人类有可能穿越到未来吗?

穿越到未来是可行的,这不是科幻,不是科幻,绝对不是科幻,重要的事情说三遍。就目前地球上的人类,实际上已经有一部分宇航员完成了穿越,只是时间跨度太小。

穿越到未来的核心概念是时间是相对的。

相对速度

关于相对的概念,最早起源于伽利略。

简单来说你在操场上以10m/s冲刺向终点线,实际上你可以更快。地球公转的速度约30公里/秒,你人在地球上,你可以把地球想象成一辆公交车,公转的轨道就是马路,于是与地球轨道静止的飞船人员就相当于站在马路边上,看到地球车带着你以30公里/秒的速度狂奔而过,并且如果你奔跑的方向正确,你的速度实际上是(30公里/秒+10m/s)。

你看,在宇航员和操场上的人看来,你的速度是不一样的,而且是天朗之别,因此我们在谈到速度的时候一定要说清楚相对于谁的速度。

那么相对时间是什么?速度有高低,在牛顿看来时间是绝对的,大家的时间流速都一样,最多就是不同时区的差别,为什么会出来相对时间呢?

绝对速度

在18世纪之前,科学家的确认为没有相对时间,直到绝对速度的出现,绝对时间与绝对空间被改写了。绝对意味着对于万物来说都一样,而宇宙间的万物都在自顾自的运动,在宇宙中我们无法找到某一物,或某一点,万物相对于它们速度是一样的,反过来,它们相对于万物是一样,也就是说正常情况下只要在宇宙之中,不可能存在绝对静止或绝对的速度,大家都是相对的。

19世纪麦克斯韦提出了描述电磁学的方程,方程有一个解为电磁波波速,推到到最后他发现波速只与两个描述空间性质的常数相关(介电常数与磁常数),按照公式来看,电磁波波速并没有参照物,而光属于电磁波。

于是大家开始找光到底相对于谁,上面我们提到对于不同的观察者来说,速度是不一样的,因为相对性,因此判断光速是否相对于谁,就像是让光在操场上跑,然后从静止与相对光运动的角度去测量它。

迈克逊莫雷实验结果为光速谁也不相对。回到地球车的问题,两束光在地球上同时射出,一束方向垂直于“轨道公路”,另一束沿着“地球车”公转的方向射出,按我们正常理解,公转方向的光存在速度叠加就像上面你的速度为公转速度+奔跑的速度,因此公转方向的光为光速+公转速度,如果到达终点距离相同,那么公转方向的光会先到达终点,然而事实是两束光同时到达,这就实验的原理。

图:迈克尔逊莫雷实验

这意味着光并没有叠加地球公转速度,换句话说无论你跑得有多快,光速相对于你永远都是光速,你永远不能超越它,即光速是绝对的。

同时性

如果光速是绝对的,万物的速度是相对的,那么时间这杆秤就端不平了。只要三者同时存在就一定会出现相对时间,换句话说只要存在相对运动就会出现相对时间,不信我们就举个例子。

你站轨道旁边,一辆列车从轨道驶过,与你有相对运动。此时车厢正中央有一盏灯突然打开,灯光向车厢前和车厢后扩散出去,对于不同观测者来说,他们看到了不一样的事情。

乘客是一个以火车行驶速度移动的参考系,因为光速不叠加参考系的速度,光同时到达车厢前后。

地面上和乘客看到的光是一样的,但是你还看到火车相对于你移动了,因此光会先到达后车厢。

你看同时发生的事,在你们看来却不同时,即同时性被打破了。如果时间不能同步,谈何绝对时间,时间是相对的。

穿越未来

爱因斯坦基于光速不变的原理推导出来狭义相对论,使两个相对运动的坐标系可以进行换算,其中时间上的换算称之为动钟变慢效应,也叫速度时间膨胀。

现在是2020年,如果人类可以达到极快的速度,使时间发生一定的膨胀就可以穿越到未来,具体要多快,我们可以代入钟慢效应公式,t'为地球经历的时间,t为飞船飞行时间,v为飞行速度,c为光速,想穿越多远就要看自己有多快。不过这里忽略了飞船加速与减速的时间,实际情况要更复杂得多,这里就不赘述了。