科学探索与发现-时间旅行(time travel)

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1、时间旅行学院:电气工程学院姓名:高卫康学号:201000192005每个人在小时候都幻想过自己回到过去或者穿越到未来世界，在科幻电影中也经常看到主人公回到过去或到未来世界完成任务的场景。在著名的科幻小说以及根据它改编的电影《回到未来》系列中主人公凭借时光机器改变了世界。那么在现实生活中，时间旅行是否可行呢？现在这仍然是个未解的难题，科学家们也在争论不休。1.理论实际上时间是没有方向性的，时间和空间都是我们在描述现实的物质世界时引入的抽象概念，它不是如物质粒子这样客观的实体，是为了对现实世界进行数学描述时引入的一种度量概念。时间与空间在这些数学公式中的地位是极其相似的，但是有

2、一点不同，时间是不能静止的，它总给人一种在不断“流逝”的感觉。但事实上这是因为世界是在不断变化中的，这才是让我们认为时间在“流逝”的根本原因。如果你被时间这个概念困惑的话，不如说，时间根本是不存在的，存在的不过是一个不断演化的宇宙。时间的概念就是对这个演化宇宙进行描述时产生的。在牛顿的经典物理学体系中，时间是无法被改变的，他一直在静静地走下去。然而，这种观念被爱因斯坦的相对论打破了。目前，爱因斯坦人们对时间最完善的理解来自爱因斯坦的相对论。在相对论问世的1905年，爱因斯坦在他的相对论中说：时间是相对的，当我们以接近或超过光速的运动的时候，时间会很慢或静止，也就是说，如果一

3、个人以接近光速旅行，那么时间对他来说就会停滞，这太令人振奋了，当人乘坐接近光速的飞船去旅行，在旅行的过程中时间就会变慢，因此，当他再回到地球的时候就可能已经过了一个世纪。对他来狭义相对论说，只要花很少的时间就能进入未来世界。之前，时间被广泛地认为是绝对的和普遍的，不管人的运动状态如何，时间对于每个人都是一样的。但是，1905年爱因斯坦的狭义相对论指出：光速无法超越，时间不可能倒流。但是‘时间不可能倒流’这个结论在爱因斯坦提出的广义相对论里被推翻了，从广义相对论找到一些更合理的时空，它们允许旅行到过去。其中之一即是旋转黑洞的内部。另外一种是包含两根快速穿越的宇宙弦的时空。顾名

4、思义，宇宙弦是弦状的物体，它具有长度，但是截面很微小。实际上，它们更像在巨大张力下的橡皮筋，其张力大约为1亿亿亿吨。把一根宇宙弦系到地球上，就会把地球在1/30秒的时间里从每小时零英里（1英里=1.609公里）加速到每小时60英里。宇宙弦初听起来像是科学幻想物，但有理由相信，它在早期宇宙中可由对称破缺机制而产生。因为宇宙弦具有巨大的张力，而且可以从任何形态起始，所以它们一旦伸展开来，就会加速到非常高的速度。1.穿梭于未来2.1利用速度根据狭义相对论，时间是可以伸展和收缩的，视观察者移动多快而决定。举例，假设A在纽约登机飞到里约热内卢，然后马上再飞回纽约，而B则一直在纽约肯尼

5、迪机场里。这趟旅程所费的时间对于A和B并不相同，对A而言，实际上所花的时间会更少。在一九七一年时，物理学家哈菲尔(JoeHafele)和基廷(RichardKeating)做了证明。他们将高度精确的原子钟放在飞机上绕着世界飞行，然后将读到的时间与留在地面上完全一模一样的时钟做比较。结果证实：在飞机上的时钟走得比实验室里的慢。物理学家将因运动而造成的时间减缓称为时间膨胀效应：当运动速度越快，时间变得越慢 。这样的情况在物体接近光速时更加明显。因为按照相对论，光是宇宙中最快的东西。如果在以光速运行的火车里的人要向前运动那么他就获得了比光更快的速度。但是这是不可能的。所以只有一个

6、解释，那就是火车里的时间变慢了。因此，我们可以用这样一种方法到达未来：假设一个人在2001年登上火箭，以99%光速飞向10光年之外的恒星，另一个人则待在家里。当飞行员抵达目的地时，立即掉头，并以相同的速度返回地球。以在家中的人来看，这趟旅程的时间长短大约为地球上20年，但是飞行员所经历的时间却不同。对她来说，这趟旅程还不到3年，所以当她回到地球时，她发现时间已变为2021年，而在家中的人比她老了17岁，或者说飞行员已经被送到在家中的人17年后的未来。1.2利用重力在爱因斯坦的广义相对论中，他预言引力可以减缓时间的流逝。与在地下室相比，钟在顶楼上要走得快一些，在更接近于地心因

7、而也更深入于引力场的情况下，这一现象将愈加显著。类似地，钟在太空里比在地面上走得更快。尽管这一效应微乎其微，但它已被精确的时钟直接测得。的确，在全球定位系统中必须考虑到这些时间挠曲效应。如果他们没有考虑到这一点，海员、出租车司机和巡航导弹将会发现自己偏离出规定轨道有许多公里。如将数字代入爱因斯坦的理论中，会发现地球本身的重力造成时钟每300年慢1微秒。一九七六年，维索特(RobertVessot)和列文(MartinLevine)从西维吉尼亚州将一枚载有氢迈射时钟的火箭发射到太空，然后在地面上仔细监控。几个小时后，