时间旅行理论

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牧濑红莉栖于2010年7月28日举办的ATF讲座上总结(α世界线),到2010年为止,科学家们提出的时间旅行理论主要有11种,分别是:

时间旅行11种理论.jpg

中子星理论

黑洞理论

光速理论

超光速粒子理论

虫洞理论

奇异物质理论

宇宙弦理论

量子重力理论

铯原子激光理论

基本粒子环状激光理论

狄拉克反粒子理论

相比较于动画中一带而过,游戏对其中两种理论(宇宙弦理论和虫洞理论)进行了解释,其他理论来自设定集,但是这些说明大都笼统,暧昧,读者若想寻求严谨的解释还是建议自行搜索。

中子星理论

中子星,是大质量的恒星在超新星爆炸后可能出现的产物。它是有着超高密度的“星之残骸”,地表的重力约达地球的1000亿倍,这意味着1立法厘米里有着10亿吨的压力。由于在强大的重力场里,时间会变慢这点已被相对论所证明,所以只要能在那个星球上呆着,地球上10年的时间只需要<比方说>7年就能经过。当然,在那个环境下生存是其条件……

黑洞理论

恒星在发生重力崩坏后产生的黑洞,在其内部由于极强的重力,时间与空间会互换角色。也就是说,就如同我们散步一般<在空间中的移动>,在时间中可以进行自由的移动,但是空间中的移动则变得不可能,所以一旦被吸入其内部,就无法再动。想要从黑洞内部逃出,必须有光速以上的速度。

光速理论

越接近于光速,时间的流动就会变得越缓慢这点已被相对论所证明。极端的说,以等光速持续奔跑24小时的话,周围的时间就会是经过了48小时,整整向未来跳跃了一天。而如果能比光速更快地移动的话,时间会往过去逆向流动。但是,当物体的速度无限接近于光速时,该物体的质量也会变得无限大,所以理论上无法产生超越光速的加速。

快子理论

快子是质量为虚数的空想上的粒子。快子被认为是可以比光速更快移动的粒子,并且它无法比光速更慢。快子的存在并没有被证明,如果被证明了的话,其存在本身就已经超越了光速,也就可以说它是向着过去在移动。

虫洞理论

虫洞是有着出入口的空间隧道,其存在未被证明。在虫洞中时间经过得非常慢,不论距离多远,都能以接近0秒的时间通过。让虫洞的出口或入口以光速移动,来造成时间差的话,时空穿梭就成为可能。注意不要误解其为黑洞,黑洞不存在“另一侧的出口”。

虫洞理论示意图

如图所示,如果两个洞穴用隧道连接起来,不管两个洞穴相隔多远,隧道内能以0时间通过。但是虫洞的隧道内受到超重力的挤压,开通的同时就会被压坏,所以为了让这股重力无效必须做些手脚。有一种东西被称为奇异物质,它拥有负的重量,能排斥重力。如果向虫洞隧道里注入奇异物质,使得其稳定的话,就可以做到瞬间移动。可是要时间旅行还需要一个步骤。假设虫洞的入口在秋叶原,出口洞穴在北京。首先将北京的洞穴以接近光速的速度扔到宇宙的尽头,到达尽头后再立刻拉回来。根据相对论,以光速移动时间会变慢,回到北京的洞穴相对于你所在的地方的洞穴,就存在于过去。于是在这种状况下,你跳进虫洞,就能回到几年前的北京。然而这时候还不算做了时间旅行,只不过是模拟的时间旅行也就是所谓的浦岛效应[1]。重要的是,这之后再一次通过虫洞从北京回到你所在的地方。这样一来,因为通过时间为零,你就能回到几年前的你所在的地方。时间旅行就这样完成。

虫洞理论所需要的条件比宇宙弦理论简单多了,但是仍然需要以下三个条件:

1. 虫洞本身。可能存在于宇宙的某处,目前还未被发现。

2. 将虫洞洞穴以光速往返宇宙尽头的能量。

3. 奇异物质。这个东西现在还没确定是否存在。

奇异物质理论

奇异物质是虫洞理论的延展型。所谓奇异物质,是质量为负的物质,可以抵消重力。虫洞的隧道里,时间经过非常的缓慢,而相对的重力变得非常强,因此在隧道开通的那一瞬间就会崩溃。为了防止这一点,需要注入反重力的奇异物质。但是,奇异物质的存在尚未被证明。

宇宙弦理论

宇宙弦理论示意图

宇宙弦,是长度无限,拥有超巨大的质量,外形像弦一样的“裂缝”。裂缝的宽度大概与基本粒子差不多,长度最短也得和银河系同等。因为其拥有巨大的质量,所以具有能扭曲时空的性质,要在被扭曲的时空以弦为中心绕一圈,不到360度就可以实现,也就是说,可以做到时空跳跃一样的行动。这被称为时空的角度缺失。经过角度缺失的部分的时候,那里因为已经缺失了,经过时间变为0。利用这一点,让宇宙弦以接近光速的速度运动起来的时候,根据相对论,宇宙弦的时间会比周围慢,经过扭曲后的角度缺失区后,本来为0的时间会变成负数。也就是说,通过后就回到了过去。于是,用两根宇宙弦进行空间缺失跳跃,旋转整周后在回到原来的地点,就正好能返回开始时相同的时间。和超弦理论没有关系

用宇宙弦理论时间跳跃要准备的东西:

1. 宇宙弦。而且要两根,顺便一说,假说中的宇宙弦只存在与刚刚诞生的宇宙里,要找估计得费很大功夫。

2. 能够进行让宇宙弦能以接近光速的速度运动起来的能量。要想让与银河系同等长度的裂缝跟光并驾齐驱,需要的能量不会小于1.21Jigowatt[2]

3. 前往宇宙弦所在区域以及从那里返回的宇宙飞船。


量子重力理论

一般相对论与量子理论相融合的“究极理论”。然而有关这种理论,以超弦理论,循环量子重力理论为主的候补虽然有好几个,但都还没有完成。如果完成的话,从微观到宏观,它将能解释一切物理现象。一切物理现象中也包括“时间”,所以当该理论完成时,时空旅行的原理也将被探明。

铯原子激光理论

2000年时,在容器内充满气态铯,通过其中的激光以“光速的310倍的速度<群速度>移动”的现象被观测到。这个惊人的实验结果,否定了相对论的“比光更快的物质不存在”的结论。超越光速意味着时间的倒流,有着应用到时空穿梭理论的可能性。

基本粒子环状激光理论

这是于2000年发表的有关时光机器的理论。内容是用光本身来引起空间扭曲,制造与黑洞类似的现象。把可以产生匹敌太阳中心部的强热的激光,呈螺旋状射出无数根。然后向这个类似环状的光洞里发射基本粒子,基本粒子就能回溯到之前的时间。但是,能送到过去的就只有基本粒子,并且不能回到这个基本粒子环状激光设备启动之前的时间。

迪拉克反粒子理论

反粒子所具有的能量为负值。物理学家保罗・迪拉克,将真空状态定义为“被反粒子无间隙地充满,并且无法再产生新的反粒子的状态”。这也就是所谓的迪拉克之海。反粒子与快子类似,有着“回溯时间”的性质。如果其存在得到证明,也许时空旅行也将成为可能。

【注:在科学adv的世界观内,并不是只有冈部他们的理论可以时间穿越,Chaos Head中的主角们也可以用自己的gigalomaniacs力量依靠反物质海洋进行时间旅行。】

而且即使找到了回到过去的方法,也不一定真的能回到过去,因为还没有解决因果律[3]的问题。关于时间旅行的关键问题——因果律问题,也就是俗称的时间悖论,用化学上的说法就是质量守恒定律——宇宙全体质量有一个定值,永恒不变。比如说从未来前往过去的某个地点A进行时间旅行,在A点时间机器和乘坐其中的人的质量就是多余的,形成矛盾。但是将质量守恒定律应用到宇宙这样宏观的尺度或者原子,基本粒子之类的微观尺度的构成上是错误的。因为那是针对化学反应的定律。在现代物理学上完全不成立。因为物理能无中生有 还有一种时间悖论是祖父悖论,这种时间悖论的解答没得出之前,时间旅行的实验无法实现。有人说,不杀就好了啊,问题并不是那样简单,当成科幻电影来想是很危险的。事情不会是仅仅你自己消失那么简单。矛盾的产生意味着因果律的崩溃,相对论的崩溃,甚至是世界物理法则的崩溃。时间悖论不过是理论上的思考实验。不会在现实中发生,也决不能发生。所以,哪怕只有0.000001%的可能性发生,不管怎样的行为都不能真正的实施。但是也存在多世界理论(平行世界理论)和自我无矛盾性这样的后路。


注释:

  1. 越接近光速,时间的流动就会变得越慢的现象被称作浦岛效应,由日本传说中的人物浦岛太郎得名和烂柯人的典故有点类似
  2. 捏他出处是1980年代公映的以时间机器和时间悖论为题材的好莱坞电影三部曲。在第一作《回到未来》中,提到汽车型时间机器进行时间旅行所必要的电力时,身为开发者的博土称必须要有1.21Jigowatt,但实际上并不存在"Jigowatt'这个单位。这是剧作家的拼写错误,而日语版的字幕也按照错误的用语进行了翻译。其正确的写法是Gigawatt(十亿瓦特)。
  3. 是指所有的事物都有因有果。相对论正是以此为基础的。但是在像量子力学描绘的微观的世界中,也是可以确认有些现象未必遵从因果律的。