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是否存在能穿越时间倒流的粒子?

一个假想的粒子可能是答案,但时间旅行仍然会是一项复杂的冒险。

作者:Paul M. Sutter
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穿越时间的描绘。来源:Jurik Peter/Shutterstock

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是的,存在一种假想的粒子,称为快子,它可以穿越回时间。有一个前提:它几乎可以肯定不存在。

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时间与光速

在我们开始谈论时间旅行之前,我们首先必须谈谈光速。我们宇宙中的所有物体都受限于其速度不能超过光速。只有无质量粒子(如光本身)才能达到光速。任何即使只有微量质量的物体,都无法达到光速。因为速度越快,质量就越大,达到光速时质量将是无限的,加速到这个速度需要无限的能量。

但光速不仅仅是物体能旅行的速度。它是物体之间相互影响的速度。宇宙中的每一次相互作用,无论是你的兄弟打你,还是超新星的冲击波穿过气体云,其速度都受限于光速。光速实际上是因果律的速度——一个原因产生一个结果的最快方式,以及事件相互影响的最快方式。


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超光速意味着你可以超越因果律。换句话说,超光速意味着超越时间本身,这意味着超光速旅行自动允许向过去进行时间旅行。

快子与时间旅行

存在一类假想粒子,它们总是超光速运动。爱因斯坦本人也曾思考过这个想法,称它们为“超粒子”,但今天我们称它们为快子,这个词是1967年物理学家Gerald Feinberg根据希腊语中“快速”一词创造的。

快子会很奇怪。就像我们有质量的物体永远无法超过光速一样,快子也永远无法降到低于光速——它们将在另一侧同样受到限制。对于快子来说,减速意味着质量增加,而减速到光速需要无限的能量。为了实现这一点,快子的质量必须是虚数,但这是数学意义上的:其质量将乘以负一的平方根。

乍一看,快子不会引起太多麻烦。你可以乘飞船离开,而在地球上,我可以向你发送快子信息。如果你通过望远镜看向我,这些快子会比携带我发送消息图像的光子先到达你的望远镜。这有点奇怪,但不一定违反物理学定律。


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时间旅行悖论

问题在于,有了快子,你就可以开始构造一些真正奇怪的场景。例如,你可以以特定的速度朝特定方向移动,并将快子信号发送回给我。如果你在飞船上精确设置,那个信号就能在我发出原始信号之前到达我。

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假设那个发回给我的信号包含了销毁我的发射机的指令。销毁发射机的唯一方法就是接收你的信号,但接收你消息的唯一方法就是我先发送我的消息。如果我发出了我的信号,那么我的发射机在过去就被摧毁了。但如果发射机被摧毁了,我就无法发出信号。

这只是超光速旅行带来的许多常见时间旅行悖论之一。这并没有明确排除快子的存在,但它表明它们很可能不存在。对我们来说,似乎不可能向后穿越到过去或向我们的过去发送信号:我们宇宙中的一切不仅速度不超过光速,而且总是朝着未来的方向前进。

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不可能,还是未证实?

物理学家提出了“因果保护猜想”,该猜想认为超光速旅行(以及向过去的时间旅行)是绝对不可能的。目前,这仍然只是一个猜想,尚未得到证明。我们目前不明白为什么向过去的时间旅行是被禁止的,但我们希望有一天能够构建出一条物理定律来解释原因。

  • 保罗·M·萨特

    保罗·M·萨特是一位理论宇宙学家、NASA顾问、“Ask a Spaceman”播客主持人,以及美国文化大使。他是《你的宇宙之位》和《如何在太空中死去》的作者。

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