第20章 《以相对论和量子力学为基础推导时空旅行的理论可行性》

连段大赛一结束，杜木就狂奔到崔妮蒂的图书馆，撞碎了窗户落地一个前滚翻登墙反跳抓住书架猫挂上架。

把正在看书的古关忧吓得书都掉地上了。

“嘶……我的弗洛伦萨血脉怎么突然觉醒了……”杜木挠了挠头，然后从书架上跳了下来。

忧探出半个身子，看了看不远处的图书馆大门，挠了挠头。

她转头看向杜木，指了下大门。

“话密了嗷。”杜木走到忧面前，把她掉在地上的书捡了起来，拍了拍上面的灰尘。

“有没有关于时间方面的书？”

“时间……有的。”忧点了点头。

根据指示，杜木找到并抱过来了与时间相关的所有书籍。

“这些我全部都要借走，还有几本电工和机械方面的书。”

忧看了看小山一般的书，愣了愣神。

花了一个小时记录了所有杜木借的书。

随后杜木大手一挥，这些书都进了他的口袋，大踏步的走向了窗户，翻窗扬长而去。

忧看着他的背影，转头看了看大门，挠了挠头。

杜木回到了沙勒，期间收到了元杰发来的消息。

风纪委员会需要日奈，于是日奈只好先行告退。

佳代子就跟在杜木身边，看他从口袋里倒出数百本书，佳代子也不想吐槽了。

“老师，这是要做什么？”咲走过来问。

“我对外宣称元杰不是没了吗？做戏要做全套，我从图书馆里借书的事情是躲不开崔妮蒂的那些孩子的眼睛的，她们肯定会去问的，这样，我要做什么她们肯定能推理出来。

然后我还要去千年借场地，这样大家都会知道我要做什么，时间到了之后，元杰就能回来了。”

“好麻烦。”

“自己扯的淡，哭着也得整。”

杜木摇了摇头，拿了几本书出发去千年，埃尔文早就在楼下等着了。

他们抵达千年，和优香说明了来意，优香立刻给他们找到了一个十分宽敞的试验场。

然后真理社，工程部，游戏开发部都来凑热闹了。

不过并没有打扰杜木。

“研究时间，首先要明白时间的定义。以目前的物理理论来说，时间是连续的，不间断的，无量子特性的。时间的基本单位是秒，一秒的定义是未受干扰的铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,771个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。”

“但是这对于今天的研究意义不大。所以我们把它放到一边。”杜木把《时间定义》放到了一边。

“我们需要的是这一本。”杜木取出了《狭义与广义相对论浅说》，把它放到了桌子上。

埃尔文看到这篇论文，高兴的睡着了。

做戏要做全套，所以想要研究时间，还是绕不过狭义相对论。

首先是光速不变理论和钟慢效应这两点。

然后是以目前的物理常识来看，物体的运动无法超过光速。

根据爱因斯坦的相对论，任何有质量的物体在真空中的运动速度都不可能达到或超过光速。这是因为随着物体速度接近光速，其相对论质量会急剧增加，所需的能量也趋于无穷大，从而阻止物体进一步加速。具体来说，当物体的速度接近光速时，其质量会增加，要使物体达到或超过光速，将需要无限的能量，这是不可能实现的。

钟慢效应指出，在一个相对我们做高速运动的惯性系中，时间会变慢的现象。这一效应是由?爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论中详细阐述的。钟慢效应表明，当一个物体以接近光速的速度运动时，其内部的时间流逝速度会相对于静止的观察者变慢。?

而光速不变理论则表明在真空中，光速对于任何观察者来说都是一个恒定的值，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。

是不是觉得很难理解？

我们不妨这样看。

你在一列超高速行驶的列车上，你站在空旷的列车中间，拿着两个激光笔。

你和列车相对静止，所以你站在列车正中间，向列车前后两端同时打开了激光笔，在你的观测中，两束激光是同时抵达的列车前后两端。

因为你和列车相对静止。

那么现在，我们以系统外观察者的视角进行观测，观测者站在站台上，列车相对于他做向右移动。他所观测到的激光束却是左边的激光束先到达了列车后端，然后右侧激光再到达的列车前端。

这是因为相对于外部观测者，列车上的你处于高速运动的状态，与你运动方向相同的，向右移动的激光束会比与你的运动方向相反的，向左移动激光束更晚到达列车的墙壁。

而以经典力学中所用的速度相加定理来看，既然光速是以每秒米的速度前进，所以，我们应该以人的速度加上光的速度，来得到在列车上的你用激光笔照射墙壁时激光的速度吗？

按照光速不变理论，光永远以m\/s的速度前进，哪怕是在高速行驶的列车上也是一样。

所以，如果我们把钟慢效应和光速不变理论，以及光速无法超越理论结合——

已知光速不变，假设我以接近光速的速度前进，我观测到的光速依旧是恒定的m\/s，但一定有某些东西发生了改变。

是的，我的时间变慢了。

按照光速不变理论，我以接近光速的速度前进，我观测到的光速恒定，那么相对静止的观测者观测到的我的相对时间就变慢了，可能我以接近光速的速度下前进，时间过去了一秒，相对静止的观测者的时间已经过去了一分钟。

那么，如果我到达了光速，会发生什么？我们大胆假设一下——

我到达了光速，按照光速不变理论和光速无法超越理论，我的时间停止了，或者说，我无法动弹了，因为只要我一动，那么移动的部位就会超越光速，按照光速无法超越理论，这是不能实现的，所以如果我到达了光速，我就停止了运动，我的时间就停止了。

所以，理论上，按照这个理论，如果突破光速的话，是有可能导致时间倒流的。

那么，有没有什么办法可以超过光速呢？

嗯……这就要看现有物理理论答不答应了，它在听到你这句话的时候就已经抄家伙准备把你物理超度了。

所以，想要突破光速，在现有物理理论下是无法实现的，除非……

如果将现有物理理论比作系统，小爱同学的狭义广义相对论便是它的底层架构的其中之一。

想要突破光速，就需要受系统影响，但不在系统之中。

这个问题，我们暂且按下不表，先去探讨另外一个同样重要的东西——

黑洞。

我们都知道，黑洞具有强大乃至恐怖的引力，连光都无法逃逸。

但是，按照爱因斯坦的广义相对论，引力……真的存在吗？

这里我们要提出一个新的概念，即等效原理。

等效原理是引力的最基本的物理性质，在任何一个时空点上都可以选取适当的参考系，使一切物质的运动方程中不再含有引力项，即引力可以局部地消除。

很难理解吗？

那不如我们再举一个例子——

牛顿发现了万有引力，引力可以让你站在地球上，而不是像正当防卫里把火箭推进器黏在屁股上飞上天一样哈人。

在地球上，有一个没有窗户的房间，在房间里，你站在一个体重秤上，此时你的体重为80公斤。

那么我们换一个地方，来，我给你找了一个宇宙飞船，里面也有这样一个房间。

此时宇宙飞船以每秒9.8米的速度向上匀速飞行，你踩在体重秤上，显示体重为80公斤。

这和在地球上一样，对吧。

那么如果根据等效原理，那么我们就可以得出这样一个结论——

引力=加速度。

这是基于等效原理得出的结论。

那么，黑洞能扭曲光，应该也是由于引力，或者等效于引力的加速度过于庞大导致了光的扭曲。

那么，我们再次进行了一个实验，我制造了一个航天器，用坚固有力的大臂把它丢到了太空中，并维持在每秒9.8米的速度匀速向上运动。

此时，我在航天器里射出一道激光。

我瞄准的是我对面墙壁的正中央区域，但实际测量的位置却并不是正中央，而是偏下了一点点。

而我回到地球，也同样使用这个方法去观测激光的落点，与在航天器中测量的结果一样。

但在经典物理学和几何中，两点之间线段最短，此时这个结论被天体物理学打破了，两点之间，变成了曲线最短。

不过也很好理解，地球是个球体，因此其上的任意两点都是曲线的。

不过讨论的重点并不是曲线，而是黑洞啊。

黑洞的巨大质量产生的巨大引力，导致了光在时空中发生了扭曲，我们在星际穿越中看到的那个黑洞其实就是这样的。

那么为什么巨大的质量会产生巨大的引力呢？

我们把引力带入等效原理，就可以得到下面这句话——

为什么巨大的质量会产生巨大的加速度呢？

我们都知道，两个物体速度相等时，重量越大的物体需要消耗的能量也就越大。

我有100公斤，而此时我的助手埃尔文只有70公斤，我们以相同的速度奔跑，他消耗的体力会略小于我消耗的体力。

那么如果我的重量越大，达到了1吨，以同样的速度和埃尔文进行慢跑，我消耗的体力将会高出埃尔文数倍。

可能这样说并不准确。

所以我将引入小爱同学的一个公式——

E=mc2

着名的质能方程。

E：能量

m：质量

c：光速

看出东西来了没？

质能方程告诉我们，物体的质量越大，其能量也就越大。

但依旧没有解释清楚为什么巨大的质量可以产生巨大的加速度这个问题。

我们不妨这样看——

想要模拟地球引力，就需要每秒9.8米的加速度。

如果把地球放大一倍，如果还以同样的转速运动，加速度就会变大，所呈现的就是引力变大了。

因为地球的半径变长了，但是转速没有变化，这就导致了地球的加速度变快了，等效一下，就是地球的引力变大了。

地球的引力变大了，周围的时空也会被这巨大的引力扭曲。

好吧，这很枯燥，我知道。

但快结束了。

我们再设想一下——黑洞是如何形成的呢？

有知道的小伙伴肯定会说，因为黑洞的质量过于庞大导致它向内坍缩，就变成了黑洞。

拟似黑洞也是类似的原理。

原理就是原本分子间的相互作用力导致天体可以维持原本的状态，但如果质量过大导致引力过大，分子间的相互作用力无法支撑如此庞大的力量，就导致了天体向内坍塌，变成了黑洞。

如果以平面来看的话，地球，太阳什么的都是一个个小球，放在床铺上，柔软的床铺会被挤压，这就像是因为引力导致的时空扭曲，不过这并不准确，不过在这里，我们还是用这样的方式进行比喻吧，毕竟好理解。

以四维空间进行模拟的话——

那泰抽象力——！

那么如果依旧以床垫进行比喻的话——

黑洞便是这样的——

一个重量无法想象的小玻璃球把床垫压出了一个空洞，周围的东西都掉进了这个空洞里。

这就是黑洞。

这种扭曲时空的方式，就像是是个时空传送门一样，就是一辈子只能传一次。

那么还有什么办法吗？

比如——

就像之前说的，受系统影响，但不在系统之中的办法——

大概不存在。

是的，这种方法大概并不存在，以目前的物理学来看，应该是不存在的。

而且黑洞的巨大引力，导致其可以进入，但禁止离开——

某种意义上的一方通行了属于是。

所以——

如果——

我是说如果——

以理之律者的力量能不能做到——

打开一个类似于床垫上黑洞的时空图那样的漏斗状的“门”，然后再反过来开启一个反过来的“门”——

我不知道这能不能行。

因为从来没有人试过——

先不说能不能打开这样的门，就算把地球所有的能量加在一起都做不出这样的黑洞。

这能量的要求实在太过庞大了。

不过如果按照黑洞生成的原理，哪怕是个石头只要不断挤压让其向内坍塌应该就可以制作出一个小的可怜的黑洞——

大概连微观宇宙的夸克都需要用显微镜才能看到的以他们尺度上大概是最小的细胞那样大小的黑洞。

你们觉得我在扯淡吗？

是的我就是在扯淡，但这是事实。

黑洞的密度理论上无限大，所以，如果想用石头制作黑洞的后果就是这样。

所以接下来的实验需要理之律者的核心，来制作一个拟似黑洞，或者说是一个拟似黑洞原理的漏斗，然后两个结合在一起，把中间的通道放大到可以通过一个人。

这大概就可以做到时空折叠了。

玩过ttf2的，你知道我在说什么，对吧……

以狭义相对论来说，我们并没有跑赢光。

那我们到底跑赢了什么？

我们似乎什么也没跑赢。

因为即便我们超越光速，时间也不会回去，因为时间不是矢量，时间是标量。

说了这么多，似乎依旧没有说道点子上。

所以接下来，是幻想时间——

如果把我们看到的这个床垫，也就是我们所看到的这个床垫上面，放着各种铁球以及把其他靠近的球都扯进去的这个漏斗状的空洞，也就是抽象的黑洞作为我们能看到的地方。

那么以我们能看到的地方进行发挥，比如——

黑洞的巨大引力——

如果我们把两个黑洞放在一起，中间分割开一定的距离，在黑洞巨大的，扭曲时空的引力下，时空或许会被撕裂。

这就好比我抓着门的两端用力拉扯，于是门被我撕裂开来一样，中间这个被撕开的空缺区域，或许就是能够让我们进行时空旅行的办法。

爱因斯坦在狭义相对论中指出，光速是测量时、空的共同尺子，时、空的变化在此共尺上表现依存规律，即遵从洛伦兹变换。所以，时、空的测量数值是相对于具体惯性系的，如同时性在测量上不是绝对的，相对于某一参照系为同时发生的两个事件，相对于另一参照系可能并不同时发生；长度和时段在测量上也不是绝对的，运动的尺相对于静止的尺变短，运动的钟相对于静止的钟变慢。光速在狭义相对论中是绝对量，对于任何惯性参照系光速都是常量c。

所以我们把时空撕裂开，某种意义上来说，就是把时间和空间一起撕裂开来。

对于空间的测量，我们有空间直角坐标系，这是基于平面直角坐标系xy轴加上了一条z轴高度轴。

那么，在时空上我们也会有一个相应的时间轴，不过这是十分抽象的，因为时间是标量，不是矢量，所以我们只能用一片一片的切片来描述时间轴。

因此，我们可以大胆的设想一下，在时之律者的影响下，时空被扭曲撕裂，然后为了补全这个空缺，我们就需要在时间轴上寻找过去的切片填补这个空缺。

因为未来还没有发生，这就像量子领域中的量子叠加态。

就像薛定谔的猫这个思想实验一样，把猫关进盒子里然后通入毒气，猫会在箱子里形成死亡或存活的量子叠加态，我们并不知道猫究竟是否存活，而打开了箱子进行观测，猫就会从叠加态坍缩为特定状态。

大概意思就是，在事物没有发生或者没有被观测到时，事物的状态是完全随机的。

这也就是为什么，未来叫“未”来。

因此，我们必须将已经确定的结果，也就是过去的时空填补进空缺，使其再次成为一种量子叠加态重新进行观测。

……

七七：不过这只能说是理论上，而且是以我这个大学学的是空气动力学结果论文课题选择的是tm安全气囊的大学生靠tm脑子想出来的，别当真，当真了我就要嘲笑你了，这只是小说。

……

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