对于霍金提出能建造时空机想法的探索

tom.hp

最近新闻中不断报道霍金提出能建造时空机的想法，先不论这个报道来源是否真实，这边个人先就自己能知道的一些物理上的科学做一些探索和解释，也希望大家踊跃补充，谢谢。

报道上大致是这样的内容：“霍金认为时空机是需要经过四维空间，三维空间是已知的物体的长、宽、高，第四维就是时间。任何物体在接近光速运动中，它都会产生空隙，即称为“虫洞”，时间也是如此，所以产生时间的空隙就可以从中穿越时空。”

其实这个想法是很可爱的。首先，任何物体都运动速度越快，我们看到时间也就在变慢，如果达到光速运动，那么时间就停止了，所以我们不难联想到，霍金说的这个第四维空间的原理，就是速度变快以后时间产生的空隙，使得我们看到时间变慢。速度够快，使得虫洞足够大，只要我们能进去，那么可以穿越时空了。

比如，一节列车以接近光速的速度行驶，这节列车前后有2扇门，车上的人员如果在光速行驶中同时打开这两扇门，地面上站着不动的人看到却是两扇门一先一后打开，这就是时间产生了空隙的一个最佳证明。

但是如果以超光速的速度移动，那么时间会不会倒退呢？这就是一个核心问题。现有的研究都表明时间是一条单向坐标轴，即只会无限变慢而不会倒退。不过需要注意一个问题，好比牛顿的经典力学一样，我们研究大多数物体都是在宏观情况下进行，所以和微观是完全不一样的，速度方面个人认为应该也是如此。在光速条件下和一般宏观速度条件下，一些性质可能存在不同。比如黑洞可以吸收一切，包括光速都达不到它的第一宇宙速度，那么他里边究竟是什么呢，进去之后会不会是另外一个宇宙呢？它里边是不是存在大幅度的时间间隙呢？

到目前为止任何物体是不能靠近黑洞的，不然还没进去就会被强大的引力差粉碎了。

所以现在初步来看，要达到霍金提出的这个理论，首先需要建造能达到光速的飞船，按当前科学水平这点就非常困难，因为光速是物体的极限速度；建造好以后，还需要验证时间的空隙中是否能把我们带回到过去，还是其它方面的科学。而且这两点很难在现实中进行模拟。所以个人认为这个想法暂时只能停留在理论可能性，或许N年以后随着科技进步能发明，也或许若干年以后随着科技进步，反而会觉得当时这个想法比较荒唐。

欢迎对物理探索有兴趣的朋友对此踊跃发表看法，谢谢。

相关内容：黑洞

  

tom.hp

另外，补充一下几个疑问。

我们所知的宇宙现在还是在继续膨胀的。但是随着越来越多的恒星衰亡走向黑洞，宇宙中的黑洞数量将会越来越多，这无疑会在一定程度上抑制宇宙的膨胀。那么宇宙会不会一如既往继续膨胀还是存在一个转折点或者无限接近于平衡呢？

个人认为这点相对来说不难计算，因为我们可以看到这个问题的未来。只要掌握了黑洞和宇宙膨胀的函数，就可以知道其函数特性，那就不难看出答案。

黑洞越来越多了，是不是预示着在宇宙中四维空间越来越明显，越来越有利于时光机到时发挥作用呢？一个黑洞中是否存在另一个宇宙呢？或者我们现在所知道的宇宙本来就存在于一个虫洞中呢？这还和即使有了时光机从虫洞中穿越时光以后还能否回来有关。

下面是群里的一些对话，摘录如下：

Tom 12:28:47
就是时光机和四维空间  涉及量子力学和相对论的
初夏M 12:29:44
嗯，很基础的我也看过，不过量子力学是二年级和三年级的课了
Tom 12:30:31
就是当其中一个变量越确定  另一个相关变量不确定性就越大
初夏M 12:31:03
这个自己看过基础的，还没正式学
Tom 12:33:35
霍金竟然能提出时光机和四维空间
Tom  12:33:39
我觉得很稀奇
初夏M  12:35:27
很多东西都属于猜想阶段，爱恩斯坦提出四维也挺震撼
Tom 12:35:34
是的
初夏M 12:36:39
当年宇称破坏，泡利提出有中微子，这个大胆假设很需要勇气
Tom 12:38:52
还有  就是宇宙一直在膨胀下去 还是会有转折点
Tom  12:39:02
因为恒星衰亡会越来越多
Tom  12:39:09
因此黑洞也会越来越多
Tom 12:39:19
会不会达到平衡
Tom  12:39:43
因为现在来看宇宙还是继续膨胀的  河外星系离我们还在越来越远
初夏M 12:40:27
嗯，还在膨胀，不过平衡这个涉及耗散系统的问题？
初夏M 12:49:12
假若成功了，能否回来也是个问题
Tom 12:50:01
嗯
初夏M 12:52:25
其实，所谓时间空隙，概念跟音速飞行一样吧？
Tom 12:52:44
未必一样
Tom12:52:54
因为这涉及宏观和微观
Tom 12:52:59
好比经典力学
Tom 12:53:22
量变到质变  音速飞行  没有到质变吧
Tom 12:53:31
还是属于低速的
初夏M  12:54:14
嗯，还是低速
Tom  12:54:38
我提出了几点疑问  嘿嘿  希望有人能解答一下
初夏M 12:55:02
那个列车门一先一后例子怎么说？
Tom  12:55:46
就是一列车按照接近光速行驶中  售票员同时打开前门和后门
Tom  12:55:54
在车上看到是同时打开
Tom 12:56:12
但是如果处于地面上静止的人来说 看到是一先一后的
Tom 12:56:41
相对论原理
初夏M  12:56:57
嗯，这个是相对坐标观念，但目前想像不到==
Tom 12:57:20
所以四维空间能不能想象为相对坐标呢

methk

我對這個課題學習與認識很淺。
目前越來越多人相信平衡宇宙理論。只要能突破平衡宇宙間的第五維空間，就能到達另一四維時空。

想像起來還是很虛浮==


對於宇宙膨脹，如TOM所說，需要找到之間的函數變化。最新觀察表明，宇宙正在加速膨脹(哈勃常數變大了)，而這些很有可能和宇宙中的暗能量有關，與先前所估計的引力沒多大關係。

說到暗能量，又是一處科學家涉足不夠的神秘領域了。

r6144

刚刚看了一下Wikipedia上有关Closed timelike curve (CTC)、Time travel和Wormhole的内容，感觉人们所研究的（可以回到过去的）时间机器主要还是基于CTC而非超光速运动的。广义相对论的场方程表明时空的曲率取决于物质和能量的分布，根据各个局部曲率的不同，时空也可能具有各种各样的整体拓扑结构，例如二维时空可以是球面、救生圈表面等形式，四维的情况也类似。某些时空拓扑结构中可以存在CTC，也就是说一个质点可以沿着它运动，最后返回原来的时空坐标，在整个过程中的速度均低于光速。自然，如果存在通过时空中两点A与B的CTC，其中A代表“过去”的一点，B代表“现在”的一点，那么从B就可以回到A了。

CTC与广义相对论并不矛盾，也就是说广义相对论本身并不能排除CTC存在的可能。然而，量子效应可能会使得CTC无法稳定存在，但这个问题取决于现在尚未完全弄清楚的量子引力理论。霍金就是研究这个的。

至于虫洞，它也是广义相对论场方程的一个解。最简单的虫洞在物理上是不可能穿越的。如果有可穿越的虫洞，那么也就有穿过它的CTC。

这是自己前些天写的一个有关黑洞与宇宙膨胀的帖子，也许跟这个也有些关联吧。
http://www.21cma.net/viewthread. ... omuid=1242#pid56056

北落师门

宇宙是否会一直膨胀目前天体物理学界争议很大，这和暗物质和暗能量有关，而我们对暗物质和暗能量的知道可以是空白。

methk

關於時空的一個基本概念，在此為大家簡介一下。TOM所說的空隙，該是相對論不變性、洛倫茲不變所描述的。我們日常生活中，其實不知不覺都暗藏一個假設，就是時間是絕對的。舉一個簡例，B君在公車上向前拋球，球以10m/s速度前進，公車以30m/s速度向前進，那麼在公車站旁觀測的A君，就會說球以40m/s向前進。這個是大家都習以為常，覺得很合理的結果，也是根據伽俐略變換所得的，亦即是伽里略不變。(再簡單點，就是不同坐標參考系間的轉換)

不過，大家平時都沒有注意到這個伽里略變換是暗地假設時間是不變的，力學始祖牛頓也不能避免(他們兩人可能連自己都不知道作了這樣的假設，覺得時間不變是公理)。實際上，光速才是不變的，不論在任何參考系觀測，光速總是恆定。也就是說，你設法坐上一台特制宇宙飛船以接近光速行駛，你所觀測到的光速與地面靜止所得的，依舊一樣。這就是光的特質。(各位可以自己研究實證一下，電磁學不是伽里略不變的)
因此，要變的，是「固有時間」這個觀念。即是，各人所測量的時間，是根據自己的手表(參考系)，當兩者的相對運動速度遠小於光速，則兩者的手錶的時間基本沒分別。我們平時就是暗地假定，當在火車上過了一秒後，B君發現球向前移動10米，同時，A君的時間也過了一秒，才可以得出「A君認為球的速度40m/s」這個結論。當兩個觀測者接近光速地相對運動，則兩者的時間流逝是不同的。這就是重點。

爰恩斯坦當年就是因著這個，放棄了絕對時間觀念，才得出相對論的框架，並逐漸修改牛頓力學。
其後的迪拉克也沿著相同理念，修改了薛定鍔方程，成為現今知名的迪拉克方程。這個迪拉克方程的解，數量比薛定鍔的多一倍。因此，他預言有一種和電子具有相反性質的東西存在。而正電子(即是反電子)在3年後被Carl Anderson發現了。

methk

至於宇宙膨脹，可能很多人都想到熱寂，就是一個能量退降，一個耗散系統問題。
在熱力學中我們知道，自然變化中的熵>=0。要進行逆變化，從無序到有序是需要付出代價的。不過我在這兒大膽猜想一下，暗能量/暗物質可能提供反熱寂所需的代價。

大家也可以想想，在自然中也有著無序變有序的事情。人的形成與生長就是一個很有趣的事例。

将臣

非常简单，假设未来科学有人能够穿越时空，那么现在应该有未来人出现。所以我后来一看到现在宇宙类、时空类“假论”就头晕。
  
当然，这些东西是值得提供“幻想”的，因为这类幻想能发现许多其他的东西。

zhouyanping1955

时下这些理论的确非常流行和时髦，诸如虫洞理论、超自然时空隧道理论等等，它们貌似玄奥而实显荒谬，已经背离了真正的科学，只能归类为人类的幻想，这绝对不是一门可以佐证和能够修成正果的科学。

steal

据相对论方程推导出来，有个临界值，高于临界值，宇宙会无限膨胀，低于临界值，宇宙会膨胀后收缩。

至于黑洞越来越多，我认为是不会影响到宇宙膨胀的。假设一个星系，在产生黑洞前后，整体的质量不会发生变化，对外的引力也不会发生变化，无从抑制宇宙的膨胀。当然前提是质能守恒定律的有效。

另外，补充一下几个疑问。

我们所知的宇宙现在还是在继续膨胀的。但是随着越来越多的恒星衰亡走向黑洞，宇宙中的黑洞数量将会越来越多，这无疑会在一定程度上抑制宇宙的膨胀。那么宇宙会不会一如既往继续膨胀还是 ...
tom.hp 发表于 2010-5-9 12:52