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据说霍金曾举办时间晚会,结果没有一个未来人类参与,这是怎么回事?

网友提问:

据说霍金曾举办时间晚会,结果没有一个未来人类参与,这是怎么回事?

优质回答:

霍金的时间晚会,是一个古怪的实验。其目的是为了验证在现实中时间旅行(回到过去)是否可行。没有一人到场的结果,似乎证明现实中不存在时间旅行。这个“先办晚会后发邀请函”的实验本身其实很无趣,而重点在于霍金为什么愿意做这样一个实验?剥去与舆论联手作秀的嫌疑以外,这个实验的背后透露着怎样的科学意义?

时间概念的发展

直到20世纪初,人们还相信着绝对的时间观,世界上的每一件事都被称为“时间”的数所标记,而所有的这些数都对应着一个全宇宙通用的刻度盘。牛顿把时间比喻为一支箭,从过去笔直地射向未来。

而“光速不变”的秘密被发现后,时间已经无法成为衡量世界万物的绝对尺度。人们惊讶地发现原来万物都有一个自己的刻度盘,彼此之间只有近似时间,没有绝对时间。当万物彼此运动的速度相差越大,彼此之间的时间差距也就越明显。即便是同一物体的时间,也随自身的运动而变化。爱因斯坦把时间比喻成一条河,它会顺着河道而弯曲,且时快时慢地流向远方。

1949年,爱因斯坦亲密的小朋友哥德尔,却在相对论里解出了一个鬼魅的新时空——遥远的未来,都通向我们的过去。哥德尔的宇宙是一个旋转的宇宙,未来与过去成了彼此的轮回。回到过去的时间旅行似乎从此有了物理学的理论支持。

图例:哥德尔宇宙中,物质沿着中心轴匀速转动,转动对光锥造成了影响。

不过哥德尔的宇宙必须满足一定的曲率,而宇宙微波背景辐射和氢元素丰度的观察表明,宇宙的曲率似乎为0,看来现实的宇宙不满足时间旅行所需要的曲率。不过哥德尔的解还是把物理学界搅得翻天覆地,掀起了一轮又一轮对时间旅行的探索。物理学家们都在探讨这样一个问题——我们能否把时空的局部卷曲成一个闭环,而允许时间旅行呢?

随着越来越多允许时间旅行的理论出现,时间旅行已成了前沿物理研究的一个重要课题。时间旅行不再仅仅是脑洞的幻想,而真正让它具有了客观实在价值,还亏量子力学的贡献。

虫洞理论的出现与虚空中的逆时间运动。

这个时空局部的卷曲,其实就是我们现在常说的虫洞。1935年,由爱因斯坦与罗森以“桥”的概念提了出来,虽然当时他们只是在推测黑洞内部的数学结构,不过显然物理学家们发现了它更前沿的应用。然而,要达到这种扭曲就必须要有负能量的存在。一般来说,物质的正能量密度赋予时空以正的曲率,如形成一个球面;而负能量密度赋予时空以负的曲率,如形成一个鞍面。

而我们在哪去找负能量?

在宏观世界可能很难,但在微观的量子领域,量子定律却允许在总额度为正的前提下,局部出现能量透支,产生负能量。最有力的实验证明就是“卡西米尔效应”。

两块平行金属板只要能靠的足够近,小于真空中虚光子的波长,两板之间就会产生一种吸引力,称为卡西米尔力。真空一般被认为能量为零,卡西米尔力的出现意味着真空里有比零更小的能量,这就是我们所谓的负能量。

根据“真空涨落”的描述,真空中充满了虚的正反粒子对,它们一同出现、分离,再一同湮灭,其在时空中的路径共同画了一个圈。如果以“费曼图”的思路来看待它们的路径,会非常有意思。一个反粒子可以被认为是一个逆时间运动的粒子,正反虚粒子对的产生与湮灭可以看成一个虚粒子在时空的闭合圈里运动,从现在到未来,再从未来到过去。

如果说发生在真空中的这种虚过程无法观测,那“霍金辐射”则可看成一种在微观尺度上,允许粒子在时间中往回运动的可观测效应。

“霍金辐射”实际就是发生在黑洞事件视界附近的真空涨落。当正反虚粒子对的其中一个掉进了黑洞中,而另一个被留在黑洞外面,虚粒子就变成了可观测的实粒子。虽然正反虚粒子都可能掉进黑洞,但由于黑洞的时空结构原因,掉进去的反粒子会更多,所以宏观上看,黑洞就像在对外辐射一样。

其中掉进黑洞的反粒子,可以看成从黑洞跑出来逆时间运动的粒子,当它运动到虚粒子对产生的位置时,再被引力场散射为正时间运动的逃逸粒子。

也就是说,在微观尺度上,霍金认为时间旅行是完全可行的。问题是在宏观尺度上,时间旅行是否依然成立?

霍金认为是不可能的,他把不可能的原因称为“时序防卫猜想”,即物理定律会联手阻止宏观物体将信息传回到过去。比如,即便出现一个可以时间旅行的扭曲时空闭环,它周围的真空涨落的虚粒子会像霍金辐射一样变为实粒子,这些粒子会反复地出现在闭环周围,累加的能量赋予时空以正的曲率,会将时空的负曲率抵消。也就是说,允许微观时间旅行的量子理论,却成了防止宏观时间旅行的终极守卫。当然这一切无法验证,到底这些虚粒子会使得时空曲率变正,还是变负?或许还是会被其它粒子抵消?都不得而知,也就让宏观世界的时间旅行还悬而未决。

总结

无论时间旅行在宏观世界到底存不存在,其实都是霍金的时间晚会所无法证实的,那只是霍金一个幽默的玩笑而已。

未曾有来自未来的访客,可以有很多解释。比如,因为我们观察了过去,且没有发现允许从未来返回所必需的时空扭曲,所以在确定的过去中无法容纳来自未来的客人,但未来是未知的开放的,所以也可能出现需要的曲率。这意味着,时间旅行在未来永远是可能的。

另外,即便真有来自未来的客人,他们也可能并没有把霍金的邀请放在心上,谁说不是呢?

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霍金的晚会

2009年,6月28日,一直相信可以穿越时空的霍金组织了一场晚会,和别的晚会不同的是,直到晚会结束,霍金才发出邀请帖,邀请未来的人类来家里一叙。只不过最终结果令他失望了,并没有一个人手持邀请帖参加霍金的晚会,这显然和他期待的不同。

究竟为什么没有人参加霍金的晚会呢?其实原因有很多,一方面穿越回来的人不一定有时间去参加晚会。

再者,即使有未来的人穿越回现在,那么也没必要证明自己真的存在,毕竟于他而言,不需要证明穿越这件事是可行的了。

当然,最主要的是因为穿越直到今天仍旧是小说或者电影情节而已,在生活中还没有找到一例穿越者。

那么,穿越这件事本身真的可以实行吗?今天我们好好聊一聊。

穿越时间的三种方法

根据爱因斯坦相对论,我们知道光速在真空中的传播速度是固定不变的,而时空则是相对的,高速运转的物体时间会膨胀。因此,我们就可以利用这个方法来实现穿越时间。

假如我们在赤道上建一个高速飞机场,这个飞机每秒可以绕行地球飞行7圈,而你只要在这座飞机中待上7天,你出来后地球上就过去了100年。也就是说,在你的时间只是过去了7天,但因为你的时间相对于地球人而言发生了膨胀,因此他们的时间过去了100年。

除了高速飞行外,还有一种方法可以压缩你的时间,那就是在一个引力特别大的星球上待一段时间,比如黑洞。这是因为一个星球的引力越大,时间膨胀的效应就越明显。

根据爱因斯坦对引力的解释我们可以知道,引力的本质是时空的扭曲。而黑洞引力巨大,因此对时空的扭曲也很大。

而由于光速是不变的,所以不同的引力区域会导致时间以不同的速率流逝的现象,所以引力越大,对时空扭曲率也越大,时间过得也就越慢。这种现象已经被庞德-雷布卡实验证实。

我们再举个例子,在电影《星际穿越》中,男主掉进了黑洞里,出来后女儿都当奶奶了,而自己还很年轻。

不过,这种方法人类还做不到,因为黑洞的引力太大了,人体靠近黑洞后,基本上性命都不保了。除了这两种方法之外,还有一个爱因斯坦罗森桥。

爱因斯坦曾经做出过一个假设,如果宇宙中存在着黑洞和白洞,那么黑洞和摆动之间应该有个桥梁,这个桥梁叫做爱因斯坦罗森桥,也称之为虫洞。

你可以这样理解,宇宙中存在着一个快速通道,可以让你从这里迅速移动到另一个星球。

后来,科学家们对爱因斯坦的假设做出过研究发现,在量子世界中时时刻刻都有虫洞出现,但太太太小了,而且瞬间会坍塌。如果我们想要通过虫洞,需要这个虫洞扩大到一定程度,并保证有一定时间不坍塌,可以让人类通过。

但是,打开虫洞以及保证不坍塌需要持续不断的能量输入,科学家们发现如果想要把虫洞打开到人类能穿越的程度,需要注入的负能量约为整个宇宙总能量的6倍,因此虫洞穿越也不现实。

最后

通过以上三个方法我们可以看出,人类想要实现穿越的科学技术含量太太太高了,而且有两种根本不可能实现,因此没有人能参加霍金的晚会也很正常,尽管他为此准备的很隆重。

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我们先看看这个实验是咋回事,再来说说这实验有没有问题。霍金就不介绍了,也不多评论,网上正面负面评论都有。先说说实验。话说,某一。年某一天,霍金摆好大餐,请未来穿越回来的人赴宴。结果等了好久也没有人来。随后,霍金爆料,自己在2009年6月28日举办了这次未来人的晚宴,但是并未有人参加。未在媒体曝光此次晚宴举办的时间,是因为怕有人来“蹭饭”。所以最后得出结论,没有时空旅行。我们先来看看霍金的理论。霍金认为,我事先不告诉外界举办宴席的时间,地点。那么在我向媒体公布前就没人知道我会举办这次宴会。从而有效避免“蹭饭”现象的产生。同时,假设我于6月29日公布此事,那么6月29号以后,大家都知道此事。所以,6月29号以后,就会有知道此事的穿越者回到6月28号赴宴。而现在没有人去赴宴,那么就说明6月29号知道这事的所有人都无法穿越到6月28号,进而推论,时空旅行不存在。但是我们看,这个证明过程是有问题的。首先,霍金这种先吃饭再发请柬的行为,本身就否定时空旅行的存在。你既然已经否定这种结论,又如何能够通过实验证明这种结论是否存在呢?第二,霍金这种行为如果有人去赴宴,那么等于直接告诉现在的人,某某年以后,会发明时空机,可以自由穿越。那么,参考现在所有穿越剧理论,这种行为是有危险的。这就是所谓的蝴蝶效应。所以“未来人”本着谨慎的态度,不来赴宴。第三,也有很多科学家认为,穿越可以有,但是只能往前穿不能往后穿。也就是说,穿越必须遵守某种规则。下面谈谈本人自己看法。个人认为,霍金这个实验还是不够严谨。他是假设在一个能自由穿越时间和空间的理论基础上,来“证伪”穿越这件事。但是我假设几种情况,第一种,未来人不屑参加你的宴席,可不可以?你虽然现在是所谓的伟大的科学家,但在未来不一定伟大(何况事实上霍金看不到任何实质上的伟大),我为什么要大费周章过来和你吃饭?第二种,未来人只掌握了穿越时间的技术,但是未掌握穿越空间的技术,因而无法达到会场。即在时间上可以自由穿越,空间上还必须依赖当时的交通工具。第三种和第二种类似,你在英国请客吃饭,你让我一个中国的穿越者怎么过去?我拿100年以后得护照肯定行不通,我拿100年后的身份证办理现在的护照,肯定也行不通。难道我要偷渡去英国?作为一个穿越者肯定知道现在英国的法律,那么我偷渡到英国不是找死么?其他用来推翻霍金的bug还有很多,就不一一例举了。总之,霍金从请客吃饭来判断穿越这事,明显犯了逻辑上的错误。


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