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时间旅行如何工作:专家解释斯蒂芬霍金的最终预测

“如果有人提出研究补助申请来进行时间旅行,它将立即被解雇,”物理学家斯蒂芬霍金在他的遗书“大问题简答”中写道。他是对的。但他也是对的,询问时间旅行是否可能是一个“非常严重的问题”仍然可以科学地接近。由于我们目前的理解不能排除它,霍金似乎是谨慎乐观的。那么这又给我们留下了什么?我们今天不能建立一台时间机器,但未来我们可以吗?分享光速是任何信号可以传播的最快速度,这是对我们能够多快了解宇宙中其他地方发生的事情的基本限制。这给了我们“因果关系” - 影响必须始终在其原因之后的法则。对于时间旅行的主角来说,这是一个严重的理论荆棘。让我回到过去并开始运动阻止我出生的事件是将效果(我)放在原因之前(我的出生)。现在,如果光速是普遍的,我们必须测量它是相同的 - 真空中每秒299,792,458米 - 无论我们走得多快。爱因斯坦意识到光速绝对的结果是空间和时间本身不可能。事实证明,移动时钟必须比静止时钟慢。你移动得越快,你的时钟滴答相对于你移动过的时间就越慢。 “亲戚”这个词很关键:时间似乎正常传递给你。然而,对于每个站着不动的人来说,你将处于慢动作状态。如果你以光速移动,你会在时间上显得冷冻 - 就你所担心的而言,其他所有人都会快速前行。那么,如果我们旅行的速度比光快,那么时间就会像科学一样倒退小说教会了我们?不幸的是,它需要无限的能量才能使人类加速到光速,更不用说超越它了。但即使我们可以,时间也不会简单地倒退。相反,谈论前进和后退将不再有意义。因果关系法则将被违反,因果关系的概念将失去意义。爱因斯坦还告诉我们,重力是大规模扭曲空间和时间的结果。我们挤入空间区域的质量越多,翘曲的时空就越多,附近的时钟就越慢。如果我们挤进足够的质量时空变得如此扭曲,即使光线也无法逃脱它的引力而形成一个黑洞。如果你要接近黑洞的边缘 - 它的事件视界 - 你的时钟相对于远离它的那些时钟会无限慢地嘀嗒那么我们能否以合适的方式扭转时空,将其关闭并回到原点?答案可能是,我们需要的翘曲是一个可穿越的虫洞。但我们还需要产生能量密度为负的区域。稳定它,19世纪的经典物理学阻止了这一点。从大爆炸到黑洞:斯蒂芬霍夫如何帮助解释宇宙“最大的神秘主义思想霍金在宇宙的广阔空间和量子理论奇异的亚分子世界中探索了人类理解的极限。以及众多最好的在一个杰出的研究生涯中,霍​​金还出版了几本重要的科学论文。通过他的开创性理论,传说中的物理学家研究了宇宙的起源并帮助解释了黑洞的行为。1970年黑洞时空中的一个霍金“第一个关键想法是空间和时间如何在黑洞的残酷范围内作出反应。黑洞是空间区域,其引力场非常强烈,无论物质还是辐射都可以逃逸。物体如此强大,它们在奇异的时间和空间中弯曲在1970年,霍金展示了黑洞如何改变“时空”。“时空”是物理学家用来描述三维空间融合的理论。并且直到“70年代物理学家已经知道爱因斯坦”的理论允许“奇点” - 时空似乎无限弯曲的点。但是不清楚这些奇点是否真的存在。伯克贝克学院的物理学家罗杰彭罗斯爵士表明,奇点确实存在,因为它们可以在黑洞中形成。除了彭罗斯爵士之外,霍金在1970年将整个宇宙应用于整个宇宙。他们表明,爱因斯坦的理论预测了我们遥远的奇点。过去:大爆炸。霍金表明,黑洞散发热量并最终在一个极其缓慢的过程中消失。虽然太阳质量的黑洞需要比我们宇宙的年龄更长的时间才能消失,但是较小的黑洞消失得更快。在他们生命的尽头他们以极快的速度释放热量,平均大小的黑洞在短短的十分之一秒内释放出一百万个氢弹的能量。为了这一发现,他们开始研究“量子理论” - 物理学的一个分支宇宙在亚原子水平上运作。霍金最出名的是他试图将两个关键的物理理论结合起来:量子理论和爱因斯坦的广义相对论。量子理论涵盖了微小亚原子粒子如何将宇宙结构拼接在一起,广义相对论处理更大的物体。它描述了星系,恒星,黑洞,行星等是如何通过引力相互作用的。霍金的大部分工作都集中在将量子理论和广义相对论与爱因斯坦的引力理论结合起来。他认为这种被称为量子引力的新理论可以填补我们目前对物理学和宇宙理解的许多空白。 1983年,物理学家与芝加哥大学的Jim Hartle教授合作,提出了“宇宙的波函数”。被称为Hartle-Hawking状态,这个概念旨在弄清楚宇宙是如何通过量子力学开始的。理论上,这可以用来理解我们周围宇宙的属性。然而,现代量子力学理论可能不会。根据量子力学,空的空间不是空的。相反,它充满了存在和不存在的成对粒子。如果我们能够创造一个允许更少对进出的区域,那么这个区域将具有负能量密度。然而,找到一个将量子力学与爱因斯坦引力理论相结合的一致理论仍然是理论物理学中最大的挑战。一个候选者,弦理论(更确切地说是M理论)可能提供另一种可能性。M理论要求时空有11个维度:我们进入的时间和三个空间之一,另外七个,我们能否利用这些额外的空间维度来缩短空间和时间?霍金,至少是有希望的。那么时间旅行真的有可能吗?我们目前的理解不能排除它,但答案可能不是爱因斯坦的理论未能以极小的尺度描述时空结构。虽然自然法则常常与我们的日常经验完全不一致,但它们总是自我一致的 - 留下很少的人当我们在科幻小说“时间旅行”中弄清楚因果关系时,这些悖论比比皆是。斯蒂芬教授在大爆炸之前想到了什么?斯蒂芬霍金教授认为,在37亿年前的大爆炸之前,我们所知道的时间和空间并不存在。过去,受人尊敬的理论物理学家预测,随着宇宙的回归,它会缩小和缩小。球。然而,他的最新论文 - 在他去世前几周提交 - 给宇宙历史带来了新的制约因素,挑战了他以前的理论。根据早期的“无界限”理论,宇宙被缩小并凝聚成一个非常密集的热量和能量球,大小只有一个原子。在这个斑点中,我们所知道的物理定律和时间停止发挥作用,我们理解它不存在的时间。如果我们从宇宙大爆炸中回过头来,随着宇宙变小,时间的“箭头”无限缩小,从未达到明确的起点。霍金在最近的一次采访中表示,在大爆炸之前,时间曲折 - “它总是接近于零,但并没有变成一无所有。”基本上,“从来没有大爆炸产生过什么东西。从人类的角度来看,这似乎就是这样。在一次关于所谓的无边界提案的演讲中,霍金写道:“大爆炸之前的事件根本没有定义,因为人们无法衡量发生在他们身上的事情。由于大爆炸之前的事件没有观察到的后果,人们也可以将它们从理论中删除,并说时间开始于大爆炸。“但是,他的新作品,在死后出版,对此提出了挑战。 “没有边界理论。”从弦理论中借用点 - 宇宙是一个复杂的全息图的概念 - 霍金和同事托马斯赫托格认为我们的宇宙和其他“口袋宇宙”并不是有些人提出的无限结构。相反,霍金他说,宇宙是“相当平滑和全球有限的”,在宇宙学史上设定了新的界限,最终可以让理论得到检验。“现在我们说过去有一个边界,”Hertog补充道。尽管他乐观的乐观,霍金认识到,有朝一日会取代爱因斯坦的未被发现的物理定律可能会合谋阻止像你我这样的大型物品随着时间的推移而来回(不是因果关系)跳来跳去。我们称之为“遗产”时间保护猜想“。无论未来是否有时间机器,我们都可以安慰自己,知道当我们爬上一座山或在我们的汽车中加速时,我们会改变时间滴答。所以,这”假装是一个时间旅行者日“(12月8日),记住你已经存在,只是没有你想要的方式。本文是根据知识共享许可在The Conversation上重新发表的。阅读原文。。

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