科幻电影中常出现“时间旅行”,是不切实际还是真有可能?

科学聊天室 2023-12-01
2343 字丨阅读本文需 6 分钟

在迪士尼皮克斯的新电影《光年正传》中,时空发生了扭曲。时间旅行是真实存在,或只是科幻?

在迪士尼皮克斯新电影《光年正传》(Lightyear)的开头,巴斯光年与他的指挥官和船员们被困了一个遥远且危险的星球上。

他们离开那颗星球的唯一希望就是去测试一种特殊的燃料,为了测试,巴斯必须飞上太空,反复尝试在超高速状态下飞行,而他的每次尝试都要付出巨大的代价。

当巴斯每次起飞并完成四分钟的太空试飞后,他再次返回那颗星球时,总会发现时间已经过去了许多年。巴斯最大的梦想是谈一场恋爱,然后拥有自己的孩子,甚至是自己的孙子,而此刻时间竟变成了他最大的敌人。

到底发生了什么?这仅仅是科幻小说中的情节吗,还是说巴斯的遭遇真的可能发生?

01

首先了解一下“时间旅行”

时间旅行是指在时间维度上向前或向后移动,以在不同的时间点上存在或干预事件。这是科幻小说和电影中经常出现的概念,但目前在现实生活中还没有被科学证实。

根据物理学的理论,时间旅行可能是不可能的,因为时间被认为是单向的流动,按照因果关系的顺序进行。一些物理学理论,如相对论和量子力学,也对时间旅行提出了限制。

尽管如此,科学家们仍在探索时间旅行的可能性,并提出了一些理论和假设。例如,一些科学家认为,通过扭曲时空结构,可能实现时间旅行。但这些理论仍然需要更多的实验和研究来证实。

总的来说,时间旅行仍然是一个科学上的谜团,我们需要更多的研究和探索才能更好地理解时间和空间的本质。

02

实现时间旅行可能需要哪些科技突破

实现时间旅行是一个极其复杂的问题,需要许多科技突破才能实现。以下是一些可能需要的科技突破:

1. 超越光速的技术:根据狭义相对论,光速是宇宙中最大的速度极限。如果要实现时间旅行,可能需要超越光速的技术。

2. 虫洞技术:虫洞是连接两个不同时间和空间点的通道。如果能够找到并利用虫洞,可能实现时间旅行。

3. 时间扭曲技术:时间扭曲是一种物理现象,它可以使时间流逝的速度发生变化。如果能够利用时间扭曲技术,可能实现时间旅行。

4. 量子力学的突破:量子力学是描述微观世界的物理学理论,它包含了许多奇特的现象,如量子纠缠和量子叠加态等。如果能够在量子力学领域取得突破,可能会为时间旅行提供新的思路和方法。

03

“时间旅行悖论”

目前,主流科学界仍然认为,至少在眼下的科技和理论水平下,时间旅行似乎是不可能的,这里有几个主要原因。

阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,时间和空间是紧密联系在一起的。如果一个人以接近光速旅行,时间会过得更慢,因此相对于那些保持静止的人来说,他会显得年轻一些。但这并没有给我们提供任何方式回到过去或者前往未来。根据狭义相对论,物体不能以超越光速的速度移动。所以,要实现时间旅行,需要找到一种绕过这个限制的方法,但我们目前似乎还没有找到。

而爱因斯坦的广义相对论告诉我们,物体的质量和引力会弯曲时空,虽然这个理论存在一些奇怪的时空曲线,比如黑洞,但它并没有告诉我们如何穿越时间。

这里存在的最大问题是时间悖论。如果时间旅行是可行的,那就可能出现回到过去并改变历史的情况,这将导致逻辑上的混乱和悖论。

不过,未来时间旅行其实是可能的,这样的实验已被证明了数百万次。假设宇航员接近光速飞行,1分钟抵达最近的恒星,因火箭内部时间减速,对宇航员而言仅仅过了1分钟,而按地球的时间计算已跳越到未来4年后。事实上,宇航员每次进入太空时,都短暂地进入了未来。当在地球上空以每小时3万千米的速度移动时,他们的时钟比地球上的时钟走得稍微慢一点。

因此,能将我们带到未来的时间机器,似乎还符合爱因斯坦的狭义相对论。

宇宙学家史蒂芬·霍金通过研究一些理论物理概念,如虫洞、时空曲率、暗物质等,证实时空旅行是有可能的。1990年,霍金阅读了同事的论文,其中提出了一种时间机器类型,引发了他的怀疑。他一直认为时间旅行是不可能的,因为从未来而来的旅行者不存在,如果时间旅行像星期天在公园野餐一样常见,那么来自未来的旅行者应该会拍照并与我们互动,但这并没有发生。

不过,后来霍金改变了看法,表示“时间旅行或许可行,但不实际”,这在伦敦的报纸上被广泛报道。霍金说,有一种时间机器涉及虫洞。爱因斯坦方程描述,在空间中可能存在一种“桥”,连接空间中遥远的两个点,允许数学上的时间旅行,而穿越虫洞可以游历过去,甚至遇到自己。霍金还说,物质能逃出黑洞,甚至通向另一个宇宙。假如你认为自己身处黑洞,请记住总有出来的路,不过穿越黑洞的虫洞只能是单程旅行。

于是,时间旅行一时间成为理论物理学家研究的领域。加州理工学院的物理学家、好莱坞科幻大片《星际穿越》的科学顾问基普·索恩写道,科学家已认识到时间的本质是重要议题,不应该仅限于科幻作家。

尽管如此,虽说目前仍然没有直接证据表明时间旅行是可能的,但在科幻文学和影视中却依然常常被用来探讨和描绘,时间旅行已成为科幻作品的常见特色。首部严肃尝试时间旅行的小说,是H.G.威尔斯的经典之作《时间机器》,在小说中主人公被送到了80万年后的未来。在《超人1》中,当超人得知路易斯·莱恩已死后,不顾一切地决定让时光倒流,让自己绕着地球极速飞行,比光速更快,直到时间本身倒转。地球减慢速度、停止,最终向着相反的方向自转,直到地球上所有的钟表都向后倒走。当洪水迅速后退,破裂的大堤奇迹般地自我修复,路易斯·莱恩也从死亡的国度回来了。

另外,还有一种可能,就是平行宇宙或“多世界”的概念,至少解决了时间旅行的“祖母悖论”:如宇宙分裂为两个,在其中一条时间轴上,你杀死的人仅仅是看上去像你的亲人,但却不是你的亲人,因为你正处于一个平行宇宙中,而这种方式似乎是唯一符合量子理论的。

04

科幻角度中通过脑机接口技术能否突破时间旅行

在科幻片中,脑机接口技术常被用来实现人类与计算机或其他设备之间的直接交互,从而实现一些看似不可能的任务,如时间旅行。

然而,在现实中,脑机接口技术并不能直接突破时间旅行。时间旅行是一个极其复杂的物理问题,需要涉及到时间、空间、引力、量子力学等多个领域的知识,目前尚无科学理论可以证明其可行性。

虽然脑机接口技术可以帮助我们更好地理解和控制大脑信号,但它并不能改变物理定律或突破时间旅行的限制。在现实中,我们需要更加深入地研究物理和时间的本质,才能更好地理解时间旅行的可能性。

文章来源: 科普时报, 天文在线, 创史天下

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