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德国科学家模拟旋转宇宙中的“时间旅行”

zj2635

2013/02/17

2013年02月16日来源：腾讯科学

腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，虽然我们常在好莱坞大片中看到时间旅行的场面，但现实中物理学家已经开始行动，他们首次演示了“回到过去”的时间旅行会是怎样的情景。时间旅行的可视化演示是相当离奇的画面，科学家在假设宇宙形状的基础上进行时间旅行，这一过程被认为是可行的，这可能会帮助我们理解仍然被笼罩在神秘色彩下的物质（物理定律）因果关系，为探索时间旅行的物理理论铺平道路。

物理学家在广义相对论中发现了可存在封闭类时曲线的时空解，或许我们可利用这些特殊时空进行时间旅行

科学家模拟一个类似地球的球体在哥德尔宇宙中“回到过去”的画面

研究人员使用计算机图形技术，对宇宙中的光线（起源）进行跟踪，这一成果不仅应用于时间旅行的研究，也可协助科学家对远古星系光线的研究，这些光在宇宙中穿梭了百亿年才抵达我们的望远镜。在爱因斯坦的广义相对论方程中，我们推出了宇宙时空曲率，进而得到引力场方程，科学家发现在许多“假设宇宙”中允许时间旅行的发生，比如旋转宇宙模型。

早在1949年，新泽西州普林斯顿高等研究院科学家哥德尔发现了爱因斯坦引力场方程的神秘解，当处于解赋予的“旋转宇宙”中时，物体运动可沿着一条封闭的曲线进行，即“封闭类时曲线”，它可描述伪黎曼流形中粒子在时空中运动的世界线（四维时空中的轨迹）。曲线定义下的粒子可通过时间循环而回到原来的空间中，当然“封闭类时曲线”并不是一种时间机器，它不能带你回到过去，但如果沿着这条奇异的路径，你将会前往未来的时空，然后在回到原点，恢复原来的时空状态，这就有点儿像你向左转后发现自己回到了上个星期。

依据哥德尔宇宙（整体旋转宇宙）中存在的奇怪路线，科学家认为我们似乎可以“超光速”旅行，然而我们现实中的宇宙可以想象为在大质量天体周围围绕着“看不见的曲线”，如同蹦床上的保龄球。哥德尔宇宙具有一个无限宽的旋转中心轴，以及无限长的物质分布，这个理论已经在过去从数学的角度进行了研究，但该团队的理论物理学家沃尔夫冈·施莱希第一次对该情况进行了可视化预见。科学家使用射线来跟踪模拟一个类似地球的物体处于圆柱状旋转宇宙中所发生的情景，通常情况下，射线跟踪可绘制一条从虚拟摄像机到三维空间的直线。

哥德尔宇宙存在两个不同的特点：第一，由于哥德尔宇宙是一种整体旋转式的时空，光线在其中以螺旋态移动；第二，旋转宇宙的外部“线速度”比内部要快，因此这里就存在一个逻辑上的半径，可以满足运行速度超过光速，但是光线不能穿过图3中的中轴线，这样类似地球状的物体就像一面镜子的对称镜像，将光线反射回中心。此外，对光线的控制还可以取得一些奇怪的效果，在地球前部的光线呈现出扁平状，来自地球后面的光线被圆柱形的地平线所反射，这样前后光线抵达就会出现时间差，这就是对“过去”的可视化成像。

其中最引人注目的是，你可以在不同的时间点上“同时”看到同一个物体的两个可视化图像。根据沃尔夫冈·施莱希介绍：“当研究团队沿着圆轨道移动那个地球时，发现了更多奇怪的现象，在不同的时间点上，许多其他图像也接踵而至，形成类似连贯性的时空扭曲景象。奇怪的是，其中并不涉及现实宇宙中的时间旅行，这只是将宇宙的外观在给定的时间点上进行重新创建。为了将时间旅行进行可视化表达，研究小组将一个球体沿着封闭类时曲线运动，为了简单起见，使用颜色来表示其年龄（时间旅行前后）变化。

科学家们将年轻（未来）的红色球体与年老（过去）的蓝色球体沿着封闭类时曲线进行碰撞，模拟一个物体进行时间旅行时发生的现象，很显然两者接触后红色的球体沿着封闭类时曲线向未来移动，它最终还会进入环路回到过去，即变成蓝色球体所代表的时空，这一过程将往复进行。同时，蓝色的球体则会离开封闭类时曲线，由于它并不向未来移动，因此其颜色继续加深，变成了紫色，代表其处于年龄更老的过去。

从上面这个模拟视频可以看出，似乎物体很难回到未来，但是它提供了关于爱因斯坦理论独特的解，来自马萨诸塞州科技学院研究人员马克斯·特格马克认为我们发现光线跟踪可视化可以深化我们对广义相对论的理论。科罗拉多大学研究人员安德鲁·汉密尔顿也同意这个观点，这个视频让奇怪的时间旅行变得可以理解，但重要的是我们还不知道为什么在我们的宇宙中，时间似乎只向前移动，根据物理定律，我们宇宙中的物体无法在时间轴的前后移动，而可以在空间中自由移动。

从更深层次的角度看，物体的因果关系（物理定律）是宇宙最深的奥秘，而方程中也可能存在因果关系失效的地方，就比如哥德尔宇宙，可能为我们提供了一个新的关于时间旅行的研究途径。我们目前所知的哥德尔宇宙并不是我们现实中宇宙的模型，在这个宇宙时空里，宇宙的旋转可以带动边缘的光线，沿着封闭曲线运动。这与我们宇宙中的黑洞旋转类似，黑洞的引力拖动了周围时空的旋转，形成一个旋转的球体，科学家迈克尔·布塞认为我们期待类似的效应出现于其他时空区域，也可能存在于我们的宇宙中。

模拟时间旅行宇宙可视化技术显示了对光线路径在极端方式下的操作，虽然它们并没有产生封闭类时曲线，但其可以开发成扭曲空间中的光线跟踪等新技术，用于新一代的空间望远镜中。魏茨曼科学研究所科学家乌尔夫·伦哈德认为当远古星光通过大质量恒星或者星系周围时，我们可以探测到它们的信号。

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lcy919752

第1楼2013/02/19

高深,看了下不是很懂

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zj2635

第2楼2013/02/19

我也不是太明白。
lcy919752(lcy919752) 发表:高深,看了下不是很懂

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