20世紀(jì)時(shí)期，有一位偉大的科學(xué)家，愛(ài)因斯坦研究出了狹義相對(duì)論，這個(gè)理論對(duì)于我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，既陌生又深?yuàn)W，因?yàn)檫@個(gè)理論不是與我們?nèi)粘Ｋ?jīng)歷的生活息息相關(guān)，但大多數(shù)科學(xué)家已經(jīng)接受了這樣的理論，他們認(rèn)為空間和時(shí)間是事物真實(shí)的維度。
Tips：阿爾伯特·愛(ài)因斯坦，現(xiàn)代物理學(xué)家。愛(ài)因斯坦開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)新紀(jì)元，被公認(rèn)為是繼伽利略、牛頓之后最偉大的物理學(xué)家。
時(shí)間旅行
任何事物在時(shí)空穿梭中都有速度的限制，不超過(guò)30萬(wàn)公里/每秒。而光在空無(wú)一物的空間中往往能夠達(dá)到這個(gè)極限速度。
狹義相對(duì)論還提到當(dāng)你穿越時(shí)空的時(shí)候，特別是當(dāng)你相對(duì)其他物體的相對(duì)速度能夠達(dá)到這個(gè)極限速度時(shí)，將會(huì)有令人驚訝的事情發(fā)生。比起被你遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在身后的人來(lái)說(shuō)，你會(huì)感覺(jué)到時(shí)間流逝得更慢。只有當(dāng)你再一次回到這些人身邊的時(shí)候，你才會(huì)注意到這種差別。
Tips：時(shí)空旅行，就必須從現(xiàn)有的四維空間中跳出來(lái)，到達(dá)其他維，然后再回來(lái)歷史上的某一時(shí)間里，或到達(dá)未來(lái)的某一時(shí)間里。
舉個(gè)例子，如果在你15歲的時(shí)候乘坐宇宙飛船離開(kāi)地球，飛船的速度大約能夠達(dá)到光速的99.5%。5年后，你已經(jīng)20歲了，你回到了地球。你會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)年和你同班的同學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)65歲了。因?yàn)樗俣葔蚩?，時(shí)間的流逝對(duì)你來(lái)說(shuō)要慢得多，你在太空上的5年相當(dāng)于地球上同學(xué)們度過(guò)的50年。這樣的情形，就被稱(chēng)為時(shí)間旅行。
類(lèi)似的時(shí)間旅行也發(fā)生在處于引力場(chǎng)的物體身上。愛(ài)因斯坦還有一個(gè)非常著名的理論，廣義相對(duì)論。這個(gè)理論中談到，處于引力場(chǎng)里面的物體感受到時(shí)間流逝的速度比遠(yuǎn)離引力場(chǎng)的物體要慢得多。因此，在引力最強(qiáng)的黑洞附近會(huì)出現(xiàn)各種各樣的宇宙空間和時(shí)間的扭曲現(xiàn)象。
Tips：黑洞Black Hole是現(xiàn)代廣義相對(duì)論中，存在于宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強(qiáng)大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。
那么我們能不能回到過(guò)去呢？你可能在很多科幻小說(shuō)中看到過(guò)人類(lèi)可以穿越回到過(guò)去，會(huì)遇到過(guò)去的自己。這是根本不可能發(fā)生的事情。從現(xiàn)實(shí)的角度來(lái)看，如果你生活在現(xiàn)在，你不可能穿越到過(guò)去見(jiàn)到你的父母，因?yàn)樗麄冋湍闵钤诂F(xiàn)在。
從科學(xué)的角度來(lái)看，基于相對(duì)論的原理，當(dāng)你進(jìn)行時(shí)間旅行的時(shí)候，以一個(gè)旁觀者的視角來(lái)看待你，你的時(shí)間過(guò)得非常的緩慢，時(shí)光在你身上似乎是一個(gè)停滯的狀態(tài)。但是，只有你比光速更快的話，你才能夠讓時(shí)光倒退。這似乎是現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的。
時(shí)間的膨脹
雖然無(wú)法真正回到過(guò)去，但是時(shí)間的膨脹是存在的，我們的時(shí)間也可以比別人過(guò)得更慢。
Tips：時(shí)間膨脹是一種物理現(xiàn)象：兩個(gè)完全相同的時(shí)鐘之中，拿著甲鐘的人會(huì)發(fā)現(xiàn)乙鐘比自己的走得慢。這現(xiàn)象常被說(shuō)為是對(duì)方的鐘“慢了下來(lái)”，但這種描述只會(huì)在觀測(cè)者的參考系上才是正確的。
愛(ài)因斯坦的理論研究深受現(xiàn)代物理學(xué)前輩的影響。其中一位著名的前輩就是牛頓，牛頓認(rèn)為速度不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，所以在衡量速度時(shí)，必須加上相對(duì)于這個(gè)概念。
例如相對(duì)于一個(gè)靜止的物體，一輛汽車(chē)正以40公里/小時(shí)的速度行駛。但是，如果說(shuō)它的旁邊有一輛沿著同一方向行駛的20公里/小時(shí)的汽車(chē)，它的相對(duì)速度就是20公里/小時(shí)。反過(guò)來(lái)，如果說(shuō)它的旁邊有一輛沿著相反方向行駛的20公里/小時(shí)的汽車(chē)，它的相對(duì)速度就是60公里/小時(shí)。
Tips：相對(duì)速度，指的是以非地面參照系為參照物（例如空氣）所測(cè)量的速度。運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的，宇宙間所有的物體都在運(yùn)動(dòng)。
還有一位物理學(xué)前輩是麥克斯韋，他發(fā)現(xiàn)不論從什么角度來(lái)觀察，一些電磁波的速度一直固定在一個(gè)非?？斓乃俣龋热?strong>光的速度保持在299,792,458米/秒。麥克斯韋的理論似乎和牛頓定律的背道而馳。如果牛頓定律具有真正的普遍適用性，那么為什么麥克斯韋觀察到的這些是一個(gè)例外呢？這就讓愛(ài)因斯坦陷入了思索中。
Tips：電磁波Electromagnetic wave是由同相且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性。
牛頓和麥克斯韋理論上的不一致可以用愛(ài)因斯坦的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。愛(ài)因斯坦想象自己身處一個(gè)火車(chē)平臺(tái)，他看到了有兩個(gè)閃電分別擊中了他身體的一側(cè)。而由于愛(ài)因斯坦正好處于兩次閃電的中間點(diǎn)，他就能夠同時(shí)看到身體兩側(cè)由閃電帶來(lái)的光束。然而，如果此時(shí)正好有火車(chē)經(jīng)過(guò)，而且火車(chē)上有人正以光速經(jīng)過(guò)愛(ài)因斯坦，也看到了這個(gè)現(xiàn)象，那么事情就會(huì)變得更加的復(fù)雜。
Tips：光速（Lightspeed）是指光波或電磁波在真空或介質(zhì)中的傳播速度。真空中的光速是目前所發(fā)現(xiàn)的自然界物體運(yùn)動(dòng)的最大速度。如果乘坐光速飛船，從地球到月球僅需1.3秒。
如果按照相對(duì)論來(lái)講，那么火車(chē)上的人不會(huì)同時(shí)看到兩個(gè)閃電。因?yàn)閺倪壿嬌蟻?lái)講，相對(duì)位置更為靠近火車(chē)上的人的閃電會(huì)首先到達(dá)愛(ài)因斯坦的身側(cè)。愛(ài)因斯坦和火車(chē)上的人對(duì)于光速的測(cè)量會(huì)在數(shù)量和幅度上呈現(xiàn)出很多差別，這與宇宙中一些已知的基本事實(shí)產(chǎn)生了矛盾。
愛(ài)因斯坦于是陷入了兩難的境地，要不然就承認(rèn)牛頓定律不完整，要不然就是說(shuō)光速不是一個(gè)固定的數(shù)值。他想了又想，突然發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)概念可以通過(guò)對(duì)牛頓定律進(jìn)行一個(gè)小的調(diào)整實(shí)現(xiàn)和諧共存。
Tips：按照愛(ài)因斯坦提出的四維空間劃分，點(diǎn)是零維；兩點(diǎn)之間的線是一維；無(wú)數(shù)條線組成的面是二維；在二維基礎(chǔ)上加上高度，則是三維；三維加上時(shí)間就是四維。
為了避免出現(xiàn)測(cè)量中的差異，愛(ài)因斯坦為火車(chē)上的人增加了時(shí)間這一個(gè)維度，并且時(shí)間本身必須放緩用以補(bǔ)償速度的降低，因此這樣才能夠讓光維持一個(gè)恒定的速度。愛(ài)因斯坦將之稱(chēng)為“時(shí)間膨脹”，并且基于此新發(fā)現(xiàn)了“狹義相對(duì)論”理論。
時(shí)空維度扭曲
牛頓認(rèn)為光是朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的，然而，愛(ài)因斯坦卻認(rèn)為光是會(huì)隨著速度的變化進(jìn)行拉伸或者收縮。事實(shí)上，愛(ài)因斯坦認(rèn)為兩種變化其實(shí)是一種，因此應(yīng)該被稱(chēng)為一個(gè)維度，而由這些維度一起形成了一種四維網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)空間，我們稱(chēng)之為時(shí)空。在時(shí)空之中，宇宙中的各個(gè)事件交替上演。
Tips：光量子，簡(jiǎn)稱(chēng)光子photon，是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范玻色子。光子是電磁輻射的載體，而在量子場(chǎng)論中光子被認(rèn)為是電磁相互作用的媒介子。 光子靜止質(zhì)量為零。
愛(ài)因斯坦描述到，宇宙中一些大型的天體比如說(shuō)太陽(yáng)，不是用一種神秘的拖拽力讓地球圍繞在自己的周?chē)徊贿^(guò)是通過(guò)扭曲自身周?chē)臅r(shí)空維度線條，讓地球不由自主地向太陽(yáng)靠近。用我們現(xiàn)實(shí)生活中的一個(gè)例子來(lái)比喻，比如說(shuō)現(xiàn)在有一個(gè)蹦床，一個(gè)保齡球從蹦床的上空掉落到蹦床的中間，如果蹦床上放置了一些石塊，那么隨著蹦床中間的網(wǎng)線塌下去，石塊也會(huì)隨之滾落到蹦床的中間。
Tips：時(shí)空扭曲，根據(jù)相對(duì)論的解釋?zhuān)?dāng)一個(gè)有質(zhì)量的物體體積趨于0時(shí)，其引力會(huì)達(dá)到無(wú)法想象的地步，從而改變空間，導(dǎo)致光都無(wú)法在其空間里逃避，進(jìn)而形成時(shí)空扭曲。
我們也可以用這樣的例子來(lái)解釋地球的引力，比如說(shuō)我們是被固定在時(shí)空網(wǎng)線上的人，地球由于自身的重量讓周?chē)臅r(shí)空線條發(fā)生了扭曲，我們也會(huì)向著坍塌的中心聚攏。不過(guò)，由于地球周?chē)臻g的坍塌角度不是十分均勻，當(dāng)我們向著坍塌角度最大的中心點(diǎn)移動(dòng)的時(shí)候，我們會(huì)感受到地球的引力在逐漸地變強(qiáng)，同時(shí)呢，移動(dòng)的速度也就會(huì)越快。
也就是說(shuō)，從高處自由落體到地球表面時(shí)，你會(huì)感覺(jué)到下落的速度變得越來(lái)越快。然而，根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論來(lái)說(shuō)，如果你穿越太空的速度越快的話，你穿越時(shí)間的速度反而越慢。這就意味著越接近地球表面時(shí)間過(guò)得越慢。
Tips：自由落體是指常規(guī)物體只在重力的作用下，初速度為零的運(yùn)動(dòng)。也叫做自由落體運(yùn)動(dòng)。自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想狀態(tài)下的物理模型。
因?yàn)樾行堑馁|(zhì)量有著差別，所以它們的引力強(qiáng)度自然也不一樣，它們對(duì)物體施加的重力加速度也不一樣。這也就意味著時(shí)間在這些行星上的流逝速度也是可變化的。這也是電影星際迷航中展示的景象。
當(dāng)主角駕駛宇宙飛船降落到黑洞附近的星球上所發(fā)現(xiàn)的時(shí)間流逝與地球上有所不同。這個(gè)星球上的重力比地球大得多，因此，在這個(gè)星球上經(jīng)過(guò)的一個(gè)小時(shí)約等于地球上的7年。
運(yùn)動(dòng)對(duì)時(shí)間的影響
要了解運(yùn)動(dòng)如何對(duì)時(shí)間產(chǎn)生影響，讓我們回到最簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)機(jī)制上來(lái)。舉個(gè)例子，讓我們想象這樣的一個(gè)場(chǎng)景：有兩個(gè)人，一個(gè)人乘坐的宇宙飛船位于地球的大氣層上空，而另一個(gè)人位于地球上一座小山的山頂。這兩個(gè)人同時(shí)看到一個(gè)從太空中掉落到地面上，而這個(gè)跌落的男人隨身攜帶一個(gè)光子時(shí)鐘。
Tips：光子鐘指的是通過(guò)記數(shù)一個(gè)光子在兩鏡面間往返的次數(shù)來(lái)測(cè)量時(shí)間流逝的一種時(shí)鐘。光子鐘使用快速光誘導(dǎo)的器件使其更加靈敏準(zhǔn)確，是世界上最精準(zhǔn)的鐘，比銫原子鐘要精確好幾百倍。
當(dāng)往下跌落的男人分別經(jīng)過(guò)這兩個(gè)人的身邊時(shí)，他們分別看到了什么？這種情況就非常類(lèi)似一個(gè)人在一輛行進(jìn)中的火車(chē)上保持靜止不動(dòng)的狀態(tài)，觀察一個(gè)球在火車(chē)上的彈跳情況。
當(dāng)這個(gè)男人從太空中掉落下來(lái)，時(shí)鐘中的光子會(huì)朝著這兩個(gè)觀察者以三角形的角度開(kāi)始移動(dòng)，這意味著光線需要傳播更遠(yuǎn)的距離，所需要的時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。延長(zhǎng)的時(shí)間與掉落的速度形成正比，這也就是說(shuō)山上的男人感受到時(shí)間的流逝速度比宇宙飛船上的男人感受到的速度要慢得多。當(dāng)然，這樣的差異是無(wú)窮小的，以納秒來(lái)計(jì)算。
Tips：納秒nanosecond，時(shí)間單位。一秒的十億分之一，等于10的負(fù)9次方秒。光在真空中一納秒僅傳播0.3米。個(gè)人電腦的微處理器執(zhí)行一道指令（如將兩數(shù)相加）約需2至4納秒。
無(wú)論是依賴(lài)于基本的電磁學(xué)還是復(fù)雜的牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，每一個(gè)時(shí)鐘都會(huì)受到時(shí)間膨脹的影響。事實(shí)上，生物進(jìn)程都會(huì)減緩下來(lái)，這也就是為什么你的頭會(huì)比你的腳年紀(jì)要大一些。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于時(shí)間旅行的作品也在不斷地涌現(xiàn)出來(lái)，說(shuō)明還有很多的人一直沒(méi)有放棄對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的探索，夢(mèng)想著在未來(lái)的某一天我們能夠駕馭時(shí)空，或者發(fā)現(xiàn)平行時(shí)空，為人類(lèi)的生存尋找更多的可能性。
Tips：時(shí)空洞Wormhole又稱(chēng)愛(ài)因斯坦－羅森橋，也譯作蛀孔。是宇宙中可能存在的連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。
希望看了這篇文章的你不要泄氣，畢竟科學(xué)界的理論永遠(yuǎn)會(huì)隨著人類(lèi)認(rèn)知和科技的發(fā)展層出不窮。雖然現(xiàn)在時(shí)間旅行只能是存在于文學(xué)或者影視作品中，看上去似乎是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)想。但是借用一句話，夢(mèng)想總是要有的，萬(wàn)一實(shí)現(xiàn)了呢？
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