爷爷的浪漫
2019年爷爷去世后,他在世时的一些照片经常出现在我的脑海里。这些图片旋转时间,并以相反的顺序排列。从他在病床上叫不出我的名字,到我小的时候,我比任何人都先和他吃完饭。这些画面在记忆中模糊不清,仿佛从未发生过,又像昨天一样历历在目。你不能追过去。多可悲啊
如果从记忆中选择一幅记忆最深的画面,我会毫不犹豫地选择那个仲夏的傍晚。那时候我刚上高中,放假的最后一天在客厅和爷爷聊天。爷爷奶奶和孙子孙女能聊的话题不多,无非是我对他健康的研究。聊完这些,我们就不说话了,静静地坐在沙发上。突然爷爷对我说:“老二,你看地上茶几的影子!”低头看地面,看到这样一幅画面:傍晚的太阳已经逐渐变得柔和,透过客厅的窗户照进来,茶几在阳光的照耀下在地面上投下一个清晰的影子,影子以肉眼看不到却又看得见的速度缓慢移动。
后来爷爷说了一句我一辈子都记得的话:太阳(河北话,意思是太阳)在落下,影子在动,时间在动。
爷爷1932年出生,日本人小学三年就来了。后来,他自学成为一名木匠和造纸工人。在他的一生中,文学从来没有进入过他的生活,但他说了这样一句关于时间的浪漫的话。
我把原因归结于漫长岁月带给他的智慧。
关于时光旅行
,很多读者都会有这样的疑问:你是在写科普文章吗?其实文章开头的这些话就是我写这篇文章的原因,因为祖父的去世让我开始思考人生和时间。
当了物理老师后,“时间”这个词作为一个基本的物理概念出现在我的教学中。我和同学们聊过牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观。曾经我以为自己很懂时间,甚至可以控制时间,其实不然。
时间这个词之所以引人入胜,正是因为它与生活息息相关。因为时间永不倒流,因为生命有限,我们渴望在有限的时间内获得更高的社会地位,获得更多的物质享受,创造更高的精神财富。整个人类社会,甚至整个生物世界,都在与时间赛跑,在它无法留住的时间里挣扎求生。
人类从未停止探索永生的方法。从秦始皇追求长生不老到基因改造,人们都在苦苦寻找开启永生之门的钥匙。在这条无尽的道路上,有人另辟蹊径,开始思考另一种选择:永生暂时做不到,控制时间,实现时间旅行,也是一件令人愉悦的事情。
穿越时间可以充实生活
我不是生物学家,我不能回答永生的问题,但我可以谈论时间旅行。
所以,现在的问题是:时间旅行可行吗?
回到过去的可行性分析
我也是一个对时间旅行充满期待的人。如果可以,我想做的第一件事就是回去告诉自己一次,珍惜和亲人在一起的每一分钟,改变年轻的脾气,不要留下太多的遗憾。我不知道读者们有没有注意到,当我描述我的视觉时,我实际上是在描述它 时光旅行的一个侧面——回到过去。时光旅行本身是具有两层含义,回首过去和奔向未来。那么我们就有必要针对这两个侧面分别讨论,先从回到过去说起。
时间的物理概念很抽象,指事件发生的先后顺序。这句话太冰冷了,我们可以对比来看一下物理中“场”的概念:场是一种在空间中可以产生力和能量作用的物质。场的概念可以简化成“场是一种物质”。而按照相同的思路我们可以将时间的概念简化为“时间是一种顺序”。
什么是顺序呢?就是谁先谁后的关系,而这种关系又是如何确认呢?只能是发生之后确认,我们想要回到过去,实际上就是要重新调整已经发生事件的顺序,这可行吗?这就好比你在砌一座房子,当已经砌到房顶的时候,你突然觉得地基上的一块砖不美观,你想换一块,这可行吗?相信很多读者心里面已经有了答案,当然可行,只要我推倒重建,或者将原有的砖抽出来就可以了,但是调整时间会像砌房子一样简单吗?
爱因斯坦的狭义相对论给了我们一些思考。接下来我们要谈到一个概念:光速。可能到这里有些读者已经产生了惧意,但是请相信我,我尽我最大的努力让你可以相对容易接受以下的阐述。
狭义相对论是建立在爱因斯坦一个不确定的假设之上:光速不变。

爱因斯坦的相对论打破了绝对时空观
我们先从一个有趣的故事讲起,第一次世界大战期间,一位法国飞行员在2000米的高空飞行,突然感觉耳边有一个黑色的小昆虫,他伸手抓住一看,竟然是一颗子弹。故事的可靠性暂时无法求证,但是其中却体现出物理学一个非常重要的理论:相对性原理。从理论上分析,故事中的场景是有可能发生的,因为一般步枪子弹的初速度约为800m/s,经过一段时间的飞行,在空气阻力的作用下,其速度有可能降到200m/s左右,而一战时的飞机时速达到200m/s也是可以的,所以当子弹速度和飞机速度相当时,子弹相对于飞机是几乎静止的。这就是相对性原理:当两个物体均对地运动时,如果以其中一个物体为参考,另一个物体的相对速度就是两个物体对地速度的矢量差值。
根据相对性原理,科学家认为光速应该也是如此,于是20世纪初,科学家麦克尔逊和莫雷做了一个太阳光的实验,他们设计了个干涉仪,可精确测量光速。开始前两位科学家是这样想的:由于地球的自转,预计在地球不同角度测量太阳光会有不同速度。但是实验结果却让他们大吃一惊:实验数据精确地显示无论在什么角度测量,光速是不变的。
光速不遵循相对性原理,在任何情况下都是不变的,这个有些诡异地结论给了爱因斯坦灵感,于是基于这一点,他写出了狭义相对论。在接下来的研究中,爱因斯坦又发现了一件让人不敢相信的事情:如果光速不变,当物体运动起来后,时间会变慢,运动越快,时间越慢。
下面这张手绘的图像可以比较直观展现出爱因斯坦的思考过程。

速度越快 时间越慢
图中高速行驶的火车内有一个人A,地面上有一个静止的人B,A打开手电的一瞬间,发出光线,光快速到达车厢的另一端。在这个过程中车厢是完全透明的,A和B的视力也是完全正常的,我们分别站在两个人的角度去观察发生的事情。
对于车内的A而言,光线是在一段时间内走过了X1的路程,也就是车厢的长度;对于地面上静止的B而言,光线是在一段时间内走过了X2的路程,也就是车厢的长度加上车行进的距离。请大家不要忘了一个重要的基础:光速不变。也就是说不管是在A看来,还是B看来,光速都是c=300000km/s,如果分别计算时间的话,我们发现在车厢内的A看来,光行进的时间应该是t1=X1/c,而在B看来,光行进的时间是t2=X2/c,很明显可以看出来,X1一定是更小的,所以车内随车高速运动的人A看到光行进的时间更短一些,虽然感觉有些不可思议,但是事实证明,对于运动起来的A而言,时间变慢了!而且我们可以想象的是,A随车运动的速度越大,他相对于静止的B而言,时间就变得越慢!
讲到这里,我们已经了解到了这样的事实:运动的速度越快,时间就会变得越慢。我们再一次放开我们的想象力,车厢运动的速度达到了光速,光线就永远不可能达到车厢另一端,也就是说对于车厢内的A来说,时间就静止了,如果车厢运动的速度超过了光速,那么时光就倒流了!
各位亲爱的读者,您是不是已经有些欣喜了,我们似乎找到了让时光倒流的方法:运动的速度超过光速。可是我们还忽略了一个重要的结论:目前来看,光速不可超越(以后有机会我会详细解释原因)。那也就是说,目前看来,我们不可能让时光倒流。
往事不可追,过去的就过去了。
就像刚才我们举的砌房子的例子,超越光速对于现在的我们而言,就像是为了一块砖推到整个房子一样不现实,如果真的有一天,我们可以超越光速,那么我们为之付出的代价也是不可想象的。
奔向未来的可行性分析
依据爱因斯坦的结论我们来讨论时光旅行的另一个侧面——奔向未来。
狭义相对论表明:运动足够快,就可以将时间变慢。那么我们假想这样的一个情景:伟大的科学家制造出了一种高速列车,速度非常快,几乎接近光速,你登上了这趟列车,随着列车飞速绕地球运动。就是在这个过程中,神奇的事情发生了:因为你在高速运动,你的时间变慢了,而地球上未登上列车的人们一如往常,他们在时间的流逝中忙碌着。
你在列车中兴奋地计时,一个星期后你终于下车了,打开车门的一瞬间你发现,地球已经变了模样,地球上的其他人已经过了100年。是的,你已经穿越到了100年后,你到了未来。
现在,我可以告诉你,奔向未来是可以的。
我们是不是又重新兴奋起来了,但是悲观的现实又一次让我们泄了气。为了实现可以接受的穿越,我们需要达到的速度非常大,而以目前的技术来看,让人类安全达到接近光速,不仅能源是一个巨大问题,人类身体的承受极限也是一个问题。
但是社会在一直发展,科学在一直进步,我们最起码窥到了一种惊喜的可能性,而可能性就代表着希望,我们人类,不就在有限的生命中靠希望活着吗?
写在最后
关于时光旅行的讨论,远远没有结束。
本文也是我或者一部分人的观点,在追求科学真理的道路上,从来就应该有更多的意见碰撞。
越来越多的科学家在提出大胆的假设,在打破既有认知的道路上披荆斩棘,科学永远没有终点,我们更加看重的是勇敢和无畏的求知欲。

和最爱的人在一起就是幸福
用现在的眼光来看,我们无法回到过去,无法改变过去,那么亲爱读者们,希望你们能在有限的是生命中看到更多的美好,找到我们最应该珍惜的东西,往事不可追,最宝贵的在当下。
愿各位理智而幸福。