回到過去的時光旅行會製造互相消除的雙胞胎

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詩光旅行a

科幻故事裡時常出現這情景,一個人可以超越光速然後回到過去。但大部分的物理學家都認為回到過去的時光旅行是不可行的事。

我們先把一切的懷疑擺一邊。假如這樣的時光旅行是可行的,那會是如何運作?

實際上只要可以超越光速就可以回到過去,但根據密歇根理工大學的物理學家Robert Nemiroff的文章在arXiv裡的其中一個假說,這過程中兩個一樣的人會在半空中出現,其中一個人會回到過去,然後彼此消除。

不過Nemiroff說"我不相信你可以製造一台比光速快的太空船。"

超越光速?

愛因斯坦

大家都知道愛因斯坦的理論狹義相對論,他表示沒有東西可以在真空裡比光速快。 這不完全是正確的。這樣的速度計算上來講是可行,但相對論說任何有質量的東西移動的越快就會越重,所以要超越光速的話會需要無限的能量。 (很怪的是,這數學公式也表示東西可以移動比光速快但無法慢下來比光速慢。)

物理學家可以傳送亞原子粒子叫做渺子(muons)往前穿越時光,但往回走的時光旅行是做不到的。

介子

時間有一隻弓箭,而是往前瞄準,這保護著時間不讓許多瘋狂的情況發生。例如你回到過去殺死你的祖父那你怎麼會出生?

但很怪的是狹義相對論或粒子物理學都沒有時間的定向。瑞典的物理學家Sabine Hossenfelder說事實上反粒子(粒子的反物質搭檔)可以被解釋為往時間前進的反粒子或往時間反方向走的粒子。狹義相對論的公式表示超越光速的東西就可以往時間的反方向前進。

太空船分身

詩光旅行雙胞胎3

Nemiroff用一簡單的試想實驗解說時間往回走的時光旅行會是什麼樣子。 這實驗裡一艘太空船從發射點以比光速快五倍的速度離開地球,到一個10光年遠的星球去,然後它再回到發射點不遠處(蟲洞與曲速旅行在這研究裡沒有被討論)。

研究家推測一對一樣的太空船必須會在空中出現,一個有負質量,一個有正質量。

因為發射後的第五年,太空船所發出的光會比太空船本身還要慢,所以當太空船在回來地球的時候,地球上的人會同時看見一台已經離開的太空船跟一台正要回來的太空船。

詩光旅行雙胞胎2

八年過後事情會更奇怪,你可以看見一台坐在發射點上的太空船跟一台要回來的太空船 (可能會像一個全息圖)。只是這一次太空船看起來會更遠,有點像時光倒轉一樣。

10年過後這兩艘太空船會互相消除,然後你只會看到在發射點上的太空船。

詩光旅行雙胞胎

這試想實驗引發許多的疑問: 這一切是如何發生的? 這兩艘太空船會是用什麼做的? 哪一艘才是真的太空船? 這現象用量子糾纏可以行得通嗎? 這太空船上的人會如何? Nemiroff無法解答這些問題,他也說這一切也許都不可能。

Hossenfelder說但這研究拿來當教育的工具來說還是很有意義。

真實雙影像的產生

天文雷射

Nemiroff說時光旅行的雙影像產生會與一種叫光照前線(illumination fronts)裡所發生的現象一樣。

Nemiroff 說"有些東西比光速還快,像是你的影子。"

要了解光照前線,你可以想像這實驗: 假如你用雷射筆瞄準月亮(假設中間沒有任何阻礙物擋住你的光線),你只會需要擺動你的手腕從一邊到另一邊比四秒鐘快,月亮上的那個點就會就會移動比光速還快。假如你有一個夠強大的雷射與望遠鏡,可以快速的拍攝時間間格影片,你會看見月亮上有兩個分開的點。

這情況裡比光速快的東西不是資料,因為沒有人可以透過光照前線從月亮的一邊用超亮光傳送資料到月亮的另一邊。
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來源: Livescience

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