相对论证明,穿越未来可以有

时间:2022-07-19 09:00:03 阅读:

内容摘要:我们亲自来做一个实验,单看如何穿越未来。这是最典型、最清晰的“光子钟”实验,几乎所有相对论科普著作都

我们亲自来做一个实验,单看如何穿越未来。

这是最典型、最清晰的“光子钟”实验,几乎所有相对论科普著作都要举这个案例。实验是要用一个没有争议的、绝对标准的时钟,来检验时间流逝的变化。机械表、电子表、石英表、沙漏、日晷,要么不大可靠,要么情况复杂。我们可以借用光的奇异特性,打造一个绝对标准时钟。

我们已经知道,光,具有一种极其重要而莫名其妙的特性:它总是以每秒30万千米飞驰。还有更为邪门儿的事情:它在宇宙中不依赖任何参照系,任何情况下都是这个速度。什么意思呢?——如果你乘坐一艘接近光速的飞船与一束光赛跑,在地面的人看来,你与光束并驾齐驱,速度相差无几。但你从飞船舷窗看出去,情况却大不一样,你看见光束依然以每秒30万千米的速度扬长而去。敬告读者,没有人发生错觉。你和地面上的人各自用精密仪器测量,结果也是这样。原因嘛,绝对匪夷所思,那是因为高速飞行的你,所处的时空环境发生了变化。对此,我必须提醒读者,这个特性,几乎就是导致相对论这朵奇葩发芽开花的种子。

强调一下,光速恒定。这是决定性的,一切奇妙始于此。以下的推论,如果任何时候你觉得不可思议了,赶紧回头来检查这个古怪的前提条件。提前作个告示:实验已经非常简明,理解相对论还很辛苦,劳驾读者略作心态调整,把轻松浏览转变为仔细思考。

1.准备标准时钟。该钟构造简明:一粒光子、上下两块固定好的板子,光子在两块板子中间来回蹦跳,钟有了。由于光速恒定、两块板子间距(比如15厘米)特定,该钟绝对精确,特定的蹦跳次数(亦即10亿次)就是1秒。而且,永远是每秒蹦跳10亿个来回。确认完毕。为了实验,准备两个。

2.我抱着其中一个光子时钟上火车。火车奔驰起来(必须匀速直线运动,要是丁零哐啷乱动,情况就复杂了)之后,把钟打开,我看到什么?——一切照常。光子在两块板子之间,垂直方向,一上一下,旁若无人欢快蹦跳。当然,还是每秒10亿次。我确认。

3.你抱着另外一个光子钟,呆在站台观察。为了避免火车呼啸而过以至于看不清楚,我们可以设定火车以蜗牛速度慢慢开行。小心点,你看到什么?——光子钟在移动。废话,火车上的一切都在运动,那是惯性。是的,问题来了:光子也在移动,除了上下蹦跳,它事实上还在往前移动。那么,虽然我看见光子只是上下蹦跳,而在你看来,光子斜着向前、向上蹦,然后斜着向前、向下蹦。也就是说,光子是波浪式蹦跳、蛙跳。难道不是?

4.检讨这事的严重后果。既然两块板子间距没变,光子进行蛙跳,必然比垂直蹦跳事实上移动了更多距离,对不对?这就头疼了。接下来我建议你此时咬牙挺住,坚持理性。你发现,你的光子在垂直蹦跳,我的光子在前后蛙跳,由于光速恒定,光子移动越远、耗时越长,那么结果是什么?——你亲眼看到,我的钟慢了!

5.有一种强烈的被忽悠了的感觉。根据惯性定律,我的钟在匀速直线运动的车上,不会受到任何影响。不管有没有人在站台观察,我的钟就是每秒蹦跳10亿次。因此我确信时间正常,不快不慢。那是不是说,车上的光子钟为了保持精准时钟的尊严,它会主动加快步伐,抵消火车的运动呢?——太扯了,要是火车忽快忽慢,时钟岂不要抽风打摆子!当然不会,因为光速任何情况下保持恒定。事实上不仅光子钟,任何钟表都没有安装运动速度感应器,也没有配套的指针速度矫正器,它们照样精确可信。

6.重新捋一遍。你在站台,一切如常。我在车上,情况貌似变了。我们展开讨论:第一,车上的钟,光子蹦跳10亿次,实际移动距离肯定超过30万千米,这是必须确定的事实。而因光速恒定,它1秒钟坚决只移动30万千米,这也是铁打的事实。第二,那么,我们不得不承认,对于运动着的钟来说,光子蹦跳10亿次耗时必然超过1秒。可是,光子钟任何情况下都将每秒蹦跳10亿次,它没有理由要作出让步。矛盾了,怎么办?第三,相对论发现,都是对的,时间错了,不,是时间糊涂了。运动着的光子钟,它的每1秒还是1秒,但比静止光子钟的每1秒漫长一些。——老天爷,时间分裂。

7.结论。任何东西一动,它的时间流逝就慢了。同理可证,动得越快,时间流逝越慢。这个不难想明白。

8.把荒唐进行到底。仔细琢磨相对论刚才的裁决,可不仅仅是钟表慢了,实际是时间慢了。这叫“时间膨胀”。我们冷静地确认一下:火车虽动,钟表无辜,并无丝毫特别之处。现在它慢了,就一定意味着车上一切事物的时间流逝都慢了,还有任何例外?呃,我们的生命也慢了。也就是说,火车到站后,我将比你年轻。

对,有点意思,这就是穿越未来。

纳闷,太蹊跷了。等一等,一定是哪儿出了问题。

经常坐火车,没有感觉到?那是火车速度太慢太慢。举两个老掉牙的例子。1971年,有人做了一个真实的实验,携带高精度的铯束原子钟乘坐喷气飞机环游世界,结果发现原子钟的确慢了。准确地说,慢了1秒钟的几百亿分之一。无论如何,确实是慢了,这就是铁证。再举一例,依据相对论相关原理(不是前述实验,而是重力扭曲时空的原理)的计算,卫星上的GPS导航系统与地面存在时间误差,每天积累0.000 038秒。这么小,我们当然无法感知,但GPS导航系统如果不作相应调整,误差将达到严重的10千米,这就很现实了。有人说,当连五角大楼的高级官员都需要了解相对论的时候,相对论的时代就到来了。

既然穿越如此容易,人世间芸芸众生,走的跑的飞的,每天都在忙碌奔波,岂不要导致时间一团乱麻?物理科学回答,是的,真的很乱。由于人的一切活动尺度都非常小,我们不可能察觉如此细微的时间变化,更不可能感受如此细微的生命延缓。而且,你在穿越,别人也在穿越。那些天天长距离奔波的人,比如汽车火车飞机的司机,没有必要暗自庆幸,他们赢取的青春时间,恐怕远远抵不过职业病对青春的伤害。至于我们的手表,各国政府都安排了一些总是老老实实呆着不动的钟表为标准,乱不了。

呃,最强大脑的你,可能已经发现一个严重漏洞:运动的相对性。——火车运行,跟站台是相对运动。对呀,我们完全有理由认为,火车没往前动,是站台、铁轨以及整个世界在往后动。物理科学认为,从宇宙视野看,事情就是这样,千真万确,一点不矫情。这个貌似简单的问题,让世上最聪明的科学家,从伽利略到牛顿、爱因斯坦,迷惑争论了几百年。那么我们应该发现,前面的实验彻底颠倒过来了:车上的光子钟正常,站台上的光子钟慢了。

时间真的分裂了,精神也快分裂了。

为了扩大这种疯狂的分裂,再搬出一个思想实验:著名的“双生子佯谬”。兹有双胞胎两兄弟,哥哥留守地球,弟弟搭乘亚光速飞船遨游太空,一年后返回地球。那么谁穿越到了未来?

A. 飞船上的弟弟高速运动,他的时间变慢了,应该比留守地球的哥哥年轻好多岁。

B. 不对,在太空中飞船可以视为静止,是地球以亚光速远离飞船。因此,应该是留守地球的哥哥,比飞船上的弟弟年轻了好多岁。

答案是:谁要改变方向飞回来,谁就年轻。

超强大脑的你发现,不对啊,飞船折回跟地球折回,也应该是等效的。——是的。因此准确答案是:谁要通过加速(含减速)改变方向飞回来,谁就年轻。

破解这个佯谬看似简单,其实相当困难,它还涉及相对论关于时空结构、加速度与引力同效等其他智慧发现。实际上,全世界至今还有许多人认为,他们靠这个佯谬摧毁了相对论。也确有科学家认为,狭义相对论没有毛病,但双生子佯谬能够证明广义相对论有某种缺陷。为彻底解决双生子佯谬,相对论科普作家们设计了更为错综复杂的思想实验,但迟钝如我者,看上去却是颠三倒四、语无伦次,而且他们在最后总是还要说,计算结果表明云云。罢了,依据“科普TOE三大古怪定律”之“不可说定律”,饶了那些复杂公式和冗长的推算过程吧。鉴于我们并没有真正搞懂,因此相对论究竟有没有问题,我跟绝大多数非专业人士一样,只好不持立场。Sorry!

这里重在描述科学揭示的宇宙古怪真相,不打算系统介绍科学理论体系,通过这个实验,我们确认时间穿越真的可行,就够了。


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