时间旅行

本科毕业论文模板 物理期末论文 目 录 TOC \o "1-2" \h \z 教育科学与技术学院 计师1001 程凯禹 名词介绍 时间旅行：时间旅行的概念最早出现在科幻作品中，它是最令人激动的想法之一，登上时间机器，一个人就可以利用控制系统确定任何一个日期（过去或未来），然后时间机器就可以在瞬间将他带到那个时代。 外祖父悖论：“外祖父悖论”：阻止时间旅行发生的一个有名的悖论：如果你通过时间旅行到过去，杀死了你的外祖父，娶了你的外祖母，那么你自己到底是谁？常见于科幻小说中。假设你回到过去,在自己父亲出生前把自己的祖父杀死了。结果会怎么样？如果祖父已经死了,那你就必定不会存在,也就不可能回到过去杀自己的祖父。这个悖论想被用来证明时间旅行是不可能的。 《时间简史》：《时间简史》是由英国伟大的物理学家、黑洞理论和“大爆炸”理论的创立人史蒂芬·威廉·霍金撰写的一本有关宇宙学的经典著作，是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本。 四维宇宙：四维空间是一个时空的概念。简单来说，任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。不过，日常生活所提及的“四维空间”，大多数都是指爱因斯坦在他的《广义相对论》和《狭义相对论》中提及的“四维时空”概念。根据爱因斯坦的概念，我们的宇宙是由时间和空间构成。时空的关系，是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高三条轴外又多了一条时间轴，而这条时间的轴是一条虚数值的轴。 虫洞：由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说，“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，所以也叫"灰道"。 平行宇宙：平行宇宙论，或者叫多重宇宙论，指的是一种在物理学里尚未被证实的理论，根据这种理论，在我们的宇宙之外，很可能还存在着其他的宇宙，而这些宇宙是宇宙的可能状态的一种反应，这些宇宙可能其基本物理常数和我们所认知的宇宙相同，也可能不同。 膜理论：20世纪90年代，理论物理学界在10维空间弦理论的基础上提出了11维空间的膜（M）理论。膜理论认为人们直接观测所及的好似无边的宇宙是十维时空中的一个四维超曲面，就象薄薄的一层膜。膜理论使一些原本难以计算的东西可以用弦论工具来做严格的计算了。膜理论是弦理论的扩充，膜理论揭示了弦理论的第10维空间方向，其最大维度是11维。 爱因斯坦光偏转猜想：广义相对论认为﹐可见光或其他波段的电磁波穿过引力场时﹐会沿著弯曲空间中的测地线前进。因此﹐当一束光线经过大质量物体周围附近后﹐光线将偏向物体﹐这种现象称为光线偏转。 波粒二象性：波粒二象性（wave-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。 空间褶皱：空间褶皱是一种因为强大的引力使空间发生扭曲的现象。这种现象是真实存在的，因而在理论上只要能达到一定的引力就能使空间发生弯曲，就好比要从一张平整的纸一端到另一端除了走两点间的直线外，还可以直接把纸叠起来，让两点靠近。因此人们普遍认为黑洞能够穿越遥远的空间，因为黑洞具有无法比拟的巨大引力，连光都不可避免的被它巨大的引力吸引，那么在这样的引力下空间也有极大的可能被折叠，这也就使得以不超越光速却能在短时间内进行宇宙旅行成为了可能。 正文探究时间旅行 你是否曾想过，去做一个时间旅行者，在历史的长河中，画出属于自己的痕迹？你是否曾想过，回到那激变的时代，用你那超越时代的思想，将时代的错误改写？ 这里，我将我对时间旅行的看法写出。 从逻辑上讲，有一个著名的外祖父悖论（即如果你回到过去，杀死了你的外祖父，娶了你的外祖母，那你自己到底是谁？）否认了单空间时间旅行的可能。或许我们可以做出这两种假设。 假设一： 物理学家认为，也许世界是由无数个平行宇宙组成的，而当你回到过去杀你的祖父母时，你杀的其实是另一个宇宙的人，而这个人的死只会使那个平行宇宙的“你”不在存在，而这个平行宇宙的“你”则平安无事。在量子物理中，“多个宇宙”的理论可以如此理解：对于每一个似乎随机的事件来说，只要它的可能性不是零，它所有可能的情形都会在不同的平行宇宙中发生，造成历史的分支。据此形成的一个膜理论是这样解释的：多个三维的“膜”可以同时在一个四维的宇宙（不是爱因斯坦的三维空间加一维时间；见膜理论）中存在；这些膜之间的撞击在膜中产生大量的能量——这也可以解释大爆炸是如何起源的。当我们利用某种撕开隔绝两个平行宇宙的“膜”，到另一个平行宇宙中，即可以完成时间旅行。而连接两个平行宇宙的缝隙，或时空扭曲的褶皱形成的一个时间或空间的通道，在天文学中被称为“虫洞”。 假设二： 当物质可以追上发出的光时，可以使已经发生的事进行一种回放。我们只能看着历史在面前重演，但历史中的事物却感觉不到我们的存在，而我们也无法对历史做出任何的改变。只能通过过去发出的光所记载的信息去了解历史的真相。 外祖父悖论在这两种假设中都得到了解决，在逻辑上根据这两种方法可以完成时间旅行。 从理论上来说，根据相对论可推出，时间在不同的速度下表现的变化是不同的。越接近光速的物体，其时间的流逝就越慢。依此推测，物体的运动速度与光速相等时，在这个物体上的时间就会表现出停滞的状态；而物体的运动超过光速时，时间在这个物体上就会呈现出倒退的状态。但根据量子力学可得出，没有实际物体的速度可以超过光速，是以，后面一个推论不成立。 于是，我思考，能否在不超过光速的条件下实现时间旅行呢？ 这里，我提出三种猜想。 时间简史中提到，黑洞的引力大到连光都可以吞噬，那依据爱因斯坦所描述的四维宇宙可推测，黑洞中是一个紊乱的时空，即可认为是两个乃至多个平行宇宙的时空节点，或者称之为“虫洞”。若在某种特定条件下，可以克服黑洞的引力，安然通过黑洞，或可实现时空的穿梭。 在膜理论中，我们可以猜想物体在光速时的状态可以看做是撕开隔膜形成平行宇宙的“虫洞”的临界状态，而物体在此状态所具有的能量是打破这种状态的一个临界值。而超光速之所以能撕开隔膜，是因为在超光速状态下，物体具有打开“虫洞”的能量。而这种能量不一定需要速度来提供，当热场、引力场、爆炸等各种途径提供足够的能量时，同样能够撕开“虫洞”，完成时间旅行。 根据光的波粒二象性，我们可以了解光是能够被引力影响而产生偏差的。而在生活中，我们也可以看到光再高热环境下，其传播出现扭曲。而科学也验证了爱因斯坦的猜想（光在经过引力场时会发生偏转），光线在经过太阳的附近时，发生了产生了偏转。据此，可得出这样一个猜想，在强引力，高温环境下能使光线产生扭曲，人为制造一个空间褶皱区域，而通过一种相对较快的速度迅速通过高温引力场，以达到类似“超光速”的状态，追上已经发出的光，看到过去的影像。 不过，不论是哪种途径，以现在的材料科学并没有研制出能承受如此庞大能量且使生物能安全存活的材料。并且，在现在的科学中，时间的回溯还是一种不可逆的过程，当你回到过去之后，要想回来，只能在时间缓慢的流动中回到原有的时间。但是，能否等得到，也是一个未解的问题。 参考文献 史蒂芬·威廉·霍金《时间简史》 阿尔伯特·爱因斯坦《狭义与广义相对论》