解潤(rùn)宇

【摘 要】時(shí)空觀是關(guān)于時(shí)間和空間的看法和觀點(diǎn)，是自然觀的重要組成部分。由牛頓經(jīng)典力學(xué)體系衍生出的絕對(duì)時(shí)空觀使人們認(rèn)識(shí)到世間一切皆在做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)初相對(duì)論橫空出世，從根本上改變了人們對(duì)時(shí)空的看法：時(shí)間、空間和物質(zhì)是緊密聯(lián)系、密不可分。但是時(shí)間和空間能像科幻小說(shuō)里那樣做到隨意穿越嗎？本文就時(shí)空穿越在現(xiàn)實(shí)生活中的可能性簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】相對(duì)論；、時(shí)空觀；時(shí)空穿越

時(shí)空穿越到底存不存在呢，提到這個(gè)想法，我聯(lián)想到幾年前的一部美國(guó)大片《星際穿越》，我們來(lái)簡(jiǎn)單地討論一下這部電影中關(guān)于時(shí)空穿越的理論意義和可行性，這個(gè)電影里面提到的幾個(gè)物理概念，黑洞、蟲洞、時(shí)光機(jī)器等，我們先對(duì)這些名詞做一下解釋。

黑洞是空間中有著強(qiáng)大引力的超高密度的天體，黑洞的特點(diǎn)就是有進(jìn)無(wú)出。另外，因?yàn)闆]有光從黑洞逃出，故無(wú)法直接觀測(cè)黑洞，但是從物體被黑洞吸入之前放出的紫外線、X射線等邊緣信息可以知道黑洞的存在。

蟲洞這一概念，最早是1916年由奧地利物理學(xué)家路德維?！じトR姆首次提出的，1930年由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場(chǎng)方程時(shí)假設(shè)的，認(rèn)為透過(guò)蟲洞可以做瞬時(shí)的空間轉(zhuǎn)移或者做時(shí)間旅行。

關(guān)于蟲洞存在著幾種說(shuō)法：一是蟲洞是宇宙中相距遙遠(yuǎn)的兩點(diǎn)間的一條捷徑，就像一個(gè)蘋果，蟲子沿著蘋果表面會(huì)走很遠(yuǎn)，可是如果蟲子挖洞從蘋果里面走就近多了，顧明思議，蟲子為了抄近路而在蘋果里挖的洞。二是蟲洞是連接黑洞和白洞或黑洞與黑洞的管道，故在黑洞里能找到蟲洞。

時(shí)光機(jī)器，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是能不受時(shí)間和空間的限制，在任意的時(shí)間地點(diǎn)，躍遷式地到達(dá)另外的時(shí)間地點(diǎn)。

而《星際穿越》這部電影里講述了一隊(duì)探險(xiǎn)家利用他們針對(duì)蟲洞的新發(fā)現(xiàn)，超越人類對(duì)于太空旅行的極限，從而開始在廣袤的宇宙中進(jìn)行星際航行的故事。

有人覺得時(shí)空穿越只是科幻電影小說(shuō)里面的情節(jié)，在現(xiàn)實(shí)世界中可能實(shí)現(xiàn)嗎？本文就時(shí)空穿越在現(xiàn)實(shí)生活中的可能性簡(jiǎn)要分析。

在物理學(xué)上，提到對(duì)時(shí)間和空間的研究，不得不提的兩位科學(xué)家：牛頓和愛因斯坦。

在牛頓的時(shí)空觀主要包含這兩個(gè)方面：

1、同時(shí)性是絕對(duì)的

同時(shí)性指在不同地方發(fā)生的兩件事情，對(duì)于任何慣性參照系來(lái)說(shuō)它們必定是同時(shí)發(fā)生的，它是絕對(duì)并且無(wú)條件的。因此，兩個(gè)鐘表不管把它們放在任何地方，無(wú)論它們是否產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鐘表總是同步的。由此看來(lái)，牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀似乎是符合我們的生活常識(shí)。

2、時(shí)間是絕對(duì)的，空間也是絕對(duì)的

按照牛頓絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的觀點(diǎn)，時(shí)間和空間各不相關(guān)，而且時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而存在的，即時(shí)間和空間只是單獨(dú)的存在，這種存在不受周圍任何事物的影響。[1]

牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀是符合我們的生活經(jīng)驗(yàn)的，并且適用于當(dāng)時(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因而人們很容易理解和接受這種觀點(diǎn)。在19世紀(jì)末，麥克斯韋電磁理論的發(fā)展起來(lái)，用牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀解釋在微觀高速下的運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)出現(xiàn)其局限性，它無(wú)法解釋微觀高速運(yùn)動(dòng)的物體。正是在這種背景下，發(fā)生了現(xiàn)代物理學(xué)革命，相對(duì)論出現(xiàn)在人們眼前。愛因斯坦相對(duì)論革新了牛頓的時(shí)空理論，創(chuàng)建了新的時(shí)空學(xué)說(shuō)。

愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀點(diǎn)的革新包括以下幾個(gè)方面：

1、同時(shí)性是相對(duì)的

依照光速不變?cè)?，狹義相對(duì)論認(rèn)為不同地方的兩件事情，在某個(gè)慣性參照系中來(lái)看，它們是同時(shí)發(fā)生的，然而相對(duì)于這個(gè)慣性參照系運(yùn)動(dòng)的其它任何慣性參照系來(lái)看，它們就不是同時(shí)發(fā)生的。因而同時(shí)性是相對(duì)的，時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

2、時(shí)間是相對(duì)的，空間也是相對(duì)的

與牛頓的時(shí)空理論不同，愛因斯坦狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間間隔是相對(duì)的，最能說(shuō)明這一點(diǎn)的便是大家熟知鐘慢。它主要說(shuō)的是對(duì)于每一位觀察者來(lái)說(shuō)，都有他們自己的時(shí)間測(cè)度，這就反映了時(shí)間是相對(duì)的。空間也不是牛頓時(shí)空理論中所認(rèn)為的那樣是絕對(duì)的，空間也是相對(duì)的，尺縮效應(yīng)中長(zhǎng)度的相對(duì)性就證明了空間是相對(duì)的。

但是這些效應(yīng)又是很難被日常生活中的我們所理解的，因?yàn)檫@些效應(yīng)都是在速度接近光速的高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的，而我們通常無(wú)法感知。

3.時(shí)間和空間是緊密相聯(lián)的，并且與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)密不可分

在牛頓絕對(duì)時(shí)空觀中，時(shí)間均勻流逝，空間則是個(gè)與任何事物無(wú)關(guān)的、靜止不動(dòng)的容器。而愛因斯坦狹義相對(duì)論的時(shí)空學(xué)說(shuō)認(rèn)為時(shí)間和空間不能各自獨(dú)立存在，時(shí)間與空間是緊密聯(lián)系的。一個(gè)物體的長(zhǎng)寬高表明它的空間，可卻是以時(shí)間為尺度的，時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)，空間則是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的延伸。離開物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而獨(dú)立存在的時(shí)間和空間是毫無(wú)意義的。[3]

相對(duì)論顛覆了人類對(duì)宇宙和自然的常識(shí)性觀念，提出了“時(shí)間和空間的相對(duì)性”、“彎曲空間”等全新的概念，那么時(shí)空旅行是否存在可能呢？

很多文獻(xiàn)中提到旅行到未來(lái)[4]是有可能的，相對(duì)論顯示，當(dāng)你坐在一個(gè)時(shí)間機(jī)器里，它發(fā)射升空，加速到接近于光速后飛行一段時(shí)間，然后返回。基于相對(duì)論中時(shí)空相關(guān)性的原理，在你走出時(shí)間機(jī)器后，地球流過(guò)的時(shí)間比你在飛船里度過(guò)的時(shí)間更為長(zhǎng)久。因此從你的眼光看來(lái)，你旅行到了未來(lái)，即在慣性參考系中動(dòng)鐘變慢，也就是鐘慢效應(yīng)。我們假設(shè)，有一個(gè)十米的加速走廊，進(jìn)去之后速度會(huì)趨近于光速，那么當(dāng)走進(jìn)這個(gè)走廊后，其中的時(shí)間就相對(duì)外界的變很慢了，于是就出現(xiàn)了內(nèi)部所感知到外部的未來(lái)時(shí)間了。

根據(jù)經(jīng)典力學(xué)，以地球作為一個(gè)基點(diǎn)，距離地心的距離越近，時(shí)間受到的引力越大，那么時(shí)間彎曲程度越大，流逝的速度越慢；當(dāng)時(shí)間機(jī)器遠(yuǎn)離地球，受到的地球的引力越小，時(shí)間受到的引力也越小，流逝的速度要加快，按照這樣解釋，這個(gè)旅行者當(dāng)他返回的時(shí)候，已經(jīng)回到了過(guò)去。所以這種解釋是矛盾的。

那么，時(shí)空逆旅行是如何實(shí)現(xiàn)呢，科學(xué)家提出必須進(jìn)行超光速[5]運(yùn)行，但是相對(duì)論和目前的實(shí)驗(yàn)告訴我們，粒子可以加速到無(wú)限趨近與光速，但無(wú)論如何是達(dá)不到光速的。因?yàn)橹挥写蚱乒馑俦趬?，在超光速成為可能的時(shí)候，才有可能實(shí)現(xiàn)逆時(shí)旅行，也就是回到過(guò)去。這似乎已經(jīng)告訴我們，逆時(shí)旅行是不可能的。

但科學(xué)家們，又考慮到通過(guò)蟲洞，來(lái)實(shí)現(xiàn)逆時(shí)旅行。[6]在蟲洞理論中，由一個(gè)宇宙可能產(chǎn)生另一個(gè)宇宙，而且宇宙中也有可能有無(wú)數(shù)個(gè)這種微細(xì)的洞穴，它們可通往一個(gè)宇宙的過(guò)去及未來(lái)，或其他的宇宙。由此就實(shí)現(xiàn)了逆時(shí)的旅行。同時(shí)通過(guò)蟲洞，能夠一瞬間就能到達(dá)宇宙中另外的很遙遠(yuǎn)的地方，這就是所說(shuō)的空間穿越。[7]

但是在許多研究和相關(guān)理論證明中發(fā)現(xiàn)蟲洞結(jié)構(gòu)極其不穩(wěn)定，而且穿越者很難承受其中的輻射、引力等，所以通過(guò)蟲洞進(jìn)行時(shí)空旅行存在理論可能，但現(xiàn)實(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的。

總而言之，目前越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象表明，時(shí)空穿越理論上可能是能夠?qū)崿F(xiàn)，但在實(shí)際中，不管是穿越蟲洞的苛刻條件、是逆時(shí)穿越的可能性、未來(lái)世界的不可預(yù)見性和因果律都很難被證明。以上就是我對(duì)時(shí)空穿越問(wèn)題的一些看法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王瑞、陳新亮.對(duì)愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的思考

[2]鄭慶璋，崔世治.相對(duì)論與時(shí)空 [M].山西： 山西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.21.

[3]王鴻生. 科學(xué)技術(shù)史 [M] . 北京： 中國(guó)人民大學(xué)出版社，2011. 208.

[4]楊波. 時(shí)間旅行[ J] . 中國(guó)科技縱橫， 2003， 11： 106-112

[5]劉天宇. “駕駛” 地球逃跑[ J] .大科技、科學(xué)之謎， 2008， 10： 55

[6]李林、單長(zhǎng)吉、潘夢(mèng)鵠.蟲洞理論與時(shí)空穿越的問(wèn)題探討 （ 2011） 04 -0033-02

[7]梁子.天下奧秘 物理教學(xué)探討