时间旅行可能吗？

时间的概念是物理学中最神秘的概念之一。在每个人生命中的某个时刻，他们可能会思考穿越时空的可能性，无论是回到过去还是未来。是否有可能穿越时空，向后或向前？

前向时间旅行

阿尔伯特爱因斯坦曾经问过如果你追逐一束光会发生什么。使用经典物理学模型，科学家们相信光速将与您的速度和位置有关。例如，如果你在车里（假设没有摩擦力或没有方式表明你在移动），车外的世界看起来就像在靠近你和远离你。令人惊讶的是，计算汽车的速度或车外物体向您移动的速度会得出相同的答案。

如果您碰巧与另一辆以与您完全相同的速度行驶的汽车并驾齐驱，那么看起来另一辆汽车似乎是静止的。因此，物体的速度和位置取决于您的速度和位置。根据经典物理学，这也适用于光。如果你可以追逐一束光并以与光相同的速度移动，它就会看起来是静止的。您会将光速测量为零。然而，事实证明这根本不是它的工作原理。相反，无论您的位置或速度如何，光速都保持不变。

此外，无论发光物体的移动速度有多快，光速都保持不变。这似乎违反直觉。例如，如果您在一辆以 30 公里/小时的速度行驶的火车上以 1 公里/小时的速度跑下火车，则这两个值加在一起，意味着您实际上以 31 公里/小时的速度行驶。光不会这样。相反，光速保持恒定在 300,000 公里/秒。如果火车以 30 公里/小时的速度行驶，同时发出一束光，那么无论火车的速度如何，该光束都会以 300,000 公里/秒的速度运动。你移动得越快，你的时间就越慢。这似乎令人困惑，而且绝不容易理解。

然而，假设您在阅读本文时坐着不动，您的身体就存在于三维空间中。您目前居住在具有相应 x、y 和 z 坐标的某个位置。在物理学中，时间 (t) 构成了我们宇宙的第四维。因此，您目前存在于四个维度中。现在想象你在外太空，一动不动。当你保持静止时，你不会在三个空间维度中的任何一个内移动。现在想象您开始移动，但只是在 x 方向上。当你这样做时，你的整个动作都集中在那个方向上。

现在假设您改变方向并在 x 和 y 方向之间移动。您的运动现在被分成两个不同的维度。如果你停止移动，你将再次不在任何空间维度内移动。然而，你 你仍然在四个维度之一移动：你仍然在穿越时间。就像你的运动如何从一个空间维度转移到另一个空间维度一样，你在时间上的运动在通过空间维度时也可以转移。你移动得越快，你从时间维度转移到空间维度的运动就越多，从而减慢你自己的时间流动。越接近光速，时间流逝就越慢。幸运的是，我们在日常生活中几乎没有注意到这种影响。时间膨胀的影响只有在以接近光速的速度移动时才会变得明显。

如果你要达到 100% 的光速，时间就会完全停止，因为你的整个运动都集中在远离时间维度的地方。有趣的是，因为它需要能量来加速，所以它' 有质量的物体实际上不可能达到光速。那是因为，正如爱因斯坦用他著名的 E=MC^2 方程所示，能量和质量几乎是一回事。当你接近光速时，你的质量会增加。有质量的物体需要无穷大的能量才能达到光速，而光速又需要无穷大的质量。因为物质/能量既不能被创造也不能被消灭，所以有质量的物体永远无法达到光速。我们能做的最好的事情就是将粒子加速到光速的 99.99%。

如果你以某种方式接近光速，时间的流动就会开始变慢。但是，时间的流逝对于任何不动的人来说都是一样的。你会旅行到未来，而其他人会继续以他们正常的速度穿越时空。穿越到未来是可能的，但这需要你把一切都抛在脑后。

重力与时间

就像你的速度如何影响你的时间流逝一样，引力的强弱也决定了你的时间流逝。物体越大，该物体的时间流逝就越慢。尽管引力时间膨胀的影响对地球上的我们来说微不足道，但它们足够重要，以至于轨道上的卫星需要每天重新校准，以解决轨道上的时间移动速度略快于地球上这一事实。就连国际空间站上的宇航员体验比我们在地球上体验的时间流更快的时间。

这到底是怎么发生的？为什么重力会有这种效果？阿尔伯特爱因斯坦通过证明引力是空间的扭曲来改进我们对引力的看法。例如，由于质量大，太阳会扭曲它周围的区域。行星留在轨道上是因为它们沿着空间的曲率运行。尽管没有爱因斯坦设计的复杂数学就没有简单的方法来解释它，但有一种方法可以将它形象化，而不会使事情变得过于复杂和数学化。

想象一下，你在一艘宇宙飞船里直视着一颗星星。如果你和星星之间没有任何东西，那么星星发出的光会直线传播并进入你的眼睛。现在想象在你和恒星之间有一颗行星。因为重力是空间本身的扭曲，所以光束现在必须绕着空间的曲率传播才能到达你的眼睛。如果没有行星和引力场，光现在将需要更长的时间。虽然这个例子在描述引力时间膨胀方面远非完美，但它至少可以给我们一种可视化的方式。

重力对时间的影响在极端引力场下变得最为明显，例如黑洞周围的引力场。作为宇宙中质量最大的天体，黑洞对时间流逝的影响最为显着。如果你想穿越到未来，只需在黑洞周围花点时间。如果你接近一个黑洞，黑洞外的任何人都会观察到你的时间变慢了。另一方面，你会观察到黑洞之外的一切都在加速通过时间。

向后的时间旅行

回到过去与向前旅行是一个截然不同的概念。穿越到未来是可能的，但科学家们不知道是否可以进行逆时旅行。目前，唯一理论上的时间倒退方式是通过虫洞。虫洞是时空两点之间的理论桥梁。不幸的是，没有证据表明虫洞存在，即使存在，它们也会非常小，以至于无法使用虫洞。即使你以某种方式扩大虫洞以穿过它，完成这样一项任务所需的能量也会导致虫洞坍塌。

假设您能够以某种方式穿越虫洞并回到过去，就会出现其他问题；祖父悖论最为显着。如果你回到过去并在你父亲怀上你的祖父之前杀死了你的祖父，那就意味着你也永远不会出生，因此你永远不会回到过去，因为你不会存在。逆向时间旅行出现了多个悖论，但没有证据表明逆向时间旅行甚至是可能的。