通俗科普:超光速真的可以让时间倒流吗?
通俗科普:超光速真的可以让时间倒流吗?
超光速真的可以让时间倒流吗?这是一个充满科幻色彩的问题,也是物理学界长期探讨的前沿话题。让我们从数学和物理的角度,深入探讨这个令人着迷的科学命题。
爱因斯坦的狭义相对论表明,光速是宇宙的速度极限,任何物体的速度都不可能超过光速。但其实大自然并没有超光速的限制,限制的只是信息和能量的超光速。这就意味着,只要任何速度不涉及能量和信息的传播,当然可以尽情地超越光速,比如说宇宙膨胀,量子纠缠等,都是超光速的,并不涉及任何信息传递。
因此,平时我们所讲的光速限制,其实不是绝对的,是有基本前提的。但这并不妨碍我们去假想,因为本质来讲科学的发展就是以假想或猜测为基础的。我们可以假想如果物体的速度超过了光速,会发生什么呢?时间会不会倒流?
物理学界曾经提出过“快子”的概念,它也是一种基本粒子,很特殊的粒子,有质量也有信息,但速度超过光速,而且必须超光速飞行。不过快子这种粒子是否真的存在,在物理学界一直有很大争议,目前并没有找到快子存在的证据。
那么,如果真的发现了超光速物质,意味着什么呢?
从数学上分析,当物体的速度超过光速,就会出现虚数。而从物理学分析来看,当物体的速度超过光速,时间流逝的其中一个解就是负数。
负时间是什么意思呢?简单理解就是反因果,这完全违背了我们坚信不疑的因果关系,因此很少有人认同这样的观点。从狭义相对论来理解,如果物体速度超过光速,意味着接收信息的一方会在信息发出之前就接收到信息,而这种情况其实也违背了因果关系,更神奇的时间旅行或者改变过去就不谈了,有点科幻的色彩。
物理学上把回到过去这种假想现象称为“时空距离相似空间”,描述的是两个因果时间的关系,两个事件都在“未来”的光锥。有点绕嘴,可以这样通俗理解。时间就像空间一样,我们可以来回在空间里穿梭,也可以在时间中穿梭,回到过去。所以结果可能比原因更早发生。而你的“未来”光锥可能就是回到你的过去。
爱因斯坦曾经把超光速传输信息的方式称为“快子电话”,意味着我们可以向过去传输信息。不过这样做可能会导致因果关系悖论,比如说著名的“祖父悖论”。目前科学界并不能解释祖父悖论的发生。
但是,爱因斯坦和他提出的相对论也并不意味着全部。因为,假如我们走出相对论,摆脱相对论对我们思维的束缚,或许会有不一样的发现。
比如说,说到反因果,大家应该都听说过反物质吧。反物质是由反粒子构成的,比如说反电子,也就是正电子,与电子的电荷属性是相反的,其他都一样,可以看作是电子的镜像。当电子与反电子相遇,会瞬间湮灭转化为纯能量。
你有没有想过这个问题,为什么物质与反物质会发生湮灭呢?
物理学家费曼提出了一个让人觉得匪夷所思的解释:物质与反物质并没有真的湮灭,因为它们原本就是同一个物体。物质与反物质的关系,就像你与镜子里的关系一样,看起来你们是相反的,其实和你一样,因为就是你自己。
具体来讲,费曼的解释是,我们平时看到的普通物质,只是在正时间流逝方向的空间里存在着,而反物质是在负时间流逝方向的空间存在。而所谓的物质与反物质相遇发生湮灭,只不过是物质在时间方向上走反了,在相反的时间方向上变成了反物质。
而我们看到物质与反物质湮灭释放出的高能光子,只是时空结果连续体创造的一个裂缝罢了!
因此,所谓的反物质,其实就是物质的“生命倒带”。物质生命结束之后,实际上就是反物质生命的开始。往深了说就是,因就是果,果就是因。好像越说越玄乎了,有点哲学的味道了。
总之,费曼想表达的是,包括人类在内的所有物质,最终都会变成反物质,然后往时间的另一个方向走,时间倒流!
但最大的问题就是,物质超光速时,也会像反物质那样走向时间的另一个方向,也就是负时间吗?
只能说,有这个可能,争议很大,也是目前科学家们的研究方向。
还有一种观点认为,所谓的光速限制,只是四维时空限制了光速。假如我们的速度超过了光速,就突破了四维时空的限制,来到了高维时空,在那里可以尽情地超越光速,甚至最低速度都必须是光速。
当然,高维时空其实也是假想概念,科学家们虽然对高维概念非常痴迷,但并不能肯定高维是否真的存在,高维更多的只是数学领域的抽象概念。
但普遍的共识是,不管时间倒流或者反因果关系是否行得通,都不意味着你可以改变过去。言外之意,或许你可以回到过去,但无论你做什么都无法改变过去,大自然有的是手段阻止你改变过去!