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时间会倒流吗?爱因斯坦:如果宇宙收缩,时间或许将开始反向流动

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每个人都在以每秒一秒的速度向前穿越时间,从这个意义上说,我们都算是时间旅行者,只是这种方式未免有些乏味。真正令人向往的时间旅行,是那种可以骑上恐龙、与爱因斯坦击掌的旅程。

要理解这种旅行是否可能,首先需要认识时间的本质——时间并不是一种流逝的事物,而是一个维度,一个可以在其中移动的方向。



我们的宇宙被认为是四维的,包含三个空间维度和一个时间维度,它们共同构成了一个被称为时空的整体。人们所体验到的时间流逝、人生的展开,实际上就是自己在时间维度上的移动。

这个维度有一个令人无奈的特点:在空间维度中,可以前后、左右、上下自由移动,但在时间维度中只能向前——只会变老而不会变年轻,也无法绕道而行。

这种"只能前进"的感受,其实与宇宙自身的演化息息相关。根据现代宇宙学模型,我们所在的宇宙起源于约138.2亿年前的一次大爆炸,在那之前没有时间、没有空间、没有物质,也没有任何物理定律可言。

正是这场爆炸拉开了时空的帷幕,也第一次赋予了时间一个明确的方向。可观测宇宙直径约930亿光年,那些远方的星系之所以能以超光速远离地球,也正是空间本身在不断拉伸的结果。



这只是一种表象。事实上,人对自己在时间中如何移动的掌控,要比想象中多得多。要在不写成数学课的前提下解释清楚这件事,就必须做一些简化,接下来的表述会让一些物理学家颇为不满,但请记住,其中确实包含一定程度的简化和取舍。

宇宙中存在着一条非常奇特的规则:万物都在四维时空中以光速运动。任何物体在时空中的速度,是它在时间维度和空间维度上分速度之和。

真正意义上的静止是不可能的。即使一个人在空间维度中完全不动,他也仍然在时间维度中以光速迎面冲向未来。

人可以通过在空间维度中加快移动,来减慢自己在时间维度上的速度,但总的速度始终是光速。如果某人能够真正在空间中静止不动,那么他将以光速穿越时间;反之亦然。



光子——也就是光的粒子——在空间中以光速运动。它们不经历时间的流逝,因为它们在时间维度上的速度为零,在时间中处于冻结状态。

当有人在地球上看到阳光时,从光子自身的角度而言,它上一刻还在太阳表面,下一刻就撞进了观察者的眼睛,中间没有任何过程。

当然,这只是一种通俗的说法,真实情况要复杂得多:相对于空间本身真正静止是不可能的,只能相对于空间中的其他物体保持静止;而且严格来说,也无法像上面那样为光子定义一个参考系。更详尽的内容可以查阅相关资料。

万物都以同样惊人的速度在时空中运动,而这一速度在空间和时间之间进行分配,这就带来了各种奇妙的现象,其中就包含时间旅行发生的空间。



当一个人相对于另一个人高速运动时,双方在时间维度上的分速度就会出现差异,一方经历的时间会比另一方走得慢——飞船里的宇航员归来时会比同龄人年轻,这就是狭义相对论所描述的时间膨胀效应,也是目前唯一被反复验证过的"向未来的时间旅行"。

真正棘手的问题在于反方向的旅行。在物理学家的方程式里,时间箭头并不是只有一个方向。

目前观测到的宇宙处于加速膨胀状态,这被认为是占宇宙质能总量约七成的暗能量在起作用,它提供了额外的斥力,助力宇宙不断向外扩张。也正因如此,时间箭头一路指向未来。

可一旦这种膨胀在极其遥远的将来发生逆转,宇宙由膨胀转为收缩,一些理论认为熵的增长方向也会随之翻转,时间箭头便可能开始反向流动——这正是爱因斯坦相对论框架下最具想象力的一种推演。



回到粒子的层面,物理学家曾经给一种假想的存在起了名字——"快子"。快子在理论上可以存在,并具有一系列奇特的性质,例如在失去能量时反而加速,以及沿着时间向后行进。

这才是真正意义上的时间旅行。与光子的情形类似,快子自身的时间流逝很难被明确定义,取决于观察者相对于它们的运动状态。

但重要的是,某些观察者第一次真的有可能看到粒子字面意义上地在时间中倒退。这意味着快子有可能被用来直接与过去发生互动。

理论上,人可以借此向过去的自己发送信息,改变已经发生的种种事情。



如果配合某种以快子为动力的科幻级未来科技,甚至可以在恒星诞生之前就看到它的死亡,可以去见曾祖父母,可以阻止过去的自己犯下某个愚蠢的错误,可以中彩票,也可以被恐龙吃掉——同时制造出各种大快人心却又几乎撕裂宇宙的时间悖论。

宇宙中似乎存在一些无法调和的规则。相对论明确禁止任何最初以低于光速运动的物体加速到光速,因为在空间中运动得更快需要能量,而将有质量物体加速到光速所需的能量在数学上是无穷大的。

哪怕耗尽宇宙全部能量,也无法把一粒沙加速到光速——可以无限接近,但永远无法达到。以光速运动本身是可能的,光子就是如此,但它们始终以光速运动;同样,如果某物本就以超光速运动,它也会始终保持超光速。

遗憾的是,到目前为止,没有任何证据表明快子真实存在。它们在纸面上成立,但大多数科学家认为它们并不真实。



这种"纸面成立、现实缺席"的尴尬,其实和大爆炸初期的图景颇为相似。在大爆炸发生后的极短一瞬间,宇宙从一个看不见的小点暴涨到了一个相当大的范围,那个暴涨速度远远超过光速。

物理学家推测,正是在这类极端条件下,某些正负相消的机制"负负得正"地引发了大爆炸,才最终形成了目前这个不断膨胀、且时间箭头始终指向未来的宇宙。快子若真的存在,或许就潜伏在这类极端物理的褶皱里,只是暂时没有露面。



这个结论虽然令人惋惜,却也让人回到最重要的时刻——此时此刻,这个真正存在着的当下,以及一个由自己塑造的未来。相比之下,塑造未来远比改变过去容易得多,只要具备足够的知识和解决问题的能力,就能从容应对未来的种种障碍与机遇。

回望人类纪,一万两千年的创新历程被清晰地呈现出来,人类的祖先为今日的生活奠定了根基。若把视野再放宽到整个生命的时间线,人类不过是其中极其短暂的一瞬,哺乳动物存在的时间也并不算长,而恐龙时代则更为古老,再往前追溯,便可以看到一切开始的地方。

归根结底,时间箭头之所以指向未来,是暗能量推动宇宙加速膨胀的结果,也是熵不断增长所留下的印记。若在极其遥远的将来,膨胀终于转为收缩,那条被视为绝对的箭头才可能真正调转方向。

而在此之前,138.2亿年的宇宙历史与930亿光年的可观测边界,共同构成了当下每个人所能立足的全部时空。真正值得投入的,从来不是回到过去的幻想,而是善用向前的这一秒,把当下过成未来最愿意回望的那段时光。

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