真的可以穿越时空吗 科学解释时空穿越

  近两年,“穿越”成为人们关注的热点话题。对“穿越”相关词条的搜索更是呈井喷式增长。事实上,时间在影视剧中当主角由来已久:《12只猴子》、《终结者》、《回到未来》、《蝴蝶效应》、《超时空接触》、《时间裂缝》、《星门》、《大话西游》,还有最近热播的《来自星星的你》……

  真的可以穿越时空吗 科学解释时空穿越

真的可以穿越时空吗 科学解释时空穿越

  不同的是,以前所说的“穿越”,尤其是在国外的大片中,大多带有科幻成分,去到未来世界,现在说这个词,多半指的是回到古代。时光因其永不停息,从古至今是人类最想掌握的东西,但就目前而言,无论是哪种穿越,人类依然无能为力。不过,日前一些“疯狂”的科学家在欧洲使用粒子对撞机进行的实验,似乎让人们看到了一丝“穿越”的希望……

  11月18日,意大利格兰·萨索实验室的科学家们宣布,他们对今年9月的实验进行了进一步的验证实验和数据分析,再次证明了中微子可以“超光速”运行。

  今年9月22日,该实验室下属的一个名为“OPERA”的实验装置,接收到来自欧洲核子研究中心的中微子。经测算,中微子跑过这段732千米的距离所用的时间,比光还快了60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒),即中微子每秒比光速快了约6000米。

  这批科学家于今年9月和11月两度发表的论文,在全球引发轩然大波。因为根据科学家长期接受的物理学概念,所有物体的运动速度都不可能超过光速。如果文章中的结论被证明是正确的,这一观念将被推翻,作为现代物理理论基石之一的爱因斯坦相对论体系也将遭遇巨大挑战。

  争议声也同时响起。同样在格兰·萨索实验室工作的另一个科学家小组ICARUS项目组随即宣布,他们对这些中微子能量的测量结果和之前的结果有冲突。他们发表论文指出,“测量结果否定了OPERA小组有关超光速粒子的结论”。

  其理据是:从欧洲核子中心发出的中微子若真以超光速运行,那么即使它们仅仅超过光速一点点,仅仅运行了很短的一段距离,其能量也将被极大地消耗,但测量数据中记录到的这些中微子的能量并没有呈现出这种消耗。他们的说法得到了部分科学家的认同。

  一部分科学家认为,可能是实验中未能解决测量误差问题。甚至连意大利国家核物理研究所所长费尔南多·费罗尼也承认,这只是初步的实验结果,远不能得出最后结论。世界上仅有的另外两座能完成这一验证实验的日本神冈地下实验室和美国费米实验室均表示,将对实验结果进行验证。

  对此,我国紫金山天文台研究员范一中在接受本报专访时表示:“实验出错的可能性依然存在,尽管在第二次实验中,欧洲核子研究中心极大地缩短了脉冲质子束的持续时间并证实了先前的‘超光速’发现。

  这个实验得到的超光速并不是用光与中微子赛跑的直接方式测定的,而是依据GPS系统及原子钟的数据和理论光速值计算出来的,因此其是否存在相对较大的误差难以确认。

  事实上,OPERA项目组也意识到两次实验中都使用的GPS时间此前并未在高能粒子物理学领域经受过考验。国际上一些着名理论物理学家,如1979年诺贝尔物理学奖获得者Glashow,也对这个实验结果的可靠性表示怀疑,因为它所测得的‘速度超’太大而很难在现阶段的理论模型得以解释。”

  爱因斯坦的体系建立在“因果律”的基础上。他坚持认为,因果律具有不变性,即对于所有惯性参考系中的观测者,事件的“先后顺序”是一致的——如果A事件是B事件的原因,那么在A事件发生后,一定有某种信息以某种速度传递到B事件发生的位置,引致B的发生。

  因此在其理论探索中,始终致力于解决“时间倒流”的问题。否则,某一事件的“结果”可能会在“原因”之前出现,这在他看来是不能接受的。他曾经试图通过广义相对论来达到这一目标。

  那么,中微子如果最终被证实可以“超光速”,人体或者飞船能不能做到?某位超光速运行者能否赶在A事件发生之前,就将B事件的信息传递到A事件发生的位置?目前来看,或许没那么乐观。因为与中微子相比,人的“旅行”还远得很。

  范一中说:“中微子是一类极其特殊的物质,人们对其理解还不完善,这也是为什么一些物理学家倾向于接受OPERA组的结论。但就算GeV中微子真的超光速,也不意味着普通物质,例如人体或飞船,可超光速或达到光速。事实上,甚高能宇宙射线的观测结果对科学家预言的‘GZK截至现象’的成功证实表明,狭义相对论对于能量高达1E20电子伏特的宇宙质子射线依然成立。所以我不认为人体或飞船能被加速到光速。”

  “历史穿越”属荒谬剧

  另一种能够影响时间流动的东西是引力。与在地下室相比,钟在顶楼上要走得快一些,虽然在日常生活中这种效应微不足道,但随着引力的增强或减弱,这一现象将愈加显着。

  观测发现,在引力强大的中子星表面,时间的流逝速度与地球上相比大约减缓了30%,而在连光都无法逃离的黑洞表面,时间被“扭曲”到了极致——对于黑洞以外的观测者而言,其表面的时间是停滞的。

  美国哲学家、数学家、逻辑学家哥德尔在1949年按照广义相对论的引力方程推导出着名的“哥德尔解”。在他构建的“旋转宇宙”的模型中,“回到过去”就是通过引力来实现的。

  宇宙的旋转导致光(因而也包括事物之间的因果联系)被拽住并环绕在其内部,使得一个处于封闭环内的实物可以在空间的闭环中移动,同时也在时间的闭环中旅行。虽然这个模型无法得到实际观测的支持,但至少提供了时间旅行的一种可能性。

  不过,哥德尔自己也承认,时间旅行,特别是“历史穿越”包含着某种荒谬,因为它允许一个人返回到他曾待过的一些地方的过去。他会遇到过去的自己。他设想的最极端情景,是所谓的“新生儿自谋杀”佯谬,但若这样的事情能实现,此人又如何能活到自己能够实施此举的时候?

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