让我们逃离北京, 来一次时间旅行吧

作为一个物理学工作者, 我不会评判这个世界上发生的任何一种现象，我只想告诉你真相以及在不违背物理学法则下的各...



作为一个物理学工作者, 我不会评判这个世界上发生的任何一种现象，我只想告诉你真相以及在不违背物理学法则下的各种可能性。


这个手表的指针在滴滴答答的转动，我们物理学家的工作就是透过这些指针运转发现其背后的机制，究竟是什么样的构造与机理使得表盘上的指针这样旋转。出于同样的好奇心，我们也想了解大到无所不包的整个宇宙，小到你肉眼看不见的一个电子到底是怎么运转工作的。这种探索虽然艰辛，但令人惊讶的是，我们目前发现掌控自然界所有这些现象的背后法则却异常简洁，无外乎有两个，一个是量子论，另外一个就是相对论。



特别的，我们知道，一切故事，一切悲喜剧都发生在时间与空间里。换句话说，时间与空间是个舞台，供我们在其中舞动表演。牛顿认为这个舞台是固定不动的，空间平坦均匀，时间也是各处一样，均匀流逝的，不依赖你的运动状态. 牛顿的这一时空观不仅统治了物理学家的思维达两百多年，而且也是当下大多数人依然秉持的时空观。不过这一观念在大约一百多年前就被一个名不见经传的德国小伙子给打破了。他就是爱因斯坦。在1905年，爱因斯坦借助他的追光思想实验提出了狭义相对论，告诉我们时间与空间其实是纠结在一起的，你所体验到的时间流逝依赖于你在空间中是如何运动的。又经过差不多十年的单打独斗与苦思冥想，在1915年，爱因斯坦又创造性地提出了广义相对论，进一步告诉我们时空这个舞台并非固定不动的，而是会随着我们的舞动节拍也充当一个舞者，随着舞动起来，发生扭曲。这扭曲的时空又会反过来对我们的舞步产生影响。这种影响其实是牛顿万有引力的根源所在。

爱因斯坦的相对论是当下我们对时空本性与引力本质最精准的认识。依据爱因斯坦的相对论，霍金推断我们的宇宙不仅有个时间起点，即起于大约130亿年前的那次宇宙大爆炸奇点，而且也会有个时间终点，即终结于黑洞里的时空奇点。一个自然的问题是，处于时间起点与终点之间的我们，能否利用相对论去操控时间呢？比如我们可否回到过去，回到唐朝看一看李白醉酒的样子，回到宋代闻一闻东坡炒肉飘出来的香味，抑或我们可否以某种捷径抵达未来，在有生之年看看千年之后，你后代的生活状况，或是世界格局？


一 飞向未来
根据爱因斯坦的相对论, 我们至少有两个通往未来的捷径.


其一, 爱因斯坦的狭义相对论告诉我们, 运动起来的人所感受到的时间流逝, 在静止的人看来, 要慢; 而且运动的越快, 时间就会越慢. 比如, 你的一个双胞胎兄弟环球旅行一圈回来, 就会比宅在家里的你要年轻. 特别的, 如果我们可以建造一列以接近光速行驶的超高速环球列车(光速是我们自然界的极限速度, 如果你可以以光速运行的话, 那么你的时间就停止了. 不过车也好, 人也罢, 都不可能以光速运动, 但物理学规律并不阻止他们无限接近光速), 那么这辆列车就是一辆通往未来的列车. 你买票上车环球一天后, 下车后, 地球已经是千年后的地球了. 那时北京的雾霾应该没了, 房价泡沫也早就破了, 特别的, 你上车前买的一支潜力股票也许大涨特涨了...... 如果你这么一想, 那么这辆列车就变得与我们当下的生活息息相关.


其二, 根据爱因斯坦的广义相对论, 时空本身一般并不平坦, 而是被其中的物质及其运动所扭曲. 特别的, 如果你靠近一个大质量物体, 那么你所感受到的时间流逝, 比起一个远离那个大质量物体的人来说, 会慢. 你越靠近, 时间就越慢. 所以住在一楼的人, 要比住在顶楼的人要显得年轻, 尽管这个效应很微不足道. 不过, 我们知道, 黑洞所造成的时空弯曲最厉害, 连光都没法逃逸出来. 如果我们建造一个宇宙飞船飞抵我们银河系中心的那颗超大质量的黑洞, 在黑洞表面附近转上一天, 然后再飞回来, 那么这时地球上可能已经过了10年. 而这正是电影里男主角回到其女儿身边时, 其女儿业已老去背后的科学原因. 从这个意义上来说, 我们也可以借助黑洞去帮我们走向未来. 特别的, 如果你不小心在对的地点爱上了一个对的人, 但却是在一个不对的时间, 比如她或他比你小个十岁. 这时, 我的建议是你应该乘坐那个宇宙飞船, 在黑洞那转转再回来.

二 回到过去
我愿意从一个悖论开始来探讨回到过去的可能性.

即假如你可以回到过去, 特别的, 你回到你爸你妈还没结婚之前, 然后想尽一切办法去阻止他们结婚生育. 那样自然就不会有现在的你. 既然没有现在的你, 也就无从说你可以回到过去. 这个悖论强烈的暗示我们是没法回到过去的. 不过, 也还存在着另外一个可能性, 即你虽然可以回到过去, 只是你没法改变已经发生的历史. 不过这种可能性如果存在, 也估计不会在我们目前所在的这个宇宙, 而是在另外一个平行宇宙.

另外一个反驳我们没法回到过去的简单理由是, 我们从来没有见过有来自未来的人造访我们. 乐观的来说, 未来的技术总是比我们现在的技术要好. 如果物理法则允许我们可以回到过去, 那么未来人自然有能力制造一台时间机器造访我们. 当然, 我们没有见到未来人造访我们, 还有另外一个可能性, 即人类文明总是短命的, 因为自己的无知与狂妄.

总结来说, 回到过去似乎够呛, 但飞向未来确是原则上可行的. 据此应该可以编出很多有趣的科幻故事, 拍出很多烧脑的科幻电影. 希望此文可以起到抛砖引玉的作用.

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