物理學往事 為甚麼說時間膨脹可以穿越未來？

為什麼說時間膨脹即可穿越未來 假設兩個最初同步時鐘的人 其中一人在太空中沿著不同的路徑高速運動 之後再次和地球上的人相遇時 他們的時間將不再相同 你會發現地球上的時間 要比前往太空中的時間快了很多 這種現象就被稱為時間膨脹效應 作為目前世界運行的主要概念 時間的流逝可以讓我們量化物體的演變和運動的規律 這使得時間一度被認為具有絕對性 甚至認為整個宇宙都只有一個時間維度 直到1905年 愛因斯坦狹義相對論的恆空出世 才徹底顛覆了人類對於時間的認知 愛因斯坦指出 時間其實具有相對性 所有物體都有各自的時間 而這究竟是為什麼 假設一個人A以恆定的速度向前直行 每個腳印間的距離全都相等 當走到第二十步時 剛好同時越過了兩棵樹 與此同時 處在不同位置上的另一個人B 也以同樣的速度直線前進 由於位置不同 所導致方向不同 所以他會先越過右側的樹 然後才會越過左側的樹 但對於A來說 由於無法看到B的方向 所以他認為他們是同時經過的這兩棵樹 而對於B來說 由於經過的順序取決於所在的位置 所以B認為A的步伐短於自己 但事實上 他們所走出的速度和距離全都相等 只是由於觀察的方向不同 從而產生了視角問題 假設他們以同樣的方向移動 但這次B經過了一個山坡 對於A來說 B的腳步間距似乎縮短了 方向和表面的不同 都會使其各自感覺對方的步伐縮短 而這便是基本的視覺透視原理 愛因斯坦認為 宇宙是一個複雜思維曲面的時空結構 如果我們將時空想像成二維切片 所有物體的時間都會隨著運動而流逝 宇宙中每個物體都具有兩個運動軸 一個為時間軸 另一個則是與其相垂直的空間軸 假設在時空中 有一個蘋果與我們做同向同速的移動 它看起來就如同靜止狀態 如果蘋果與我們的方向不同 其位置在空間軸上發生了變化 這就是所謂的速度 蘋果也就處於了所謂的運動狀態 而我們和蘋果之間的速度差 就是時間軌跡的角度 對於我們來說 如果兩個事件同時發生 那麼對於其他不同方向的人而言 就並非如此 由於每個物體空間軸的不同 使其各自都有著不同的時空感知 當我們觀察到一個物體在運動時 如果能從不同的角度來感知它的時間軸 那麼它的時間也會將以不同的速度流逝 這便是時間膨脹效應 即時間並非永恆不變 而是在某些情況下影響了時間的流速 那麼 為什麼在星際穿越中 僅僅執行兩年太空任務的庫珀 會比自己的女兒更加年輕 假設有兩個相同年齡的人 一個人留在了地球上 另一個人乘坐飛船在太空中高速前行 當我們將兩人的運動軌跡展開 便會發現 由於飛船在時空中行駛了很長的距離 經過的路徑遠遠大於留在地球上的人 在彎曲的時空中產生了時間膨脹效應 從而使飛船的相對時間變慢 當它返回地球後 就會比留在地球上的人更年輕 而在極端的情況下 時空的斜度甚至處於垂直的狀態 當物體在這裡移動時 從外界看來 這裡的時間似乎處於了靜止狀態 這便是黑洞的世界原理 在空間中 所有物體都可以隨意加速改變方向 但其運動的軌跡 卻被限制在了由時間形成的光錐之內 迫使物體只能從過去走向未來 並永遠無法回頭 對於同一個物體而言 其運動的速度越快 或者所處的引力場越強 都會使其經歷的時間變得越慢 從而在理論上能夠實現穿越未來 但卻永遠無法穿越過去 其實 在時間膨脹效應中 所謂時間的相對性 都是相對於別人 而並非自己