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关于谷仓的一些思考

时间:2022-02-18 百科知识 版权反馈
【摘要】:我们首先来探讨,为什么超越光速的时光旅行能够回到过去。这种因出现在果之前的必然性称为“因果律”,是自然界的核心概念。在原因出现之前就先看到结果,不但违反因果律,还可能导致各种逻辑上的矛盾。这类的因果逆序矛盾,正是讯号超过光速传播时会发生的情形。别担心,相对论能够完美地解释这一切,而且有扎实的数学计算做后盾。避免这种情况发生的唯一办法,就是排除超光速信号传递的可能性。
超越光速_悖论破解科学史

我们首先来探讨,为什么超越光速的时光旅行能够回到过去。

我会利用第五章谷仓与竿的情境来说明。回顾一下,当你站在谷仓里,看着跑者扛着一支长度收缩的竿,逼近光速向你迎面跑来。对你而言,竿比谷仓短,因此可以同时关上前门与后门,短暂地将竿关在谷仓里。原则上,你甚至可以在竿尾进入之后随即关上前门,再关上后门——因为竿的长度小于谷仓,在竿尾进入谷仓(并关上前门)到竿头抵达谷仓后侧(后门必须再次开启让竿通过)之间,会有一段短暂的时间。在这段一瞬即逝的时间里,你可以关上后门。再重复一次,在你的参考坐标系中,关上谷仓前门之后才关上后门是有可能的。

现在,假使谷仓后门的关闭受稍早的前门关闭所触发,将会如何呢?事件的顺序固定如下:因为前门关上(前因),导致后门关上 (后果)。这种因出现在果之前的必然性称为“因果律”(causality),是自然界的核心概念。在原因出现之前就先看到结果,不但违反因果律,还可能导致各种逻辑上的矛盾。例如,假使我打开开关点亮一盏灯,我的动作就是因,房间获得照明则是果。但假使有另一名观察者以接近光速行经我身旁,在我触动开关之前就已看到灯光点亮。原则上,他可以在看到灯亮之后阻止我开灯的动作。因为根据“同时性的相对性”(relativity of simultaneity)原则,两位以接近光速进行相对运动的观察者,所见到的两个事件之间的时间间隔不但会有所不同,如果这两个事件在时间上靠得够近,有时候两人所看到的事件顺序甚至可能颠倒。这类的因果逆序矛盾,正是讯号超过光速传播时会发生的情形。

为了了解得更透彻,我们再度回到竿与谷仓的例子。还记得跑者看到的是一个压缩变短的谷仓,因此他的竿永远不会完全进入谷仓中。在他的坐标系里(每个部分都跟你站在谷仓的坐标系一样真切),两扇门的开关必须遵循一定的顺序——后门必定要先关上之后,再度开启让竿头通过,接着前门才关上。关门事件只有按照这个顺序才能使竿顺利通过谷仓,同时允许每扇门在某个时刻短暂关上。然而,如果后门只会在前门传来关闭的信号之后才会关上,那么跑者看到的就是事件发生顺序前后错置,果先于因。我们碰到麻烦了。

别担心,相对论能够完美地解释这一切,而且有扎实的数学计算做后盾。设想以下的情境:你建立一个实验装置,当你在地球上打开开关,月球上就会发出一道闪光。光需要费时1.3秒左右才会走完地球到月球间的距离,如果你送往月球的信号是以光速传播,那么你会在2.6秒后在望远镜里看到闪光(所需的时间等于光的往返旅程)。但是,如果你送出的信号传递得比光还快,会发生什么事呢?假设两秒钟之后你就看到闪光,这意味着你从打开开关到从月球发出闪光之间只花了0.7秒(21.3)。这一切听起来完全合理,但相对论却告诉我们在自然界不会发生这个现象。

为了彻底相信这些想法,读者必须自己仔细思考过才行。或者,你也可以直接接受我所说的一切。在搭乘接近光速的火箭前往月球的观察者看来,月球上的闪光在你打开地球上开关之前就出现了。然后他们可以发送一道比光还快的信号给你,告知他们已经看到月球上的闪光。对你来说,它就成了从未来往回传送的信号,使你得以在开关尚未打开之前就收到。然后,你可能就决定不打开开关了。避免这种情况发生的唯一办法,就是排除超光速信号传递的可能性。

这就是为什么物理学家会相信没有任何物质能够传递得比光还快,因为这么一来将导致真正的悖论出现。我认为,这一点已经足以排除第一种时光旅行的方法了。但是沿着类时曲线在时空里绕圈圈的构想呢?


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