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时间旅行可能吗？

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每个人每时每刻，都不断地从过去经由现在，走向未来。你是否想过，能不能用比别人更快的方式去未来旅行？比如说能不能现在就去看看1万年后的地球是什么样子？漫游未来，在原则上是可能实现的。发现这一点，是狭义相对论的功劳。狭义相对论建立在两个假设之上：光速不变原理——光在真空中的速度对每个观测者都一样；相对性原理——不能探测绝对运动。光速不变这样令人吃惊的事实，会导致令人吃惊的推论。让我们想象有一架“光子火箭”，正在以接近光速的速度与我们擦肩而过。这时，我们会发现，光子火箭上的时间变慢了！为了弄清楚“钟慢”效应，我们来设计一种简单的“光钟”：光线在两面镜子之间反射，一个来回算作一个时间单位。假如光子火箭上有一只这样的光钟，那么我们发现光钟在运动，可是光的速度不变。于是光的路径变长，光钟的周期也相应变慢。进一步，相对性原理告诉我们，变慢的不仅是这只简单的光钟，火箭上的所有钟在我们看来都变慢了。否则，光子火箭上的乘客不向外看，只凭时钟速度的不同就能测出火箭的速度，这是与相对性原理矛盾的。由于“钟慢”效应，光子火箭就成了漫游未来的交通工具。假如一对年轻双胞胎中，哥哥坐上光子火箭旅行，而弟弟在地球上等他回来。当弟弟成为白发苍苍的老人时，会发现返回地球的哥哥还是像出发时那么年轻。而哥哥并没感觉旅行花费很长时间。也就是说，哥哥漫游到了未来！这被称为“双生子佯谬”。好奇的读者可能会问：既然运动是相对的，火箭上的哥哥认为弟弟也是运动的。那么为什么不是弟弟更年轻呢？这是因为，哥哥从离开到返回，中间必须经过一个改变速度的阶段。在这一瞬间，哥哥会发现弟弟迅速变老！尽管从原理上是可能的，当代技术还难以实现时间旅行：比如飞机的速度只有光的一百万分之一。坐飞机环球旅行，造成的“钟慢”效应只有一千万分之一秒（同时还有同样数量级的广义相对论效应）。制造“光子火箭”，让人直观地感受时间，目前还远不能实现。

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更新时间：2024-01-01 08:04:02
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