宇宙学领域的范畴内提出这些问题,并寻找到这些问题的答案。”


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