关于时间旅行可行性分析

摘要: 说到旅行，我们就想到乘坐飞机轮船火车汽车或步行、骑自行车，从一个地点到另一个地点，这是理所当然的。想一想，我们可以跳上跳下，走向前又退后，往左拐和往右拐，那么，我们为什么不能奔向未来和回到过去呢？爱因斯坦在相对论中就提出了，时空是四维的。就像三维空间一样，时间也是一个可变的维数。英国理论物理学家保罗．戴维斯深信，时间旅行是可行的，而且我们知道如何去完成它。 关键词:光速 相对论 悖论 速度

科学理论首先让我们来看一个新闻，事情发生在20xx年4月，标题是“任意穿梭过去未来？美国教授今秋启动时光机器”。美国康涅狄格大学物理学教授马利特10岁时承受丧父之痛，他的父亲是一名烟民并死于心脏病。因此他一直希望能发明出一部时光机，回到过去提醒父亲“吸烟危害健康”。马利特便醉心研究黑洞、虫孔和其它跟时间有关的理论，最近甚至着手制造一部时光机。

47年后，马利特认为自己已找出时光旅行的秘密。他正在制造一部时光机，用来将物体传送到将来或过去，他声称这部机器可以将一个原子以至一个人的任何东西传送。他希望在秋天能造出时光机的原型，然后着手进行实验。马利特计划在实验中，用时光机传送一个亚原子粒子。他认为激光束光环可以扭曲环内的空间，引力会迫使中子侧向一边旋转。马利特说若增加能量，另一个中子将会出现，这粒中子是第一粒中子由未来前来探访过去的自己。

时空穿梭理论上可行。看来似乎有些荒诞。但导致了这些科学家如此疯狂的正是爱因斯坦的相对论给他们提供了理论上的支持。爱因斯坦在相对论中指出，在我们的宇宙之中，时间与空间是相互交迭的，当物体的质量与速度不断增加，其存在的时间和空间也将随之变化。以前一些实验，亦证明了它的真确性，其中科学家利用一个粒子加速器把粒子加速到接近光速，便发现这些粒子要比在实验室放着的其它粒子衰减的慢。在爱因斯坦的相对论中提到了一种新的空间结构--四维空间，它在我们传统的三维世界之上又增加了一维，传统的三维空间论里，我们可以给任何物质以一个相对参照系内的坐标，以表明它的空间位置。这是我们可以理解和接受的，就象理解长宽高一样。但是在此之上再加一维，我们恐怕难以理解和接受。而爱因斯坦也没有就此事留下足以让人充分肯定的说明和“样板工程”，而相反，他给我们留下了足够的想象和探索的空间。

在爱因斯坦的相对论里，光速是一个非常重要的元素，质能转换的公式，和尺缩钟慢以及时光倒流理论等等，光速及其等量数值都有身影在其中。“当我们以接近光速的速度移动时，我们的标尺将会缩短、时钟将会变慢”爱因斯坦在相对论里为我们描述“当我们以光速移动时，时间将不再流动；而我们开始以超越光速的速度移动时，即可时光倒流！”

如果我们的速度足够快的话，或许就可以赶到时间的前面去。当然，这速度仅仅快过奥运冠军刘翔是远远不够的，它必须接近光速。

相对论中说，随着速度的增加，时间会放慢脚步。有一个著名的例子来说明这个问题。30岁的 双胞胎兄弟里的哥哥以接近光速的速度开始太空之旅，弟弟则留在地球上。哥哥到

达10光年外的目的地后返航。当哥哥回到地球上时，弟弟已经要庆祝50岁的生日了，而对哥哥来说，时间才过去了3年，他将发现自己跨入了17年后的未来时光。

所以，如果你能以接近光速的速度不停地绕地球转的话，那么你会比在地球上的你的同学都年轻。有一天你不愿意再做这种无聊的旋转，回到了地球，竟发现他们都已结婚并有了孩子！

但是，要达到光速这样的速度，谈何容易呢？为了把一个10吨重的负载加速到光速的99.9％，需要百万亿亿焦耳的能量。想要进一步接近每秒30万公里的光速成本当然会更高。

因此，从爱因斯坦的理论中我们了解，光速是无法被超越的，这里就不做详细解释了，所以说，时光是不可能倒流的。而且根据以下多种假设和论证。可以知道时间旅行不可能回到过去，即时光不能逆倒。

记得史蒂芬霍金做过一个有趣简单的实验，他参加一个为未来旅行者举办的欢迎宴会。他写好了邀请函，注明了准确的时间和空间坐标。他希望它能以这样或那样的形式存在数千年。或许，未来一天有人会发现邀请函上的信息，利用虫洞时间机器回到他的宴会，证明时间旅行将来是可行的。与此同时，时间旅行贵宾应该随时会降临，五个或一个，但没有人到来。

还有一点就是--悖论，很多科学都都认为，无处不在都有“虫洞”，而且认为“虫洞”是时间旅行的门。如果有一位科学家利用虫洞向以前的自我开枪，会发生什么事情？他现在已经一命呜呼。那又是谁开的枪呢？这便是一个悖论，听上去毫无意义。但这却是那种让宇宙学家做噩梦的状况。这种时间机器会违反整个宇宙所遵循的基本规则。我认为一切皆有可能。如果真是如此，那么就没有任何办法阻止整个宇宙陷入混乱。所以，我认为有些事情总会发生以阻止这种悖论。

既然时间旅行不能往过去走，那向未来有可能吗？因此，遗憾的是，回到过去的时间旅行应该永远不会上演。对于寻找恐龙的人来说，这会令他们大失所望，但对于历史学家而言，他们可以彻底解脱了。故事到此并未结束。这并没有使所有的时间旅行不可行。我确实对时间旅行深信不疑，对通向未来的时间旅行更是如此。时间就像河流，我们每一个人仿佛被时光的流动无情地卷走，只不过时光是另一种形式的河流——以不同速度、在不同地点流动，这是通向未来的“钥匙”。以我的推论，向未来旅行是可行的。

首先，一百多年前，爱因斯坦最早提出了这一概念。他认为，世上应该存在让时间慢下来的地方，以及让时间加速的地方。他绝对是正确的，证据恰恰就在我们的头顶。这便是全球定位系统，简称GPS。一个卫星网络正在地球周围轨道运行，它们使得卫星导航成为可能，同时还表明时间在太空的运行速度快于在地球上。每一艘太空飞船内部都是一台运行精确的钟表。虽然如此精确，但每天仍会快十亿分之一秒左右。卫星导航系统必须为此做出矫正，否则，微小的差异就会扰乱整个系统，令地球上所有的全球定位系统每天都会出现大约6英里(约合9.7公里)的误差。你可以想象由此造成的后果。钟表并不存在这样的问题，走得快是因为时间在太空比在地球运行快。造成这种非同寻常影响的原因是地球的质量。爱因斯坦发现，物质会减缓时间运行速度，就像是河的下游一样。物体越重，对时间的阻力越大。这种惊人的事实为通向未来的时间旅行开启了大门。

但是，作为时间旅行的主角，增加重量来开启时间旅行大门明显是行不通的。

从一个粒子加速器把粒子加速到接近光速，便发现这些粒子要比在实验室放着的其它粒子衰减的慢。这里我们可以知道。速度也是开启时间旅行大门的方法之一。

由于一种称为兀介子的“短命”粒子，使我们了解了这一点。通常情况下，兀介子会在250亿分之一秒内分解。当它们在加速器中被加速至接近光速时，寿命是以前的30倍。由此可知，速度无限接近光速时候，所经历的时间就会变慢。想象一下这样的场景：20xx年1月1日，一列火车离开车站，绕地球轨道一圈又一圈，直至100年以后，最终在2150年新年夜停下来。此时，乘客们在世上的时间也只剩下一周，因为身在火车上，时间过得非常慢。当他们离开火车，会发现一个完全不同于车上环境的世界。在一周内，他们已经在通向未来的道路上前进了100年。

当然，建造一列能达到这种速度的超高速火车的可能性微乎其微。不过，我们已经在位于瑞士日内瓦的世界最大的粒子加速器——大型强子对撞机——建造了这样的装置。大型强子对撞机位于瑞士和法国交界地下100米深处一条总长16英里(约合25.75公里)的环形隧道内，一旦开足马力，这台对撞机能在瞬间从零加速至每小时6万英里(约合每小时9.7万公里)。

当然，以上只是我个人的见解论证而已，时间旅行仍不过是个猜想而已，因此时间旅行依然保留其可能性。解决事情的一个最终方案必须期待量子力学和引力的成功结合，也许要借助弦理论或它的扩展理论，即所谓的M理论。这个弦理论就不作多说了，说了就偏题了。

参考文献：

[1] 斯蒂芬-霍金 《时间简史》 湖南科技出版社 年份：20xx年

[2]《每日邮报》(英国) 年份：20xx年7月28日

 

第二篇：时间旅行可行性浅析

学号 姓名 姜精萍时间旅行可行性浅析

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时间旅行可行性浅析

摘要：时间旅行一直是激发起人们无限想象的热点话题，在科幻电影中，经常出现时间旅行的情节，引起人们对时间旅行无限的憧憬。然而它至今仍是一个谜，到底时间旅行可不可行，至今仍是一个争论不休的问题。我曾经在书中网上看到过许多穿越时间的案例，航船、飞机等突然失踪，多年以后又突然重现的事件等，它们是否穿越了时间？时间旅行真的可行吗？时间旅行悖论让小说家乃至科学家不得不先认真考虑这个问题。有关时间旅行的讨论我非常感兴趣，本文将就时间旅行的悖论分析时间旅行的可行性。

Summary ：The time travel has inspired people infinite imagination of a hot topic in science fiction movies, often time-travel plot, causing infinite vision of time travel. However, it is still a mystery, in the end time travel may be feasible, is still a vexed issue. Book online, I have seen many cases through the time, ship, aircraft suddenly disappeared, many years later suddenly reproduce events, whether they are across time? Time travel reallypossible? The time travel paradox novelist, and even scientists have to first seriouslyconsider this issue. Discussion about time travel, I am very interested in this article willtime travel paradox to analyze the feasibility of time travel.

关键字：时间 悖论 平行宇宙 虫洞

一、时间的本质。

要探讨时间旅行，必须先弄清楚什么是时间，时间的本质是什么。在哲学上认为，时间指物质运动过程的持续性、间隔性的矛盾统一和物质运动状态的顺序性。时间具有一维性，即不可逆性，它只有从过去、现在到将来的一个方向，一去而不复返。 物理学上，时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定时间，是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。例如地球绕太阳周期，原子震荡周期等。 按照相对论，时间对于不同的运动状态的观察者来说是不同的。 时间实际上是第四维度，时间和空间是紧密联系在一起的，它不是如物质粒子这样客观的实体，是为了对现实世界进行数学描述时引入的一种度量概念。时间与空间在这些数学公式中的地位是极其相似的，但是有一点不同，时间是不能静止的，它总给人一种在不断“流逝”的感觉。但事实上这是因为世界是在不断变化中的，这才是让我们认为时间在“流逝”的根本原因。如果你被时间这个概念困惑的话，不如说，时间根本是不存在的，存在的不过是一个不断演化的宇宙。时间的概念就是对这个演化宇宙进行描述时产生的。因此，爱因斯坦说，时间只是一种幻觉。

二、真实案例。

事实上，在现实世界中却有许多穿越时空的案例。

19xx年8月，一艘名叫海风号的英国游船在“魔鬼三角”——百慕大海区突然失踪，当时船上六人骤然不见了踪影。

不料，时过八年，这艘船在百慕大原海区又奇迹般地出现了！船上六人安然无恙。

这六个人共同的特点就是当时已失去了感觉，对已逝去的八年时光他们毫无觉察，并以为仅仅是过了一霎间。当调查人员反复告诉他们已经过去了八年，最后他们才勉强接受这个事实，当日他们都做了些什么事时，他们无话以对，因为他们只感觉过了一会儿，似乎什么也没干。 据美国海军部记载，在第二次世界大战期间的太平洋战役中，美国的“印第安纳堡利斯”号军舰被日本潜艇击沉。当时美国海军部收到舰上有25名官兵乘救生艇逃离了军舰的求救信号。但美国海军部多次派出营救舰队和飞机去寻找，均一无所获，最后只好宣告他们已葬身海底。然而，19xx年7月的一天，一队菲律宾渔船在菲律宾群岛以南的西比斯海域上，竟然发现了这只救生艇。小艇上的25名船员虽然如惊弓之鸟、一片惶恐不安的样子，但他们仍然不失年轻力壮的风貌。这一发现，便得美国当局感到万分惊愕。当然，更使他们感到大惑不解的是，“印第安纳堡利斯”号军舰是19xx年7月30日被击沉的，时隔46年后，他们的模样竟和被击沉时一模一样，连胡子和头发都没有一点变化。这25名获救的人员一致认为他们在海上仅仅漂流了9天时间。46年如一日，怎么说?天文学家森梅西坚斯博士认为，他们有可能闯入了一个“时空隧道”，几十年后复出人间，却全然不知道已经过了那么久时间。

中国古书也有记载，说有一个人去山中捡柴，遇到两个童子在下棋，于是便在一旁观看，等他看完下山却发现人间已经过了几百年了。

当然有人要说，这些都是假的。但是，那么多的案例都说是假的也说不过去吧，只要有一件事真的，那么就可以证明，时间旅行是存在的。

三、时间旅行理论上的方法。

1.相对论与时间旅行。

一九四九年，著名逻辑学家哥德尔 (K. Gödel) 在广义相对论中发现了一个非常奇特的解，描述一个整体旋转的宇宙 - 哥德尔宇宙。在这种宇宙中，物质的旋转对时间方向会产生拖曳作用，离旋转中心越远，拖曳作用就越显著。在足够远的地方，拖曳作用足以形成闭合类时曲线。因此在哥德尔宇宙中只要让飞船沿某些远离旋转中心的轨道运动，原则上就可以实现时间旅行。但事实上，哥德尔宇宙并不符合天文观测，但它的发现表明广义相对论的确允许闭合类时曲线的存在， 这本身就是一个鼓舞人心的结果。自那以后，物理学家们在广义相对论中又陆续发现了其它一些允许闭合类时曲线的解。因此他们认为，理论上，时间旅行是可行的。

2.黑洞。

黑洞被认为是天然的时间机器，因为黑洞体积很小，而其质量超大，按照广义相对论，它会使周围的时间和空间产生强烈的扭曲，而当时空扭曲达到一定程度的时候，不同的时空区域会连接起来，形成一条“闭合类时曲线”，曲线上的旅行者就可以重复访问时空中一个点。然而，飞船要到黑洞附近，是相当危险的，随时可能被吞没的无影无踪，因此，利用黑洞进行时间旅行并没有可操作性。

3.虫洞。 “虫洞”是广义相对论中出现的概念，也叫爱因斯坦－罗森桥。它是连接两个时空的通道，事实上，在我们身边到处都是虫洞，只不过它们太小，我们看不到而已，虫洞非常之小， 它们存在于时间和空间的每一个角落。让进入最小的量度范围，甚至比分子还小，比原子还小，这时就可以看到所谓的量子泡沫，虫洞就存在于这个地方。这些细小的通道也可以说是“捷径”能穿越时间和空间，它们在整个量子世界中不断地形成、消失、再形成连接着两个不同的空间点和不同的时间点。 然而，这些真实存在的时空隧道只有10的负33次方厘米大小，人类根本不可能借此通行，不过这倒是引出了虫洞型时间机器的概念。有些科学家认为，可以截获这样一个虫洞然后将它扩大数亿亿亿倍，足以让一个人、甚至是一艘太空船从中通过，但是这需要超大的能量，远远超过了现在科技水平，不可能在短时间内实现。但虫洞，理论上能实现时间旅行。

4.弦理论与时间旅行。

弦理论认为，我们的宇宙并不是我们能觉察到的四维空间，而是十维的空间，只是还有六维我们感受不到。相对论已经指出，时间是第四维。将时间轴卷曲，便得到第五维。在十维宇宙中，包含从大爆炸以来的无数时间线以及无数个平行宇宙的无数时间轴，可以想象，在高维中，时间旅行是很简单的事。然而，这只是理论，在实验中还没有证据显示高维空间的存在。

三、悖论。 任何时间旅行的理论，必然要面对的问题就是悖论问题。关于时间旅行，有很多悖论，例举如下。

悖论一：外祖父悖论（外祖母悖论，祖母悖论） 设想一个人C，他乘坐时间机器回到过去，杀死了他母亲B的父亲（或者母亲）A。那么A不存在，则B不会出生，B更不会生出C。但既然C不存在，他又如何能回到过去杀死A？再继续下去，若他并未杀死A，则B会出生，B会产下C，他又能够回到过去杀死C了！ 悖论二：穿越虫洞的子弹

设想一个人发明了虫洞时间机器，那么如果他利用虫洞将一分钟前的世界和现在的世界连接起来，对着通过虫洞他可以看见一分钟前的自己，如果他这个虫洞开枪打死一分钟前的自己呢会怎么样呢？现在他死了，在他组装好手枪之前就死了，那么到底是谁开的枪呢？ 悖论三：无限变多的钱 这个悖论也和上一个很像。有一天科学家发明了时间机器，可怜的他只有100块钱，但是他很快想到了一个暴富的计划。他决定乘坐时间机器回到过去，找到昨天的自己，把自己身上一半的钱给他。于是他回到过去把50元给了昨天的自己，然后他身上有150块了。第二天他又回到过去，把75元给昨天的自己。这样他应该有225元了，然后继续??他的钱将会变多，并且会无穷地增长下去。那么他到底有多少钱，这些钱从何而来？

悖论四：只有一个人 这是科幻小说家海因莱因著名作品《你们这些回魂尸》的故事情节，一名曾是弃婴，在孤儿院长大的年轻姑娘遇到了一个来历不明的年轻人，两人相爱并且姑娘生下了一个女婴。但是很快年轻人神秘失踪，女婴也被人偷走。心灰意冷的姑娘悲惨的生活着，不久她做了变性手术，成为一个男人。某一天男人在一酒吧遇到兼职时空跳跃者招募人的酒吧老板，在老板的游说下他加入了，并被送到了过去。在那里他遇到并爱上了一个年轻姑娘，姑娘还给他生了个女孩。然而不久酒吧老板降临，强行把他送回了出发的时代。酒吧老板还偷走了女婴并把她送到更早的年代，遗弃了。回到出发时代的年轻人孤单混迹了很多年，然后跳跃到之前的一个时代开了一间小酒吧，并干起了兼职时空跳跃者招募人的行当。有一天，他店里来了一个失魂落魄的年轻人??这个故事里所有出现的人物都是同一个人！

时间旅行将导致因果律的破坏，因果律是人类认识这个世界并指导自己运行的最基本的公理之一。科学上的研究更是奉因果律为圣旨，我们所有的理论都是公理+因果律推导建立的。因此，有人认为时间旅行是不可能的。

四、一些悖论的解决方案

平行宇宙学说 宇宙不止一个，而是有多个的说法最早是由研究量子力学的科学家提出。宇宙的个数有人认为是有限多，也有人认为是无限多个。当C乘坐时间机器回到过去的瞬间，他实际上进入了一个新的宇宙，C在这个宇宙中杀死A或者取代A都不会对他原来的宇宙产生任何不良后果，在新的宇宙中历史有了新的版本。这样时间旅行就会不停地创造宇宙，任何随机事件都会创造宇宙。那么宇宙实际上必须有无穷多个。那么，这些宇宙是如何产生的？能否提出一个理论来描述这一过程？它似乎是违反能量守恒的，不过恐怕我们无法解释清楚这些问题，因为这些都发生在我们的宇宙之外，那里的物理定律是不是和这里一样我们永远也无法得知。 物理法则限制说

既然改变过去会造成无法调和的矛盾，回到过去受到限制这一说法也提出来。一部分人认为我们虽然可以回到过去。但是我们只能作为旁观者，无法对历史作任何程度的参与，我们可以在一定程度上参与过去，即我们确实可以存在于过去的时空，但是各种各样的物理法则会阻止我们做出矛盾的事来。科学家的说法是对于发生矛盾可能性越大的事件，其发生的概率就会越小。就是说C要扣动扳机杀死A之前，他一定会不小心跌倒，使子弹偏离。不过这一说法有一个困难，由于存在蝴蝶效应，历史上的一个微小改变，都可能造成巨大的矛盾。因此很可能我们接触任何过去的东西的概率都会被限制为无穷接近于0??

时间流向问题

科学上认为时间是一条有方向的一维的直线。有人就认为，为什么时间不可以是2维的？按照弦理论，在高维时空中，每一个事件发生的时间点并不是唯一的，于是当你跳跃回过去，很可能你改变的并不是自己时间线上的历史。或者说通过某一事件的时间线有无数多条，你并不能让跳回过去改变你现在的状态，因为你没法改变所有时间线。

五、我的一点思考。

还有一个重要的问题，如果时间旅行可行的话，为什么我们至今没有见到来自未来的人？而古书中也未记载有未来的人拜访过。有人认为，ufo也许就是未来世界的人类的飞行器，那为什么他们不与人类沟通呢？并且这种说法至今还没有任何证据。还可以做个简单的实验来检验时间旅旅行。

用一张纸写下你的“遗嘱”，叮嘱你数代后的子子孙孙，当时间机器被发明出来之后，要记得乘坐时空穿梭机回到你现在的时间地点，和现在的你见个面。然后小心地把遗嘱放好，看看有什么事情会发生。结果什么事情也没有发生，什么人物也没有出现。这是为什么呢？ 我认为，这是因为如果时间旅行靠的单纯只是时间机器，即可以当前世界的回到过去，

一旦回到过去，按照平行时空的解释，必然将产生另一个平行的世界，那么你将只能留在这个平行的宇宙中了，无法回到原来出发的世界了。要是这样的话，我想没人愿意回到过去，时间旅行就没意义了。要想能回到出发前的世界，那么时间机器必须能连接两个平行的宇宙，因此，还必须是空间机器。那么技术要求就很高了，这就需要虫洞时间机器，前面已经说过，这种机器需要巨大的能量，至少在今后几百年甚至几千年还无法获得。

从上面的各种分析中，可以看到，无论什么样，想通过时间旅行改变过去而改变现在的想法破灭了，现在是无法通过改变过去改变的，改变的只是另一个平行的世界了。

六、结论

综上所诉，我认为，时间旅行理论上可行，但需要非常先进的技术，时间旅行对我们来说还是个遥远的梦。

参考文献：

《祖父悖论Grandfather paradox》

《穿越时空》

《平行宇宙Parallel universe》