时间旅行与曲速引擎 快速穿越时空的科技指南pdf

时间旅行与曲速引擎 快速穿越时空的科技指南 内容简介

科幻小说使时间旅行变得轻而易举。接到了来自阿尔法星球的噩耗来电：没问题，按下曲速引擎，你将会在几分钟之后到达那里解决问题。即将来临的灾难可以避免吗？只要回到过去，在灾难发生前阻止它就OK了。但不幸的是，我们没有生活在科幻小说的世界里，时间旅行和星际航行仅仅是奇思妙想吗？还是真的有实现的可能？

即使是新的物理学也许都回答不了这些问题，但是却提供了一些令人蠢蠢欲动的可能。本书中，艾伦·埃弗雷特和汤姆斯·罗曼将向你解释当今科学对时间和空间的本质的认识。作者用浅显易懂的数学知识讲解爱因斯坦的狭义相对论，理解难度绝对不高于高中生学的代数，接着推移到去未来和回到过去的本质区别，以及回到过去和超光速旅行间的理论联系，他们发现了众多可能的时光机器和曲速引擎，包括虫孔和曲速泡泡……

时间旅行与曲速引擎 快速穿越时空的科技指南 目录

1 绪论/ 1

2 时间、时钟和参照系/ 11

2.1 威尔斯式的时间旅行/ 12

2.2 对时间和空间的测量/ 17

3 洛伦兹变换与狭义相对论/ 23

3.1 麦克斯韦的伟大观点/ 25

3.2 迈克尔逊-莫雷实验/ 26

3.3 相对论的两个原理/ 30

3.4 洛伦兹变换/ 31

3.5 不变间距/ 33

3.6 时钟同步与同时性/ 35

3.7 光障/ 38

3.8 “零质量”粒子与E=mc2/ 39

4 光锥/ 41

4.1 绝对与相对/ 42

4.2 光锥与因果关系：总结/ 46

5 向前的时间旅行与双生子“悖论”/ 49

5.1 时间膨胀和4只时钟的故事/ 50

5.2 双生子“悖论”/ 53

5.3 不变间距与固有时间/ 54

5.4 现实想法与实验/ 58

5.5 通过《夏季之门》最后再看一下前往未来的时间旅行/ 60

6 “出发，回到过去”/ 63

6.1 超光速粒子/ 64

6.2 快子与悖论/ 65

6.3 再诠释原理/ 67

6.4 超光速参照系的一个问题/ 69

6.5 实验证据/ 71

7 时间箭头/ 77

7.1 熵、热力学第二定律以及热力学时间箭头/ 80

7.2 前因、后果及因果时间箭头/ 84

7.3 宇宙学时间箭头/ 86

8 广义相对论：弯曲的空间和翘曲的时间/ 89

8.1 引力与电磁学/ 90

8.2 质量与等效原理/ 91

8.3 重力与光/ 94

8.4 引潮力/ 95

8.5 重力与时间/ 98

8.6 广义相对论/ 100

8.7 广义相对论的三个经典验证/ 102

9 虫洞与曲速气泡/ 111

9.1 虫洞/ 112

9.2 曲速气泡/ 116

9.3 柯拉斯尼科夫管：超光速地铁/ 120

9.4 虫洞、曲速引擎及时间机器/ 122

9.5 “越发奇怪的”悖论/ 126

10 香蕉皮与平行世界/ 133

10.1 悖论的类型/ 134

10.2 信息悖论/ 134

10.3 “精灵球”与聪明的太空船/ 135

10.4 对虫洞时间机器和一致性悖论的重新考虑/ 137

10.5 香蕉皮/ 141

10.6 平行世界/ 142

10.7 “切碎捣烂”/ 151

11 “别总是负面”：奇异物质/ 155

11.1 负能量/ 156

11.2 平均能量条件/ 163

11.3 量子不等式/ 165

11.4 所有完美的物理学都用过镜子/ 168

11.5 量子利息与卡西米尔效应/ 170

11.6 负能量与经典场/ 173

12 勇敢地航向……/ 177

12.1 弯曲与平直/ 178

12.2 虫洞与量子不等式/ 179

12.3 曲速引擎与量子不等式/ 181

12.4 凡·登·布洛克的“瓶子里的飞船”/ 182

12.5 更多关于曲速引擎的问题/ 183

12.6 出路在哪？/ 184

12.7 时间机器的毁灭与时序保护/ 185

13 圆柱体与弦/ 191

13.1 卷曲的宇宙/ 192

13.2 一个“旋转”的宇宙/ 193

13.3 圆柱状时间机器/ 194

13.4 马雷特的时间机器/ 196

13.5 戈特的宇宙弦时间机器/ 203

14 尾声/ 213

附录/ 221

附录1 对伽利略速度变换的推导/ 222

附录2 对洛伦兹变换的推导/ 223

附录3 对时空间隔不变性的证明/ 228

附录4 对x'、t'轴相对于x、t轴的方向说明/ 229

附录5 光钟造成的时间膨胀/ 231

附录6 霍金定理/ 235

附录7 马雷特时间机器中的光管/ 242

参考文献/ 245

索引/ 253

时间旅行与曲速引擎 快速穿越时空的科技指南 精彩文摘

我们人类一直在响应着遥远的未来与宇宙深处的召唤。自从开始了解星星以来，我们一直就在思考，是否能够去那里旅行。长久以来，这些想法为科幻作家挖掘离奇的情节提供了沃土。而天体之间的遥远距离，迫使这些作者虚构了千奇百怪的机器，以便书中的人物能进行超光速旅行（物理学家一般用符号c来表示光在真空中的传播速度，其数值为186000英里/秒，即299792458米/秒）。现在，让我们先讲几个实例，好让你对星球之间的遥远距离有一个概念。最近的一颗恒星比邻星（Proxima Centauri，位于半人马座阿尔法星系），距离我们大约4光年。1光年就是光线在1年里走过的路程，约为6×10 12 英里（9.46×10 12 千米）。所以这颗最近的恒星，距离我们也有24×10 12 英里。即使每秒传播186000英里（约3×10 8 米）的一束光，或者能够以相同速度传播的无线电信息，到达那里也需要4年的时间。

而在更大的尺度上，如我们所在的银河系的跨度，则差不多是10万光年。与我们相邻的星系仙女座星系（Andromeda），距离我们大约为200万英里（3.21×10 6 千米）。按照目前的技术，若只以远低于光速c的速度，即使是向最近的恒星发射过去一个探测器，也要花费数万年才能到达。所以我们对科幻作家早已想象出的各种能够在星际进行高于光速旅行的“捷径”毫不惊讶。否则的话，我们就很难看到科幻作品里面花样翻新的“联盟”或者“银河帝国”了。如果没有这些“捷径”，那宇宙可真是渺无边际了。