时间旅行指南-第8部分

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　　　　黑洞是广义相对论预测中最奇异的，尽管其概念可以追溯到20世纪之前。这些理论对象是那些在强重力场中的天体。由于它们处于强重力场中，没有任何粒子或者辐射能逃离它，甚至是光线也无法逃离，因此得名为黑洞。黑洞最有可能是超巨大星星爆炸产生的，它们可以随着其他物体进入它们的吸引领域而不断扩大。一些理论家推测超巨大的黑洞存在于某些星团和某些星系的中心位置，其中包括它们自身的中心位置。尽管这种黑洞的存在毫无疑问还没有得到证实，但是它们存在的证据在许多知名网站上却是很充足的。
　　　　理论上，即使是一个相对很小的质量都可能成为一个黑洞。这个质量将会被压缩到更高的密度，直到它减小到某个临界半径。这种所谓的“黑洞表面”被称作施瓦兹希尔德半径。因为它是1916年由德国天文学家卡尔？施瓦兹希尔德（Karl　Schwarzschild）提出来的。（他的公式适用于非自转天体）自转天体的图形数据在1963年由新西兰数学家罗伊？科尔（Roy　Kerr）研究确定。对于一个和太阳同等质量的天体，其地平线大约有3公里长。科学家如英国理论物理学家斯蒂芬？霍金（Stephen　Hawkiing）观察到，微型黑洞的确存在。
　　　　引力透镜的概念是根据已经讨论过且证明的相对论预测的，当光从一个较大天体如恒星旁边经过时，它的轨道偏离了。具体偏离多少基于该天体有多大。从这点我们可以看出超大天体如银河系相当于同等的天然透镜，让光从更远的天体那边穿过。第一个引力透镜于1979年被发现。
　　　　广义相对论所预测的现象现在还没得到确实的证明，但是：引力波是存在的。引力波是由引力磁场的变化所产生的。它们以光速运动，传递能量，引起粒子组之间的相互运动（或在更大物质中产生张力）。天文物理学家认为引力波是由动力源散发出的，如超新星、双子星（或聚星）系统以及黑洞，或黑洞之间的碰撞所产生。人们经过多种尝试来观察该类波段，但是目前还未取得成功。
　　　　对于广义相对论更重要的问题是，科学家正尝试把引力和量子力学结合起来，成为现代物理学的范例。对于量子宇宙论的研究人员来说，其主要目标就是这些统一标准的磁场理论。
　　　　时钟佯谬
　　　　时钟佯谬是矛盾理论的一种最好的例子，是用来测试相对论特殊理论的逻辑一致性，或在一些事列中尝试纠正一些理论。要用公式说明这个矛盾理论，第一，假设一个实验，当这个实验用一种方法分析时这个理论就有了一个结果，但是当你用不同的方法来分析时就会出现完全相反的预测结果。对于上述所说的大家都没意见，但是一个精确的相对论原理应用就能很简单地解决这个矛盾理论的问题。
　　　　时间佯谬的简单版本陈述如下：一对长得很像的双胞胎，查理和基普，他们以反方向运动，查理呆在家而基普乘坐火箭飞船以匀速飞往远处的目的地。当他要到达的时候，基普再以匀速飞回家。在查理看来，基普的时间要比他慢得多，因为基普的速度导致了时间的相对扩张。于是当基普返回时会比查理更年轻。这是一个很大胆的假设，即使是真的，也并非自相矛盾。时钟佯谬发生于从基普的角度来看这件事。从基普的角度来说，是查理以匀速运动离开然后返回。因此它的时间应该比基普的慢，应该是查理变年轻。两种推测都不合理，很显然时钟佯谬产生了。
　　　　想要解决时钟佯谬最简单的办法就是要认识到这两种情况不是相对称的。查理在整个实验中一直处在惯性系中（或在牛顿法则的非加速情况下），而基普为了停止飞船并调转方向则须加速，他注意到查理的时间加速并超过了他的时间。他通过严谨的相对论公式计算得出这一结论，用惯性系这一结果，他加速的瞬间事实上是处于停顿状态。因为这些惯性系拥有不同的速度，他必须考虑到系统的差异，在某种程度上会把时间从一个系同步到下一个。
　　　　用另外一种方式来理解查理时间的加快，即等量原则。基普不能区分他的加速系在同一引力磁场中处于停顿，其中有个很明显的蓝移加快了查理的时间。最后结论就是：两个观察者都同意基普一定会变年轻。
　　　　1966年，在瑞士日内瓦欧洲核子研究委员会加速器中开展的实验证实了这一结果。被称为MU介子的元粒子被磁场所限制，以99。6％的光速进行圆周运动。返回的介子果然变得更新了。那就是说，介子比在实验室静止的时候衰退的更慢。于是，两个实验和理论的成功实践证明没有时间佯谬之说。
　　　　上图：这个数字说明了一个代表二维的平面三位空间的曲率。那些线穿越时空。一个物体进入了平面，导致了平面发生扭曲。而能量同样可以做到，就跟爱因斯坦的广义相对论所说的一样。
　　　　来自莫里？B。金的《量子真空零点能》
　　　　下图：固定粒子恒速粒子加速粒子（左至右，上至下）
　　　　来自保罗？那金的《时间机器》（Time　Machines）
　　　　时空连续体
　　　　时空连续体就跟上文说过的一样，是广义相对论的一个部分。它成功代替了牛顿有关空间和一个分隔的绝对的时间的概念。在牛顿力学中，任何事物都能在空间里和时间t的某个点联系起来。这个坐标是任意选定的，但是两个量是独立的选择：两个事件的空间距离，德耳塔（希腊字母的第四个字）I（ΔI）和它们之间在时间上具有独立性，德耳塔t（Δt）。
　　　　但是随着相对论的问世，很明显，时间是取决于速率的，德耳塔I和德耳塔t也不再是单独不变的。德耳塔I经受了长度收缩（FitzGerald…Lorentz　contraction），德尔塔t经过了时间延缓。一个新的量，德尔塔s反而是不变的。这个量被称作是“线元素”或者是“不变间隔”，它通过一个与光速有关的二次表达和其他量联系起来。德尔塔s现在是两个事物之间间隔的不变测速，这个术语度量标准（来自希腊词汇“测量”）常常适用于德尔塔s的二次表达式。总之，广义相对论中的时空度量更加复杂和符合弯曲的时空。
　　　　1892年，长度收缩第一次作为假定的理论被乔治？菲茨杰拉德（George　F。Fitzgerald）提出来。在1895年，由劳伦斯？亨德里克斯（Hendrik　A。Lorentz）详细阐述了其作用。长度收缩被提出来是为了解释迈克耳孙…莫雷实验（Michelson…Morley　experiment）的否定结果，并在1887年完成了实验。这个实验测量了时间作为一个光源穿过了一段距离d，然后当光源的运动方向和实验室里预定的运动方向相平行或者观察者穿过乙醚时将会折回来。时间与在同一路程中，试验中垂直于光线的方向相对比。在这种情况下，试验中的运动方向是地球穿过空间的运动方向。乙醚作为媒质以假定光速C穿过空间。
　　　　根据经典理论，两次圆形旅行的时间应该是不同的。然而，迈克耳孙…莫雷实验证明了在穿越时间中没有什么不同。菲茨杰拉德暗示，如果平行轴d的长度是dx（1…v（2）/c（2））的平方根（v是实验中的速度），垂直轴保持不变，那么预测的结果就会和实验的一样。
　　　　劳伦斯之后提出了一个包含了这种作用的物质模拟。他说，在运动的影响下，包含在物质中的原子和分子都会随着运动的方向被压缩。物质模拟不可能测量出这种变形，把一把尺子放在一个超速行驶的物体上将会有类似的变化。
　　　　爱因斯坦在他的相对论里写到，长度的收缩是光速在所有参考坐标系中一样的假定的基本结果。这个影响只有在相对速度接近光速时才有意义。
　　　　世界线
　　　　世界线是穿过时空隧道的一个途径。它是在物理学上使用的一个数学概念，用来描述粒子或者其他物体的移动。一条世界线给出的信息描述比穿过空间的一条小径要多得多。因为在世界线上的每一个点都暗示了物体的时间和空间位置。为了理解这两者的差别，可以在地图上画一条曲线来表示一个飞机在穿过地球表面时的路径。如果高度是沿着曲线标注的，那么这条路径会被描画成一个三维的空间。如果飞机经过的每个点的时间也是这样的，那么这个描述就是世界线或者说在思维时空连续的路径。两条世界线只有在同样的时间穿过同样的位置时才能相交。
　　　　物理学家用世界线来描述粒子在其自身的引力作用下是如何移动、碰撞和反弹的。例如重力度量理论，像爱因斯坦的广义相对论一样，预测自由落体的粒子会随着测地线运动，这个路径非常接近于弯曲时空中的直线。真正非零静止物体的粒子穿越的比光速要慢，它的移动是一个类似的测地线，它能测出横跨两个事物之间的距离所用的最长时间。同样两个物体实验的其他世界线很少通过时钟佯谬消损时间。
　　　　时间反转不变性
　　　　时间反转运动看似不现实。如果一些运动是可以根据已知的物理定律来定义的话，则时间逆转的运动总是有可能的。而这种可能性在被重力和电磁影响时会显得更加真实，因此才会说这些法则展示了时间反转不变性，或者是把时间反转作为一个基本的对称。举个例子，要观察一个鸡蛋摔落到地上，然后像电影里的镜头回放一样，破碎的鸡蛋重新聚拢，向上飞起到一个人的手中的过程是非常特别的。然而，根据已知的物理定律，这样一个过程是不可能发生的。但是像电影中那样，一个陀螺或者是一个振动铃在电影的镜头回放中出现就很正常。
　　　　在时间反转下，控制着大部分元素过程的基本自然法则是不变的。然而，大多数的自然过程本身在时间反转下并没有呈现对称性。这是因为其包含了许多宏观系统的复杂性。举个例子，假如一个容器被一个密闭隔墙分割成两部分，一部分含有空气，另一部分是真空的。如果这个隔物被拿开，那么空气就会充盈在整个容器里。为了做时间反转运动的实验，在这个运动中，容器里的空气流向另一边，所有分子的速率将会反转——这是一个不可能完成的任务。这个系统的复杂性导致了时间反转运动出现的极小可能性真的会发生。通常复杂的系统其可能性会增加，这种可能性的增加和系统里熵的增加有关系。
　　　　在亚原子水平，有一些其它力和时间反转不变性有关——强核力负责连结原子核，弱核力负责像中子这类粒子的放射性衰变。中子衰变成一个质子、一个电子和一个反微中子。时间反转相对于中子衰变的运动即将一个反微中子、一个电子和一个质子组合到一起形成一个中子。针对时间反转的反作用，为了符合最初的衰变，进来的粒子能量必须和先前出去的粒子能量一样，粒子的旋转速率也一定是相反的。尽管这个过程看似不可能，实际却是可能的。
　　　　元素粒子的实验可以通过观察其出现，相互作用和消减的过程来验证时间反转不变性。时间反转一致性似乎在所有的过程中都有一个有效的对称，除了K介子的弱减退过程。
　　　　时光旅行和量子斑点
　　　　1998年秋季，全球新闻报道，有一个特别的实验在英格兰的苏塞克斯大学（Sussex　University）进行，官方说法叫做“冻结”时间。
　　　　这是当时伦