_从零学相对论_连载_29_梁灿彬

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1、第33卷第11期大学物理Vol．33No．112014年11月COLLEGEPHYSICSNov．2014殻櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍殻櫍櫍殻《从零学相对论》连载櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍殻《从零学相对论》连载瑐瑩12梁灿彬，曹周键(1．北京师范大学物理系，北京100875;2．中科院应用数学所，北京100190)(事实上，闭合类时线上任何两点中之一点都可以9．3．2弑母悖论认为另一点在自己的未来，因而可以影响对方．)许时间机器(又称时间隧道)一旦存在，就会导致多物理学家相信任何物理过程在逻辑上一定是自洽一系列因果疑难．常见的一个质疑是:“如果我通过的，相信所有过程都遵守如

2、下原理:时间隧道回到出生之前并杀死我娘，那么还有我吗?自洽性原理(Principleofself－consistency)闭既然没有我，我又怎能回去杀死我娘?”这可称为弑合类时线上任意两个事件都以自洽的方式互相影响母悖论．由于这一悖论还涉及人的“自由意志”以及(一定能自动调整到这种方式):每个事件只发生一道德伦理等问题，讨论相当麻烦．美国德克萨斯大学次，而且不会被改变．的物理教授珀尔钦斯基(Polchinski)巧妙地提出了只要接受这一原理，就可断定:①图9－17的非一个本质一样但大为简化的问题(图9－17):一只台自洽台球运动不可能发生;②在相同的台球初值球(白

3、色)以适当的位置和速度出发经洞口N进入(初位置和初速度)下应该存在自洽解．果然，约定虫洞并从洞口M复出(图中画成灰色)，出洞时洞外台球做低速运动，利用牛顿力学(非相对论力学)的时刻早于它的进洞时刻(例如早了半小时)，它恰好能量和动量守恒定律，索恩的两个博士生通过计算击中进洞前的(较年轻的)自己并改变其运动方向，的确找到了初值与图9－17相同的自洽解，而且共使之不能到达洞口N，因而不会有台球从洞口M飞找到两个，分别示于图9－18的(a)和(b)．此二图与出并击中自己．这同弑母悖论有相同物理实质，都是回到过去并改变历史，从而造成因果疑难．图9－17台球悖论:台球从洞口

4、N进图9－18台球运动的两个自洽解(初值与图9－17相同)虫洞，经洞口M出洞并回到过去．它恰好击中进洞前的自己并使之不能进洞图9－17的关键区别在于，图9－17的两球相碰是强从4维观点看来，时间旅行者的世界线是一条烈的正面碰撞，它明显改变较年轻台球的轨道并使闭合的类时曲线，即图9－16的rphh'qr．通常时空中之不能进洞;而图9－18的碰撞对较年轻台球的轨的类时线当然不是闭合的，它总是从过去走向未来．道只起到“微扰”作用．例如，在图9－18(a)中，白色图9－16是索恩挖空心思地构造的时空(但原则上台球在行进过程中忽然遇到从洞口M飞出的灰色可能存在)，其中竟然存

5、在闭合类时线．弑母悖论的台球，灰球只是从白球的左后边缘轻轻擦过，白球仍提出反映这样一种信念:闭合类时线的存在使人们可(沿着稍微改变了的轨道、以稍微不同的速率)到可以改变过去(改变历史)，从而带来因果性的严重达洞口N，当它穿过虫洞并从洞口M复出(成为灰疑难．然而许多物理学家认为并非如此．弑母(台球)时，位置和方向与图9－17相较稍有不同，正是球)悖论只是人们想象的一个非自洽过程，它的成这种稍微的不同保证它只是从较年轻的自己(白因是没有考虑到“未来”对“过去”同样会产生影响．球)的左后边缘轻轻地擦过(详细计算见文献［3］)．64大学物理第33卷这显然是个自洽的运动过程

6、．物理学家诺维科夫讨论了某些更为复杂的非自［4］洽过程，下面是其中一例．一根Y形管以图9－19(a)的方式与虫洞的两个洞口相连，管的内壁理想光滑，使管内的活塞得以无摩擦地运动．活塞从某一初值出发沿路径α和α'到达洞口N，穿过虫洞后从洞口M复出并回到过去，继续沿路径β运动并赶在较年轻的自己到达前占领接头J，挡住较年轻自己的去路，使之不能到达洞口N．这显然也是个非自洽过程．但诺维科夫用计算证明的确存在初值相同的自洽解，物理图象见图9－19(b):活塞沿路径α走到接头J时恰与从洞口M出来的较老的自己的前端相接触，由于受到较老活塞前端的摩擦而略有减速，以这个较小的速率走过

7、α'，从N进洞再从M复出．由于速率略小，它不能抢先挡住较年轻自己的去路，只能用前端与它的侧面接触．这显然是个自洽的运动过程．图9－20台球在同一初值下的5种可能运动上—洞口N(进)—洞内(图中不显示)—洞口M(出)—洞外(向右下)—碰(与年轻)—向下(永远)．图(d):从最下端向上—碰(与年老)—向右图9－19管内活塞穿过虫洞的两种运动情况上—洞口N(进)—洞内—洞口M(出)—洞外獉獉(初值相同，都满足牛顿运动方程)(向右)—洞口N(再进)—洞内—洞口M(再出)—獉獉獉獉獉獉獉獉洞外(向右下)—碰(与年轻)—向下(永远)．图(d)无非是在图(c)的基础上添加了用重

8、点再来回顾