爱因斯坦是上世纪最伟大的物理学家,他的相对论也是家喻户晓。不过要对相对论有一个正确的认知,并不是一时半会能做到的,网络上经常会出现一些关于相对论的某些谣言,或者不正确的认知。
比如说,狭义相对论表明速度越快,时间就越慢,达到光速时间就会停止。于是就有人认为:只要能超越光速,时间就会倒流,我们就能回到过去。
在狭义相对论里,确实有时间膨胀效应,速度越快,时间就会越慢。当然很多人对时间膨胀效应的理论也仅限于此,没有进行更深入的思考。
时间膨胀效应有一个简单的公式可以描述:
公式中可以看出,当V无限趋近光速时,t就无限趋于零,意味着时间静止了。但是V不可能超越光速,一旦超越光速,公式就失去了意义。
同时还有另一个不能忽视的事实禁止超光速的发生,那就是质增效应。
当速度越来越快时,发生的并不仅仅是时间变慢,还会带来一系列其他效应。速度越快,物体的质量也就越大,当速度无限趋近光速时,物体的质量就会达到无穷大,这时候想让物体再加速,就需要无穷大的能量,整个宇宙的能量都不够,这显然是不可能的。
虽然我们无法回到过去,却可以利用狭义相对论穿越到未来。比如说乘坐一艘亚光速飞船离开地球,飞行一年后返回地球,地球时间可能已经过去了十年甚至更长时间,这就相当于穿越到了未来。
以上都是基于狭义相对论来分析的,那么如果从广义相对论的层面来分析,我们能够回到过去呢?
答案也会让我们失望。虽然狭义相对论只是广义相对论的特例,但两者是相通的,广义相对论只是把引力进入狭义相对论中。
广义相对论强调的核心是:物体在时空中都是沿着类时曲线运动,而这个曲线就是物体的世界线,说白了就是物体在时空中的运动路线。
这里强调一点,物体的世界线是时空中的运动路线,而不是空间中的运动路线,两者有本质区别。广义相对论里,时间和空间是一体的,分开讨论是没有意义的。
虽然科学家在广义相对论中确实找到了闭合类时曲线,意味着在不违背广义相对论的情况下,可以回到过去,相当于在四维时空中创造一个闭合的类时曲线,但仅仅是理论上的可能,实际上根本制造不出来。
不过利用广义相对论同样穿越到未来,比如说在黑洞附近逗留一段时间然后返回地球,会发现地球可能已经过去几百年时间了,这一点在科幻电影《星际穿越》里就有出现!