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当你问一个孩子如何进行时空旅行时，你会得到一个简单的回答：“用时光机”。
但是问一个物理学家时，你会听到类似于“夸克”或“量子引力”之类的稀奇古怪的词语。你会由此意识到，现代物理学的世界已经脱离了牛顿经典力学的世界（用惯性、动量和传统引力表述）很久了。
无论你是试图纠正过去的错误观念，还是试图理解一本科幻小说，你都需要了解稍多一点的物理知识，至少比高中课本多。
幸运的是，Carlo Rovelli将满足你的需求。
Rovelli是一名意大利物理学家和出色的科普者。他雄踞《纽约时报》当前畅销书排行榜第2位的科普图书《物理学七讲》（Seven Brief Lessons on Physics），向不同年龄段和教育背景的读者深入浅出地介绍了物理知识。
他还撰写了一本关于时空旅行方面的物理概念科普读物。有了它，无论读科幻小说还是科幻聚会上的讨论你都不用犯愁。
狭义相对论
爱因斯坦的狭义相对论决定了时间和空间是不可分离的。该理论的推论是，时间对于每个人是不同的，相反，旅行者的相对时间取决于其在空间中运动的速度。但该理论是“狭义的”，因为它并没有考虑引力的影响。
“时空”是狭义相对论的一个重要组成部分，它增进了我们对宇宙的理解，同时揭示了时空旅行的可能性。
广义相对论
“广义相对论将（1）引力和（2）扭曲的时空联系起来。”Rovell说。
（1）：牛顿经典力学框架中的引力理论描述了物体之间存在引力。然而，牛顿不能解释为什么引力能在物体之间没有物理接触的情况下存在。根据爱因斯坦的广义相对论，引力来自于我们周围的引力场，而引力场时刻与物理世界保持着接触。
（2）：爱因斯坦预言，一个大质量星体表面的时间将流逝得更慢。“设想一个无限延展的蹦床，如果你放一个大质量的球在上面，蹦床将产生一个深谷。质量扭曲了时空，时间在大质量物体附近流逝得更慢。”Rovelli说。
时空
时空是“延续”和“存在”的精确表述，因为时间与观察者的运动有关，而速度对于每个观察者是不一样的。
时空概念来自爱因斯坦的狭义相对论，但是广义相对论使我们认识到，时空受引力的影响。
量子力学
量子力学的核心是回答一个问题：“如果我们深入到微观世界中，那个世界的物理规律是什么？”物质由原子构成，原子由质子、中子和电子构成。但是量子力学研究更小的粒子。这些粒子被称为”量子”。
量子引力
如同量子力学揭示了微观世界的规律一样，圈量子引力旨在对爱因斯坦的广义相对论进行推广。圈量子引力理论（尚未被证实）认为，引力子，一种比最小的原子核小10亿倍的量子，相互作用并结环来生成广义相对论中的引力场。
该理论认为宇宙万物和其中的所有相互作用力，都是极小的量子的排列组合产生的。“就像宁静清澈的阿尔卑斯山湖泊是由无时无刻不在进行运动的水分子组成的那样。”Rovelli说。该理论还认为，任何宇宙中实体都存在某种程度上的不稳定性，由此会引发“量子跃迁”，在不到一秒内改变物质的属性（可能能应用于时空旅行）。
奇点
在黑洞的核心，引力是如此之强，物质被压缩得如此紧密，因此这个区域被称为奇点。奇点被认为是量子力学不适用的区域，但是这尚无法被证实。最近的黑洞距离地球6000光年，即使我们能发射探测器去那里，也没有已知的方法把信息从黑洞中传出。
奇点在宇宙学理论和科幻小说中都是重要的概念，因为它是通向另外一个宇宙的通道。根据圈量子理论，奇点不可能是空虚的，因此量子物理学家相信，奇点可以产生新的宇宙。这被参照“大爆炸”称为“大反弹”。我们的宇宙可能正是这样产生的。
黑洞
“当一颗大质量恒星燃烧殆尽，它开始坍缩，”Rovelli说。“燃烧能量无法制止坍缩。坍缩到一定程度，就形成了黑洞。”
因果律
因果律是一个哲学悖论。它禁止时空旅行，因为时间旅客回到过去并改变过去——比如杀了自己的父亲——会使得时间旅客根本不会存在于这个世界。当然这只是个推论，并且Rovelli相信，当我们找出回到过去的方法时（当然可能我们永远找不到），历史将产生新的分支，使得我们的行为不会影响我们自己。
时间膨胀
根据广义和狭义相对论，时间膨胀是两个观察者以不同的速度运动时观察到的时间流逝速度差异。在某些时空旅行设想中，时间膨胀是通向未来的方法——飞的足够快并持续足够长的时间。但是这样做的代价是，当你停下来时，你很可能不会再见到一个熟悉的人，他们的寿命不可能有你长。
时空旅行可能么？
Rovelli认为时空旅行是可能的，问题在于资金和技术。
“去未来并不被现有的物理理论禁止，这不难。”他说。根据狭义和广义相对论，去未来只需要飞的足够快，或者距离一个大质量物体足够近。
比如，如果你的太空船以光速飞行1年，你会发现地球上的人经历的时间比1年要多。类似地，如果你的飞船能接近一个黑洞（不要掉进去），你的时间会流逝非常慢，这样你也可以去未来。
当然，Rovelli承认，连火星都上不去的人类，目前实现不了任何一个方案。
但是，乐观主义者希望量子力学和圈量子引力的研究在未来能让我们转变自己的状态并旅行到其他时空。或者我们可以控制黑洞，并通过它进入另一个平行世界，在那里我们能控制时间和空间。
至少我们还有梦，不是么。
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本文选自：今日头条 |
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发表于 2018-11-23 21:32:14
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