物理学除了可以解释很多直观现象背后的原因以外,还提出了很多令人匪夷所思的预测,并且很多预测都得到了验证。
如,我们的直觉认为时间每分每秒都在向前流逝,无论你做什么,都不可能改变时间的进程,过去的已经过去,未来的还没有到来,我们只能随着时间长河无助的向前漂流。
并且时间对于每一位观察者,不管你是处在怎样的状态,不管你是在地球上还是在遥远的星系上,不管你是在运动还是静止,时间都以相同的速度流逝。
但是物理学近几个世纪的发展,告诉我们人类的直觉往往是错误的,而真相总是隐藏在表象的背后。爱因斯坦相对论的数学解,为我们重塑了以上的绝对时空观。
告诉了我们时间其实和空间是不可分割的整体,时间也跟空间的一个维度一样可以被压缩和膨胀,时间对于每一个处在不同状态下观察者的流逝速度是不一样的。
也就是说我们可以在时间这个维度上进行穿越,就像是在空间维度上进行前后移动一样。人类穿越时空的梦想第一次有了科学的依据,并不是幻想。
但是穿越时空包含了两个方面,去往未来和回到过去。那么它们两个是否在现实的物理宇宙中都具有可操作性呢?我们先说回到过去。
回到过去这件事,甚至比去往未来更加吸引人,因为我们曾经都做过后悔的事,错过了某些人,想挽回失去的东西。
霍金在2009年就关于回到过去这件事做过一个验证,他专门为未来的人举办了一次宴会,宴会上拉着欢迎横幅,为时间旅行者准备了烤面包和香槟酒。
未来保证能够赴约的人是真正的穿越者,请柬是在宴会结束以后发出去的,如果未来的人真的实现了穿越未来,那么他们就有可能在请柬之前的时间赴约霍金的邀请。
但是整个宴会期间,霍金独自一人耐心的等待,他多么的期望有人能推开门赴约,但是直到宴会结束,没有一个人出现。这说明什么?
现实社会中没有未来的穿越者。于是霍金得出结论,回到过去不可行。其实也不用霍金做这个时间来验证,如果未来人类真的实现了穿越时空,那么我们的身边,就已经存在了未来人。但我们一直没有发现他们。这是为什么呢?
回到未来这件事并不是狭义相对论的结果,而是广义相对论的数学解。在广义相对论中,空间并不是我们认为的平坦结构,而是具有一定的曲率和形状,可以改变空间形状的正是宇宙中存在的能量/质量。
如果宇宙某处的空间是一个循环闭合的状态,那么你朝着一个方向运动,就会在一定的时间内回到起点,这就像是当年麦哲伦航行地球一样。
除了空间,时间这个维度在数学上它也具有同样的性质,这说明在数学上我们可以回到过去。于是爱因斯坦就假象了一条时空隧道,只要有足够的能量,我们就可以将过去的时空和现在的时空折叠起来,通过中间的虫洞回到过去。
这在数学上是完全没问题的。那么为什么我们身边、以及霍金当时没有看到未来的人呢?我分析有以下几个原因。
首先,数学是我们理解宇宙的一个工具,我们通过数学建模的方式来求解物理结果,它往往会产生很多的解,但是并不是所有的解都符合真实的宇宙,但有些解确是真实发生了。
例如,黑洞也是引力方程的一个解,根据这个解我们预言了它的存在,并且我们也在宇宙中发现了这样的天体,这说明这个解符合我们的真实宇宙。
其实很有很多这样的例子,如狄拉克发生预言的反物质,宇宙中确实存在。但是有些数学解目前在我们的宇宙中并没有发现。除了回到过去这个数学解以外,我们还预言了宇宙中存在更高维度的空间。
现在没有发现是否就认为这些解不符合我们的真实宇宙吗?其实也不能这么武断,也许只是我们人类目前的技术手段的问题,无法实现、也无法观察到这些解在宇宙中真实发现。
所以说,即便是有了理论基础,回到过去也并非就一定真实可行。也许可以,也许不可以。真实的宇宙还有待我们更多的探索。
还有一种可能就是,也许回到未来这个数学解是可以发生的,现在我们人类的技术没有达到这样的要求,但是未来的人类在没有发展出这样的科技时就已经灭绝了。
这也是有一定的可能,如果真是这样的话,这也能解释为何我们身边没有穿越者。
最后一种可能,我们都知道回到过去存在祖母悖论,也就是干预历史就会造成现实世界因果论被破坏。如果你回到过去阻止了你父母的相爱,那么你又来自哪里?这种严重破坏现实的事情是物理学所不允许的。
但是,如果回到过去是一种以不能干预历史的形式发生也是可能的,例如我们人类在未来真的发现了高维度空间,在更高的维度上,时间这个维度完全可以跟空间中的维度一样,看得见摸得着。
但是我们只能在高维度的空间中,随意的回看历史和未来,并不能关于过去发生的事,这样就能避免因果论被破坏。
如果真实的情况是这样的话,霍金的实验当时就有人在参加,只不过他们一直处在高维度,不能干预历史,而我们又看不见他们。
值得高兴的是,虽然回到过去这个数学解我们无法实现,也无法验证,但是去往未来这个狭义相对论的数学解却真实的发生了,而且也得到了验证。
如,高速运动且处在非惯性系下的事物,它们相对于惯性系的贯彻着,时间的流逝速度就会变慢,也就是处在了不同的时空框架下,时间以不同的速度在流逝。
那么这个时间差,就会让运动的观者者看到静止观察者的未来。不过可惜的是,你依旧看不到你的未来,只能看到别人的。
最后,我想强调的是,数学和物理不一样,数学可以随便假设,可以得出任何的结论,但物理不行,必须遵守宇宙的客观事实。而且我们的宇宙也不一定就要满足所有的数学结论。
理解这一点,我们就能很好的理解现实和理论的差距。