時間會扭曲:物理學家如何發現這種現象?

2021-02-15 科普張家界

時間會扭曲

這可能聽起來像科幻小說，但科學家們已經發現了時間扭曲。

時間扭曲基本上是一種通過加速或使其運行更慢而改變時間流的現象。

物理學家已經了解時間扭曲現象超過100年時間了。事實上，你現在正處於一種時間扭曲狀態。

1905年，阿爾伯特·愛因斯坦發表了他的狹義相對論，十年之後，他發表了後續的廣義相對論，其中說引力是空間和時間彎曲的一種特性。因此，任何有質量的東西都可以扭曲時間。

當然，引力導致的時空扭曲率越大，時間就過得越慢，更大的東西會更好地扭曲時間。由於質量比太陽大幾十億，黑洞轉化為很大的時間扭曲潛力。如果你要接近一個黑洞，物體的引力會擴大時間，使事情發生的速度比與外部觀察者相比要慢得多。然而，如果你想要回程，黑洞就不會成為一個好時光的機器：通過一個叫做事件視界的特定點之後，你和你帶來的任何東西都永遠不會回來。甚至光也如此（因此稱為黑洞）。

太陽和地球也可以在明顯的尺度上擴張時間

太陽和地球也可以在明顯的尺度上擴張時間。2007年，一顆名為重力探測器B的NASA衛星通過觀察地球如何扭曲周圍空間，確認了廣義相對論的準確度達到99％。

再舉一個例子，如果你生活在一個高山頂上，你實際上比在海邊的朋友更快地老化 ，海邊的引力更強，意味著時間變慢。雖然公平地說，這種加速老化會以極其難以察覺的速度發生。

時間膨脹也可以通過快速移動來實現。根據狹義相對論，相對於靜止的觀點，移動得更快會導致時間減慢。

麻薩諸塞州梅德福市塔夫茨大學宇宙學研究所的教授肯奧·盧姆告訴說：「GPS衛星上擁有超精確的時鐘來工作。衛星上的時鐘以不同的速度運行，取決於它們與地球的距離。它們也根據衛星的運動以不同的速度運行。為了使GPS準確地報告您的位置 ，衛星在計算時間時必須考慮廣義相對論和狹義相對論。」

當然，大規模的物體扭曲時間並不是科幻小說作者寫的那種時間旅行。那麼，還有其他方法來扭曲時間嗎？嗯，理論上可能，但不太可能做到。

紐西蘭奧克蘭大學物理學研究員班傑明·施萊爾說：「普遍的共識是，包含時間機器在內的廣義相對論的這些奇異解決方案在現實世界中幾乎是不可能實現的。」

蟲洞

一種選項是蟲洞，它是物質和光可以通過的理論橋梁 ，是由空間的彎曲產生的。雖然一些理論預測這些蟲洞存在於早期宇宙中的微觀水平，但他們也發現這些蟲洞可能不穩定並且會迅速坍塌。

為了使蟲洞真正適用於時間旅行，需要有某種奇特的物質。為了穩定蟲洞，理論要求這種奇特的物質（一種未知的物質形式）需要具有負質量和壓力，這是科學家們從未見過的。

宇宙弦

第二種選擇涉及宇宙弦 。宇宙弦是是假設性的、理論上可能存在的時空。如果存在的話，它們將非常微小。理論預測，相互加速的兩個弦能以奇怪的方式改變時間，例如在時空中創建可能像時間機器一樣的閉合曲線。然而，你需要無限的能量才能加速這些弦以達到這種效果。

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