引力多大可以扭曲时空?可以实现时空旅行吗?

作者:小夏 来源:小夏工作室 2020-08-01 21:06:02

时间和空间密不可分。 远离时间的空间和远离空间的时间将毫无意义。 时间和空间的本质是衡量我们的标准。 时间是变化的量度,是朝一个方向发展的,也就是说,时间不能倒流; 我们使用“空间”来测量对象之间的位置差异,而使用“时间”来测量位置的变化。 空间是一个相对的概念。 随着空间的变化,会有时间。 否则,我们的世界将没有时间观念。

空间是如何扭曲的

在中学课本中我们都学过万有引力,任何物体之间都有引力的存在,引力大小与物体的质量成正比,与物体之间的距离成反比。也就是说,质量越大、距离越近的两个物体之间的引力就越大。万有引力仅仅解释了宇宙中存在的这种现象,但是没有解释为什么会存在引力这个问题。

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爱因斯坦在1907年迈出了重要的一步,他万有引力引入了他提出的理论之中,这就是提出了我们现在称为等效原理的概念。他指出,当你在往下掉的时候,从某种意义上来说,这个时候没有引力。你往四周看的时候,其他在往下掉的事物看起来都是静止不动的,因为所有的事物都在以相同的速度坠落着。这一效应在空间站中就时刻作用着:宇航员们在空间站中并没有逃出引力的掌控,只不过是空间站无时不刻不在掉向地球中心,与此同时,宇航员也在以同样的速度掉向地球,但是空间站并不会坠落到地表,因为它同时也会在水平方向上高速运动。

1913年,爱因斯坦开始琢磨闵可夫斯基关于时空的想法。他发现,假设时空是弯曲的,并且物体总是试图在弯曲的时空中沿着最短的路径运动,那么就可以得出物体在引力场下如何运动的正确结论。经过近乎疯狂的研究,在1915年11月,爱因斯坦提出了广义相对论,描述了时空如何由于存在其中的物质、能量、压力而变得弯曲。

根据爱因斯坦的广义相对论,时间和空间原本是平直的,任何有质量的物体都会造成时空的凹陷,也就是时空的扭曲。换句话说,就是引力会造成时空扭曲,因此,时空扭曲范围内的物质就会受到影响,改变原本的运动轨迹和时间,向凹陷的中心点汇集。这很好地解释了牛顿万有引力产生的原因。

时间是如何扭曲的

广义相对论中,空间被扭曲的同时,光线也会受到影响,会改变自己的运动轨迹,产生一个弧度,而弧度内外侧的距离是不一样的,根据光速不变原理,我们可以得出一个可怕的结论,在弧度内侧和外侧的时间是不一样的。爱因斯坦说,一个像太阳一样质量大物体,会将光线弯折,从效果上来看,空间弯曲的几何效应就是相当于一面透镜弯折了光线。物体的质量越大,引力越大,造成的空间凹陷就越大,空间曲率就越大,弧度内外侧的距离差距就越大,因此时间差别就越大,也就是说外侧的时间就快于内侧的时间。越靠近质量大的天体,时间也就会变得越慢。在黑洞附近,时间几乎会暂停。所谓“天上一天,地下一年”便是这个道理。

可以实现时空旅行吗

时空旅行如果要实现,根据广义相对论,就需要存在质量无穷大的物体,也就是说需要整个宇宙都在转动,而实际上并不存在这样的整体转动,或者说,是我们目前掌握的科学技术还无法看到。

但是,在1988年,物理学家们发现时空旅行的另一条路径——虫洞。他们证明了,如果一个先进的文明可以创造出某种奇特的能量,那么至少在理论上可能开启“虫洞”。所谓“虫洞”,就是连接时空中不同位置的捷径。一旦开启虫洞,人们就就可以利用虫洞在时空中跳跃前行,实现真正的时空穿越、空间瞬移。尽管离我们得到最终结果还很远,但是爱因斯坦似乎证明了时空旅行是有可能的。

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