新研究表明:時間旅行「理論上可行」

#夜讀#【新研究表明:時間旅行「理論上可行」】#時間旅行理論上可行# 據美國趣味科學網站1月8日報導,長期以來,時間旅行一直被認為是不可能的,部分原因是臭名昭著的「祖父悖論」。這個難題問的是,如果有人「穿越」回到過去,並阻止自己的祖父生兒育女,從而抹去了穿越者的存在會發生什麼?然而,一項新的研究可能已經解決了這個問題。

我們對時間的日常理解植根於牛頓物理學,即事件從過去到未來呈線性發展。但愛恩斯坦於1915年完成的廣義相對論挑戰了這一直觀假設。它揭示了時空結構可以以違背常識的方式運行,黑洞等現象就是證明。它最令人著迷的預測之一是可能存在封閉類時曲線——時空路徑可以自我循環,理論上可以讓旅行者重回過去。

研究作者、美國範打比爾特大學物理學家洛倫佐·加瓦西諾通過電子郵件告訴趣味科學網站:「在廣義相對論中,所有形式的能量和動量都是引力的來源——不僅僅是質量。這意味著如果物質在旋轉,它可以‘拖拽’時空。雖然這種影響在行星和恒星上可以忽略不計,但如果整個宇宙都在旋轉呢?」

在一個所有物質都在旋轉的宇宙中,時空可能會變得如此扭曲,以至於時間實際上會反向彎曲,形成一個循環。理論上,一艘沿著這樣一個環路行駛的宇宙飛船可以回到它的起點,不僅在空間上,而且在時間上。雖然我們的宇宙整體上似乎並沒有以這種方式旋轉,但旋轉的質量——比如黑洞——可以產生類似的效果,為封閉類時曲線創造潛在的環境。

時間旅行面臨的最大挑戰之一在於它所創造的悖論。祖父悖論只是一個例子。出現這些問題的原因是,我們假設熱力學定律,即支配熱量和能量的定律,會在時間循環中正常運作。

加瓦西諾說:「事實上,熵增定律——一個衡量系統無序程度的熱力學量——是唯一區分過去和未來的物理學定律。據我們所知,熵是我們記住過去事件而無法預測未來事件的唯一原因。」

熵支配著我們許多日常體驗,從身體衰老的方式到我們處理記憶的方式。即使是像走路這樣的簡單動作,也依賴於摩擦力,而摩擦力本身會增加熵。那麼,這些過程在時間循環中會如何表現呢?

加瓦西諾的研究於2024年12月12日發表在《經典引力和量子引力》雜誌上,這項研究提供了一個有趣的解決方案。他從物理學家卡洛·羅韋利的研究中汲取靈感,證明了熱力學行為在封閉類時曲線上會發生根本性的變化。在這樣的循環中,會出現可以消除熵的量子漲落——這個過程與我們在日常生活中所經歷的完全不同。

這些波動可能會對時間旅行者產生巨大影響。例如,隨著熵的減少,一個人的記憶可能會消失,衰老也會逆轉。加瓦西諾問道:「熵增加是我們死亡的原因。如果逆轉死亡,會發生什麼呢?」這種現像甚至可以使不可逆轉的事件(比如殺死自己的祖父)在時間循環中暫時消失,從而使悖論完全失效。

加瓦西諾說:「過去大多數物理學家和哲學家都認為,如果時間旅行存在,大自然總會找到一種方法來防止矛盾情況的出現。有人提出了‘自洽性原則’,認為萬事萬物都應該保持一致,以創造一個邏輯上連貫的故事。我的研究首次直接從已經確立的物理學定律中嚴格推導出這一自洽性原則。具體來說,我應用了量子力學的標準框架——沒有附加假設或有爭議的假設——並證明了歷史的自洽性自然遵循量子法則。」

雖然加瓦西諾的研究成果為時間旅行提供了一個令人信服的理論框架,但問題仍然存在:封閉類時曲線是否真的存在於現實宇宙中?大多數物理學家對此持懷疑態度。例如,1992年史提芬·霍金提出了著名的「時序保護猜想」,認為物理定律可能首先就阻止了時間循環的形成。這可能涉及時空在循環建立之前變得異常——或崩潰。

儘管如此,加瓦西諾的工作對於拓展我們的認知界限很有價值。

即使時間循環並不存在,對其理解和建模也能讓我們深入瞭解物理世界真實的現象。例如,探索真實的熵如何在亞原子尺度上沿著封閉軌跡演變和表現,可以對亞原子系統的行為及其熱力學原理產生引人入勝的見解。