@ 2014.09.03 , 17:04
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澳洲科学家完成时间旅行模拟,解决祖父悖论

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2009年6月28号,世界闻名的物理学家史蒂芬霍金在剑桥举办了一场趴体,香槟美酒应有尽有。霍金邀请了每一个人却无人出席。对此,霍金并不意外,因为他在趴体结束后才寄出邀请函。他说,那是“对未来时间旅行者的邀请函”。这是霍金对自己1992年对时间旅行的不可能性的推测的验证。

然而,霍金有可能错了。最近的实验证实了时间旅行的可行性,至少在数学上是可行的。该研究直接颠覆我们对宇宙的理解,让时间旅行从科幻小说变成理论可行,对基础物理,和量子计算等科学有着重大意义。

封闭类时曲线

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对于时间旅行的争论是因为我们的物理理论中不允许时间旅行。在爱因斯坦的广义相对论中,引力被描述为被能量与物质弯曲的时空。最极端的引力场,如旋转黑洞的引力场,理论上能够弯曲现实,造成时空折回。这样便形成了一个“封闭类时曲线(CTC:closed timelike curve)”,一个能够穿越时空回到过去的回环。

霍金与其他许多物理学家们发现,封闭类时曲线很是可恶,因为任何宏观物体通过封闭类时曲线都会造成悖论,使其崩塌。1991年,理论学家David Deutsch提出,量子尺度下的不确定性原理能够避免造成封闭类时曲线悖论。“这很是有趣,在宏观下会形成悖论,而在量子尺度下,悖论就消失不见了。”昆士兰大学物理学家Tim Ralph如是说。“这会让你去想,是否需要创造一个理论,将广义相对论与量子力学统一起来”


曲线实验

最近,Ralph和他的博士生Martin Ringbauer领导的团队第一次模拟了Deutsch的封闭类时曲线模型,测试并验证了这个20年的旧理论的诸多方面。他们的发现被发表在《自然通讯》上。他们的模拟实验多数围绕着如何解决“祖父悖论”这一问题。“祖父悖论”描述的是,一个人通过封闭时间曲线回到过去,并杀死自己的祖父,阻止了自己的出生。

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祖父悖论

Deutsch对祖父悖论的量子解决方案是这么个原理:

试想,不让人类穿越时空回到过去杀死祖先,而让一个基本粒子穿越时空回到过去,按下产生粒子机器上的开关。如果粒子能够按下开关,那么机器便能发射这个粒子,并让它回到过去;如果粒子不能按下开关,那么机器便无法发射粒子。在这个情形下,没有人能够确切的知道粒子的发射与否,只能知道其概率。Deutsch这一理论的基本原则是将自我一致性放入量子范畴,认定任何进入闭合曲线的粒子必须有让曲线闭合的可能性。因此,回到过去的粒子有一定几率会按下开关,产生自己,使曲线闭合。如果回到过去的是人,那么也必须有可能杀死祖父,有可能杀不死祖父,让曲线有闭合的可能性,从而逃出悖论。奇特是吧,这就是量子力学。

在Ralph,Ringbauer和同事对Deutsch模型的模拟研究中,他们利用了量子对的量子纠缠效应。量子纠缠是宇宙的基本部分,它在时空上同时起效果,所以改变粒子今天的状态也会立即改变相同粒子未来的状态。“我们先同步两个粒子的计划状态,这样当进入曲线的粒子改变状态时,第二个粒子也会改变状态”,Ringbauer这么说。这相当于创造了两个相同的人,一个回到过去,一个留在现在,检测回到过去的人是否会改变现在的人的状态。“当然,我们并没有把任何东西送到过去,只是通过模拟,研究经典量子力学中不允许的东西。”Ralph还说:“这个实验并不能验证Deutsch的模型,除非能够通过真正的封闭类时曲线。

其它理论

Deutsch的模型并不是唯一的。2009年,麻省理工理论学家Seth Lloyd提出了另一个理论,用量子传送和一种名为“选择后”(post-selection)机制解决祖父悖论。2011年,Lloyd与加拿大的同事们成功完成了模型模拟。“Deutsch的理论摧毁了关联性。在他的理论中,时间旅行者在封闭类时曲线中对未来没有任何影响。而我的理论则保存了关联性,时空旅行者能回到过去,那么他就记得过去。”

Lloyd的模型让CTC在信息处理上显得不那么牛逼,不过仍然要高出现今计算机在时空上的表现。“CTC能够帮助处理的问题大致类似于干草垛里找针”,Lloyd说,“不过Deutsch模型下的CTC只能告诉我们为什么会有个干草垛。”

不过,Lloyd承认关于CTC的一切都是猜测。他说:“没有人知道哪种模型是对的。甚至可能都是错的。”当然,他又补充道,也许霍金是对的,根本不会存在时间旅行

本文译自 scientificamerican,由译者 K7419 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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[2] 1 »
  1. chaosfalls
    @3 years ago
    2536374

    @積彧成疾: 衰变就衰变,为什么要把猫放在盒子里啊啊啊啊

  2. Ayahuasec
    @3 years ago
    2533764

    霍金邀请的人在科学实现做到时间穿梭的时候都忘记了曾经被霍金邀请过吧。。。

  3. 2533614

    这不是新理论啊。。。时间简世里介绍过个理论。

  4. purplerain330
    @3 years ago
    2533572

    时间旅行不可能,你跑的超过光速从虫洞回来,你也是需要时间的,t=s/v v无穷大,只不过相当于时间为0了而已,或者你可以往宇宙中直线跑,超过光速,你也只是看见了以前发的电磁波而已,就像有人给远方的亲人寄出信件说某人死了,你顶多能追上信件把信件改成某人没死,但实际上该人还是死了,只不过传递的信息改变了而已
    时空旅行就是好玩,当真的话就输了

  5. 骑王子的河马
    @3 years ago
    2533216

    再努力还是看不懂

  6. 2533167

    标题是完成了时间旅行模拟,解决了祖父悖论;
    文中:
    实验证实了时间旅行的可行性,至少在数学上是可行的;
    1991年,理论学家David Deutsch提出Deutsch模型;
    Ralph和他的博士生测试并验证了这个理论的“诸多方面”(不是全部);
    当然,我们并没有把任何东西送到过去,只是通过模拟
    这个实验并不能验证Deutsch的模型,除非能够通过真正的封闭类时曲线。

    所以说这一切到底有什么意义呢?

  7. 中学生
    @3 years ago
    2533125

    中的世界线??

  8. 2532423

    真心看不懂

  9. 2532347

    我喜欢74楼这数

  10. 2532231

    我的理解,每一个量子现象的产生都会使宇宙发生分裂,时间旅行是你穿越到了另一个平行时空,你杀死了那个时空的你的祖父,所以在那个时空里你是不可能出生的,而这并不影响你存在的那个时空。

  11. 好色猴子
    @3 years ago
    2531947

    @达达: 超音速不能代表超光速也发生同样情况呀?

  12. wills2133
    @3 years ago
    2531925

    薛定谔的祖父

  13. 西贝铭
    @3 years ago
    2531570

    这个道理很简单,任何人都有可能回到过去杀死自己的祖父,现在活着的这些人是回到过去但没有成功杀死自己祖父的人….证明完毕!

  14. 吐司机
    @3 years ago
    2531540

    这与薛定谔方程不一样,通过泡利自旋矩阵和狄拉克方程计算波函数,同时观察波包本征态,不难看出Hellmann – Feynman 定理所描述的对易关系是完全正确的,不确定原理对隧道效应的选择定则证明了这一点,我实在编不下去了……

    [13] XX [0] 回复 [0]
  15. 傻蛋
    @3 years ago
    2531503

    @積彧成疾: 蝴蝶效应剧情?确实觉得自己生不如死?

  16. Jamella
    @3 years ago
    2531497

    deutsch居然还是英语里的姓

  17. 暖暖阳光
    @3 years ago
    2531481

    表示看不懂

  18. 2531471

    这个模拟与思想实验有毛区别,科学还是太嫩了。

  19. 灰谷
    @3 years ago
    2531461

    这不就是薛定谔的猫吗,还拿来祖父悖论扯个蛋啊

  20. 手刀流
    @3 years ago
    2531450

    ………………哦………………我懂了……………………不就是霍金省钱不想开趴体是吧

  21. lansild
    @3 years ago
    2531429

    熵增怎么解决?

  22. 2531392

    标题党+骗经费系列

  23. 吐了一裤子
    @3 years ago
    2531357

    于是人类靠人类对世界的人类式观察建立的理解能力积蓄而成的数学将这个世界全都数学化了,并且声称自己对世界的计算是正确的。

  24. 鸡仔
    @3 years ago
    2531337

    如果回到过去跟太祖奶发生关系,那么回到现在,是什么样子?

  25. 2531278

    看不懂

  26. 2531277

    莫比斯环

  27. Malakh
    @3 years ago
    2531253

    按照石头门的理论就是你无论怎么搞都杀不死你的祖父,他总能大难不死,就算你想爆头也会因为各种各样的偶然导致失败。

  28. 2531242

    结果还不是偷换了概念,如果宏观的自我一致性不能在时间旅行里实现,那时间旅行还有什么意思。我把彩票告诉了以前的自己,发现现在的自己还穷。或者我回去以后变富了,但是我已经没有以前的意识了,根本happy

  29. 一群傻比
    @3 years ago
    2531230

     其实,就算杀死你祖父你也不一定会死~ 因为…

  30. 一群傻比
    @3 years ago
    2531229

     其实,就算杀死你祖父你也不一定会死~

  31. DarthVader
    @3 years ago
    2531221

    记得银河系漫游指南中写到:据说一旦有人弄清楚宇宙和万物的本质 宇宙便会在一瞬间变换成一种谁也无法理解的物质

  32. 魔鬼的步伐
    @3 years ago
    2531201

    量子连观测都难,还在想送回过去,太超前了 吧

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