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爱因斯坦告诉我们,空间和时间是一回事——时空——的一部分,我们应该像考虑空间中的距离一样愿意考虑时间上的距离。
光速是任何信号所能传播的最快,它为我们了解宇宙其他地方正在发生的事情设定了一个基本限制。这给了我们“因果关系”——效果必须总是在其原因之后发生的规律。对于我来说,回到过去,启动阻止我出生的事件,就是把影响(我)放在原因(我的出生)之前。
现在,如果光速是通用的,我们必须测量它为相同的-299792458米每秒(在真空中)-无论我们移动得多快。爱因斯坦意识到光的绝对速度的结果是空间和时间本身是不可能的。结果表明,移动时钟必须比固定时钟慢一些。你移动的越快,你的时钟相对于你移动的时钟速度越慢。
那么,如果我们要比光走得更快,时间会像科幻小说教给我们的那样倒退吗?不幸的是,加速人类达到光的速度需要无限的能量,更不用说超越它了。但即使我们能做到,时间也不会倒退。相反,谈论向前和向后根本就没有意义了。因果律将被违反,因果观将失去其意义。
爱因斯坦还告诉我们,引力是宇宙扭曲时空的结果。我们越挤越一个空间区域,越是时空扭曲,而附近的时钟越慢。如果我们压缩了足够的质量,时空就会变得扭曲,甚至光也不能逃脱它的引力,于是就形成了黑洞。如果你接近黑洞的边缘——它的事件视界——你的时钟将相对那些远离它的时钟无限缓慢地滴答。
那么,我们是否可以以正确的方式扭曲时空,使它回到自身并及时返回?答案可能是,我们需要的翘曲是一个可穿越的虫洞。但是我们也需要产生负能量密度的区域来稳定它,而19世纪的经典物理学阻止了这一点。然而,量子力学的现代理论可能并非如此。根据量子力学,空的空间不是空的。相反,它充满了成对出现的粒子。如果我们可以建立一个区域,其中允许进出对的数量比其他任何地方都少,那么这个区域将具有负的能量密度。
然而,找到将量子力学与爱因斯坦引力理论结合起来的一致理论仍然是理论物理学中最大的挑战之一。一个候选者,弦理论(更确切地说是M理论)可能提供另一种可能性。M理论要求时空具有11个维度。我们可以使用这些额外的空间维度来实现快捷的空间和时间吗?霍金说,至少是充满希望的。
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