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潜入复仇者科学终结的最大悖论

2019-04-30 09:46:33来源:

漫威的大型超级英雄电影弯曲了宇宙的规则。这是事情真正起作用的方式。但警告:本文包括剧透。当你正在观看漫威大片“复仇者联盟:终结”时,我们可以坐下来享受骑行,因为我们的英雄会试图拯救宇宙。但如果你是那些希望MCU电影的关键情节点依赖于坚实科学基础的人之一,那么我们就有一些坏消息。首先,如果你还没看过这部电影,请立即停止阅读。这是你的剧透警告。因为我们在这里讨论的是时间旅行,钢铁侠和其他复仇者的关键方式是从他们的后Thanos阴霾中移开。这些角色很难将他们的时间旅行方式与“回到未来”和其他所有方面区分开来,但好莱坞,而不是海森堡,正在发号施令。“非常简单地说,我不相信我们所学到的关于引力和量子力学的任何东西都表明时间旅行是可能的,”伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)说,他是一位有影响力的斯坦福大学教授,他声称物理学名声在帮助创造弦乐。理论,对宇宙定律的基本反思。即使是最合理的时间旅行方法 - 可以连接宇宙时空结构中不同点的虫洞 - 也需要一些非常奇怪且可能不存在的物质形式。你不可能及时回到谋杀你的祖父,更不用说复活Marvel Cinematic Universe的蜘蛛侠特许经营权了。但对于时间旅行爱好者来说,好消息是物理学家近几十年来更加认真地对待旅行。我们来看一下。

谢谢阿尔伯特爱因斯坦和你疯狂的数学

乐观的主要原因是:爱因斯坦广义相对论的数学开辟了一些非常有趣的可能性。

“广义相对论可以允许时间旅行,”着名物理学家斯蒂芬霍金说。“科幻迷们不必灰心丧气。”

广义相对论将宇宙描述为四个维度 - 三个熟悉的空间,与其中一个时间相联系。它将重力解释为此时空中的弯曲。相对论很奇怪并且引起了很多人的注意,但是你可能已经熟悉在二维空间中可视化的想法,太阳和行星以拉伸橡胶板的重球为代表。爱因斯坦的结果通过诸如GPS卫星时钟与地球上的那些相比稍微慢一些的现象以及大质量星系弯曲从更遥远的星系传播的光路的引力透镜现象得到验证。

在三维空间中走一圈不是令人兴奋的。但相对论的数学也开辟了另一种选择,可以在包含时间维度的路径中行进 - 所谓的闭合时间曲线。实际上,在您离开的同一时间旅行这样的曲线可能会让您回到起点。

对时间旅行的真正研究往往取决于支持闭合时间曲线的结构。那些包括黑洞,无限长的圆柱 - 以及最流行的时间旅行理念,虫洞。

虫洞徘徊

虫洞是科幻电影中的一个固定因素。它们提供了一种连接宇宙中不同位置和时间的方法,两个不同的嘴通过管连接从一侧到另一侧。

1998年的一篇论文描述了一种将虫洞变成时间机器的机制。左侧的入口保持静止,而右侧的管的另一端的入口远离光速移动并返回,导致时间在那里更慢地行进。

虫洞时间旅行的关键是将它的两个口中的一个加速到接近光速,这样那里的时钟相对缓慢地嘀嗒响,然后将口回到不动的嘴,时间越来越慢。“通过从右侧到左侧穿过虫洞,人们可以及时向后移动,”加州理工学院获得诺贝尔奖的物理学家基普·索恩(Kip Thorne)说道,他帮助使时间旅行的科学研究合法化,并在1998年的一篇关于虫洞和时间旅行的论文中说道。

加利福尼亚大学伯克利分校的物理学教授,现在的时间物理学的作者理查德穆勒说:“时空的一部分和另一部分之间的联系并不能持续足够长的时间。”虫洞的每一端都会坍塌成黑洞。

通过一种所谓的奇异物质 - 能量密度为负的物质 - 你可以将虫洞打开,但除了最微小的量子力学尺度之外,没有人知道这是否可行。

“你需要一些非常特别的东西,”穆勒说。“甚至暗能量也不会这样做,”他说,指的是最近发现的导致宇宙膨胀加速的现象。

另一个问题:要制作一个虫洞,你必须向后弯曲时空。所以是的,做一些像太阳一样巨大的事情,只是以一种截然不同的方式。

但是,嘿,人类已经找到了一些非常奇怪的东西,所以也许有一天这种技术将在我们的掌握之中。

“你可以想象一些先进的文明在未来制造它们,”穆勒谈到虫洞工程时说。“回过头几百年,没有人会想象我们能用核电做些什么。”

旅行速度快于旅行

爱因斯坦的方程表明,你旅行的速度越快,与开始加速的地区相比,时间越慢。如果超过光速,它们还会向后显示时间。

太糟糕了,你不能那么快。“这需要无限的力量来加速超过光速,”霍金曾经说道。

相对论确实意味着你实际上可以走向未来。在飞船上加速几十年,这样你就可以在光速附近行驶,然后转身减速,几个世纪以来,地球上的人们已经过了几十年。

终结在这里

我们没有任何能够为这种太空船提供燃料的推进系统。如果我们可以非常接近快速旋转的黑洞,那么时间会相对缓慢 - 就像电影“星际之星”一样,一个星球上的一个小时意味着七年过去了。(电影的顾问索恩,顺便说一下,审查了这个想法。)

关于Tipler气缸的关注

这是另一个你可以找到一个封闭的时间曲线的地方:一个非常非常大的圆柱旋转真的非常快。

“广义相对论表明,如果我们构造一个足够大的旋转圆柱体,我们就会创建一个时间机器,”物理学家弗兰克·蒂普勒在1974年的一篇论文中总结道。同样,还有一些实际的问题,比如要求气缸不方便 - 无限长,或者如果你靠近中间,可能只是很长 - 并且由足够强的材料制成,以便在快速旋转时不会飞散。

这项工作激发了科幻小说作家拉里·尼文写了一篇与蒂普勒的论文完全相同的短篇小说:“旋转气缸和全球因果关系违规的可能性”。(虽然蒂普勒圆柱体在讨论闭合时间曲线时很常见,但请注意,蒂普勒后来将物理学和基督教联系在一起的工作疏远了表达怀疑的科学家,并礼貌地表达了它。)

再见,自由意志

穆勒说,好莱坞可能会有另一个与物理有关的大牛肉:时间旅行剥夺了我们任何人对自己未来的实际控制。

“如果虫洞存在,我们可以及时倒退,这是物理学的结果,我们将无法行使自由意志。我们无法改变主意,”他说。他在一个悖论中阐述了他的案例,他称这种傻瓜谋杀涉及一种可以射出比光更快的粒子的枪。

你可以说大多数复仇者:终结游戏沿着一条非常可预测的道路奔跑。但是没有真正影响未来的人物呢?让我们希望永远不会进入电影。