物理學家提出「時光機」的數學模型!

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「在數學上,這是可能的。」

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物理學家提出他們聲稱是一個理論的「時光機」數學模型,一個能夠前後移動、穿越時空的匣子。

他們表示這個技巧是使用在宇宙中的時空曲率來彎曲時間成一個圓圈,讓假想的乘客坐在匣子裡,然後這個圓圈允許讓他們跳進未來和過去。

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來自加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)的理論物理學家暨數學家Ben Tippett說:「大眾認為時光旅行是虛構的東西,而我們傾向於認為它是不可能的,因為我們實際上沒有來做。」

「但在數學上,這是可能的。」

和馬里蘭大學(University of Maryland)的天文物理學家David Tsang一起,Tippett利用愛因斯坦的廣義相對論,提出了他們稱之為時空中能橫越反因果的逆行域(Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time)的數學模型(首字母縮寫字是TARDIS)。

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但是,在我們進入合法時光旅行的瘋狂之前,讓我們很快地說清楚,這些研究人員並不是聲稱擁有一份能夠在明天建造的科幻影集神祕博士(Doctor Who)類型的時光機器藍圖。

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他們表示建造這座時光機器所需要的材料是如此的奇特,我們甚至還沒有發現它們…但我們很快就會得到它。

首先,我們來談談Tippett和Tsang實際上提出什麼。

這個模型是基於這樣的觀念,與其以三度空間加上分開的第四度(時間)來看宇宙,我們應該同時把這些想像成四度空間。

這讓我們能夠考慮時空連續區(space-time continuum)的可能性,在那裡空間和時間的不同方向都被連接在宇宙的彎曲結構內。

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愛因斯坦的相對論將宇宙的重力作用與時空的曲率連結起來,這個現象被認為是支持行星和恆星的橢圓形軌道

如果時空是「平的」或是非彎曲的,行星會以直線移動。但是根據相對論,時空幾何在大質量天體附近會彎曲,導致行星彎曲它們的路徑,反而繞它們的恆星轉。

Tippett和Tsang認為不是只有宇宙的空間可以被彎曲和扭轉,時間本身也可以在大質量天體附近彎曲。

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Tippett說:「時空表面的時間方向也顯示曲率,有證據顯示,我們越靠近黑洞,時間走得越慢。」

「我的時光機器模型利用彎曲的時空來把時間彎成一圓圈,而不是一條直線,這個圓圈帶領我們回到過去。」

為了利用這項理論特性,這兩位物理學家提議來創造出一種時空幾何的「泡沫(bubble)」。沿著大的圓形路徑,穿越空間和時間,運送任何在泡沫裡面的東西。

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如果這個泡沫可以達到比光速更快的速度,這一對物理學家表示在數學上是有可能的,這將允許它在時間上向後移動。

這兩位研究人員在論文中解釋:「這是一個匣子 沿著一個圓形路徑,穿越時空「向前」行進,然後「向後」行。

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「愉快的外部觀察者能夠觀察在匣子內的時光旅行者回到過去的發展: 讓打破的雞蛋復原和把咖啡的奶脂分離。」

您可以在下面的圖片中看到基本想法,一位在氣泡/時光機器內的乘客(人員A) 和站在旁邊的外部觀察者(人員B)。

時間的箭頭,在正常情況下(至少在我們的宇宙) 總是指向前進。而造成過去變成現在,是由黑色箭頭代表:

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A和B兩人將以截然不同的方式來體驗時間。這些研究人員解釋:

「在泡沫內,A將會看到B的事件定期發展,然後反轉。在泡沫外,觀察者B將看到兩個版本的A從同一位置出現:一個版本的時鐘指針將順時針旋轉,另一個則逆時針旋轉。」

換句話說,外部觀察者會看見兩個版本的物體在時光機器內:一個版本的物體在時間向前的方向發展,另一個版本則是向後。

雖然Tippett和Tsang表示數學是健全的,但現在的問題是,我們實際上沒有適合的材料,來建造他們所提議的。

Tippet說:「雖然在數學上是可行的,還是不可能來建造時光機器,因為我們需要稱為奇特物質的材料,以這些不可能的方式來彎曲時空,但是它們尚未被發現。」

他們的想法讓人回憶起另一個理論的時光機器,阿庫別瑞引擎(Alcubierre drive,也叫做曲速引擎),它也是使用奇特物質的結構來運送乘客穿越時間和空間(假設上)。

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沒有一些如何實際生產這些彎曲時空材料的構想,這兩種想法都不會走得太遠。但如同Tippett所指出,我們永遠不會停止想知道有關時光旅行的可能性,而這只是再多一個方向讓我們能夠採用這種難以理解的物理學。

他說:「研究時空是迷人但有問題的。」

「自1949年以來,在我的領域的專家一直在探索數學上的時光機器的可能性,而我的研究呈現出一種新的方法來製造。」

這項研究發表在古典與量子重力期刊(Classical and Quantum Gravity)

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來源:Science Alert