光幻

光幻是“超光速”的名詞，最早由Shinie博士提出，並以此加以推廣，定義形象具體。

基本介紹

• 中文名：光幻
• 簡介：是“超光速”的名詞
• 提出：由Shinie博士提出
• 作用：以此加以推廣定義形象具體

原理

超光速(faster-than-light, FTL或稱superluminality)會成為一個討論題目，源自於相對論中對於局域物體不可超過真空中光速c的推論限制，光速(真空中大約為30萬千米/秒)成為許多場合下速率的上限值。在此之前的牛頓力學並未對超光速的速度作出限制。

相對論里提到了時間倒流的概念,給定一個四維空間,坐標系內兩點的距離為0,在歐幾里得空間中,距離為0的兩點重合,但在四維空間中普遍認為有一個時間軸,即這兩點在空間上重合,但仍有時間距離,即在同一點的兩個不同的時間,這時坐標系內會形成一個類似圓錐的新的空間,俗稱"光錐",即兩點在空間上重合的點在時間上可以進行光傳遞,如果我們在"光錐"內,就稱為"類時",反之則為"類空",時光機就是構造一個閉合類時曲線,實現在時間軸上的反向傳遞,理論上是存在的,但根據計算,此時各個坐標都為無理數,即存在強烈的時空振盪,造成時空不穩定,無法完成傳輸,所以不能實現.

按照愛因斯坦那個著名的能量質量關係式E=mC^2，穿越時間隧道從現在回到過去完全是可能的。1905年，愛因斯坦在“狹義相對論”中這樣解釋一個“奇異”世界：我們所處的宇宙可以看成是一個四維時空，隨著物體運動的速度增快，時間流程將會變慢，空間尺度將會縮短。1915年，愛因斯坦進一步提出他的引力理論，叫作“廣義相對論”。同樣在這個“奇異”世界中，在大質量物體（即強大的引力場）作用之下，時空結構會發生彎曲，時間流程也會變慢。一維時間可以像三維空間一樣發生彎曲。1974年在美國杜蘭大學的提普勒（Frank J Tipler）就曾做過計算，一個質量很大、無限長的圓柱體，若沿著軸心以接近光速自轉，便可讓航天員造訪他自己的過去；同樣的，這也是拖著光線繞著軸，以封閉曲線運動。1991年，美國普林斯頓大學的戈特（Richard Gott）則預測，宇宙弦（宇宙學家認為這種結構是在宇宙大爆炸初期形成）可以造成相似的結果。科學家們研究發現：當宇宙飛船經過重力場時，把重力場的拉力轉換成推力，宇宙飛船在那段時間內，便可以以光速甚至超光速飛行。美國航空航天局（NASA）的專家們已經創立了“時空場共振理論”，這是以愛因斯坦和德國物理學家海森堡的“統一場論”為基礎建立的。其要旨是：藉助電磁、重力、光速和時空共同演變的伸縮性，瞬間跨越時光。但是，就算真能超光速，狹義相對論也提到物體運動速度越快、長度變得越短，越趨近光速、越為顯著，此為“羅倫茲收縮”；而“廣義相對論”也提到，趨近光速會受到強大潮汐重力場的作用。當到達光速時，換作是人的話，恐怕早已不成人形了，不用說超光速了。

作用

可能會實現諸如時間倒流、逾時空穿梭、來到過去或未來等事，不過目前關於此類事件雖有報導，但無法使其重現或被證明，屬於超自然現象。

用例

首先讓我們來看一個新聞，事情發生在2002年4月，標題是“任意穿梭過去未來？美國教授今秋啟動時光機器”。美國康乃狄克大學物理學教授馬利特10歲時承受喪父之痛，他的父親是一名菸民並死於心臟病。因此他一直希望能發明出一部時光機，回到過去提醒父親“吸菸危害健康”。

馬利特便醉心研究黑洞、蟲孔和其它跟時間有關的理論，最近甚至著手製造一部時光機。47年後，馬利特認為自己已找出時光旅行的秘密。他正在製造一部時光機，用來將物體傳送到將來或過去，他聲稱這部機器可以將一個原子以至一個人的任何東西傳送。他希望在秋天能造出時光機的原型，然後著手進行實驗。馬利特計畫在實驗中，用時光機傳送一個亞原子粒子。他認為雷射束光環可以扭曲環內的空間，引力會迫使中子側向一邊旋轉。馬利特說若增加能量，另一個中子將會出現，這粒中子是第一粒中子由未來前來探訪過去的自己。

時空穿梭理論上可行。看來似乎有些荒誕。但導致了這些科學家如此瘋狂的正是愛因斯坦的相對論給他們提供了理論上的支持。愛因斯坦在相對論中指出，在我們的宇宙之中，時間與空間是相互交迭的，當物體的質量與速度不斷增加，其存在的時間和空間也將隨之變化。以前一些實驗，亦證明了它的真確性，其中科學家利用一個粒子加速器把粒子加速到接近光速，便發現這些粒子要比在實驗室放著的其它粒子衰減的慢。

在愛因斯坦的相對論中提到了一種新的空間結構--四維空間，它在我們傳統的三維世界之上又增加了一維，傳統的三維空間論里，我們可以給任何物質以一個相對參照系內的坐標，以表明它的空間位置。這是我們可以理解和接受的，就象理解長寬高一樣。但是在此之上再加一維，我們恐怕難以理解和接受。而愛因斯坦也沒有就此事留下足以讓人充分肯定的說明和“樣板工程”，而相反，他給我們留下了足夠的想像和探索的空間。在愛因斯坦的相對論里，光速是一個非常重要的元素，質能轉換的公式，和尺縮鐘慢以及時光倒流理論等等，光速及其等量數值都有身影在其中。“當我們以接近光速的速度移動時，我們的標尺將會縮短、時鐘將會變慢”愛因斯坦在相對論里為我們描述“當我們以光速移動時，時間將不再流動；而我們開始以超越光速的速度移動時，時光將會倒流！”

光速恆定和光速不可突破是相對論的基石，所以相對論本身否定了時空旅行的可能性

詳細內容

蟲洞介紹

在廣義相對論發表後不久，1935年愛因斯坦就在理論上發現了“蟲洞”--也就是由兩個相連的“黑洞”所構成的時空結構中的“豁口”的存在--一條貫穿空間和時間的隧道。也就是說，只要能夠建造一個穩定的蟲洞，就可以跨越時間和空間。數學家把這種情形稱作“多連通空間”（multiply connected space）。但理論家一直未搞清，蟲洞僅允許光線通過？抑或飛船也能穿行？到了1988年，美國加州理工學院的桑恩和摩立斯終於得出了結論：蟲洞的兩端皆可出入，並非像黑洞那樣是一種單向通道，只進不出；再者，旅行者在蟲洞內僅受到一般的拉力，不像在黑洞中。並且，該大學柏克萊分校的吉普·索恩（Kip Thorne）教授還提出：光找到這樣一個“蟲洞”還不夠，還必須使它的開口時間足夠長，這樣才能讓人有足夠的時間鑽入它。因為根據量子理論，這個蟲洞在強力的作用之下，將於瞬間關閉。有一種假設是利用開斯米效應（Casimir effect）等量子方式向“蟲洞”里灌輸反物質（Otone），這樣就可以延長蟲洞開啟的時間。並且，同樣利用反物質將其“扯大”，鑽出一條長度約為一光年的“時間隧道”。這樣一條“時間隧道”，便是由“現在”通往“過去”的“捷徑”。這需要融合愛因斯坦的“廣義相對論”和量子力學理論，創造出一個全新的量子引力論。著名的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Lab）的科學家已在如何利用蟲洞方面進行開拓。他們對反物質有了更深的研究：一直以來，這種奇怪的反物質只存在於理論之中，而今他們已成功地證明，反物質也存在於我們的現實世界之中。並且得出結論：蟲洞的超強（引）力場，也一樣可以通過反物質來中和。（“正物質”和“反物質”有一很有意思的差別，前者擁有“正質量”，能產生能量，後者具有“負質量”，卻可以吸去周圍的能量。）而實際建造一個蟲洞要分3步：第一步，尋找或建立一個蟲洞，開闢一個隧道用來連線太空中兩個不同的區域。第二步，使蟲洞穩定下來。由量子產生的負能量，蟲洞便允許信號和物體安全地穿越它。負能量會抵制蟲洞變為密度無窮大或接近無窮大。換句話說，它阻止了蟲洞演變成黑洞。第三步是牽引蟲洞。一艘具有高度先進技術的宇宙飛船將蟲洞的入口互相分離開。如果兩個埠都放置在空間中合適的地方，那么時間差將保持恆定狀態。假設這一差值是10年，一名太空人從一個方向穿越蟲洞，他將跳到10年後的未來，反之，太空人若是從另一方向穿越蟲洞，他將跳到10年前的過去。這聽起來像科幻，但已是一個美國宇航局擬資助的真實的研究項目。

甚至還有物理學界權威認為，在我們這個世界裡蟲洞就可能以普朗克長度（約10-33公分）這種極微的尺度下自然存在。雖然這隻有原子核的1/1020那么小，但在理論上，這么小的蟲洞，只需要一束能量脈衝便可將之穩住，接著便可將它膨脹到可資使用的大小。因此，如果已經有某個超文明可以駕馭它的話，那么甚至完全可以在地球表面某一特定區域建造。1979年, 美國和法國科學家利用儀器，在百慕達魔鬼三角附近海底發現了金字塔。其由特殊材質所造，塔底邊長約300米，高約200米，塔尖離海面僅100米，比埃及金字塔大得多。塔下部有二個巨大的洞穴，海水以驚人的速度從洞底流過這裡。也就是說，迄今為止人類在地球上所發現的最大的金字塔位於同處於北緯30度的百慕達三角，這就足以證明百慕達魔鬼三角與埃及金字塔之間存在著讓人意想不到的密切聯繫。從另一方面來考慮，如果未來文明出現了由人工製造的時間隧道，那么必然從遠古至未來在外層空間甚至地球表面某一特定區域存在著時間通道的入口。由百慕達三角區域所發生的大量飛機與輪船神秘失蹤事件，並且恰好又有UFO以及USO頻繁出沒，因此完全有理由將此作為（時間通道入口的）最大嫌疑對象。

蟲洞事件

事實上，此處也的確發生過多起時空扭曲事件：1966年1月6日從阿魯巴島出發的“尤里西斯”號雙桅帆船在百慕達三角神秘失蹤，卻於1990年突然出現在委內瑞拉加拉加斯市郊的海灘上，船上的三個水手的年齡和生理狀況跟24年前並無差異；1955年一架飛越百慕達三角海區時失蹤的飛機於1990年完整無損地飛回原定目的地機場，其中一名飛行員的出生證表明他現在已有77歲，但他看起來只有40齣頭；1954年由洛根和諾頓所乘坐的熱氣球在魔鬼三角地帶神秘失蹤，經多方查找，仍無下落。1990年春在古巴的春季熱氣球比賽中，那隻失蹤36年的熱氣球在消失處又突然出現

對歷史的影響

外祖母謬論

假如技術上的諸多難題都被克服了，時間機器的生產將會打開充滿悖論的潘多拉盒子。關於跨時間旅行最後還有一個悖論至今沒有人可以解決。舉個例子來說，如果一個人真的“返回過去”，並且在其母親懷他之前就殺死了自己的外祖母，那么這個跨時間旅行者本人還會不會存在呢？對於“外祖母謬論”，現今最受物理學界所推崇的解決方案是“多重宇宙”理論——世界不是只有一個，而是有許多平行的世界。

多重世界理論

1957 年物理學家 Hugh Everett 根據量子力學提出“多重世界理論”，認為宇宙從“大爆炸”開始的演化過程上，如分叉路般不斷地分裂為二，歧異點是某件關鍵事件引起的量子轉移，而分出的世界便產生差異，成為多重“平行世界”或“等次元宇宙”。（迄今為止，在理論上又可分為三類：量子力學多宇宙體系、廣義相對論多宇宙體系、渦流增壓多宇宙體系。）並且，近年來物理學家Stephen Hawking 又指出：無數個宇宙通過“蟲洞”相互連結。你回到過去，但那不是你自己的世界，而是和你的歷史相似的等次元宇宙。這樣，即便你打死了自己的外祖母，她在那個世界也的確死了，但當你回到未來時，她依然活得好好的。但是，如果真是這樣的話，那么大量的有關時間倒流的事實證據也就無從解釋了。

照鏡原理

要解決此矛盾，需要創造一個全新的假設——“照鏡原理”。打個比方：我們單憑自己的肉眼就能直接看到自己身體表面的大部分部位，但是不通過鏡子是永遠也無法看到作為產生（自己）視覺感觀的物質基礎的（自身的）頭部，之所以無法看到自身頭部是由於視線受到了空間上的限制。同樣道理，所謂的“鏡子”代表了與歷史相似的“等次元空間”；而“頭部”即代表了歷史中自己的祖先以及過去的自己（作為構建了“現在的自己”存在因素的物質基礎）。也就是說，通過“時間倒流”，時間旅行者的確能夠回到真的歷史中，但由於受到了時空上的限制，時間旅行者是永遠也無法與歷史中自己的祖先以及過去的自己發生直接的接觸與聯繫的。謀殺自己的外祖母只能在“等次元空間”中存在。因此：由於過去的物質，現在的物質，將來的物質在某些性狀的本質上是有所區別的。時間旅行者一旦即將與歷史中自己的祖先以及過去的自己發生接觸，那么作為時間旅行者本人在我們這個世界的歷史中所存在的因素就將消失，就像百慕達魔鬼三角突然神秘失蹤的輪船和飛機那樣，而只能存在於“平行宇宙”中。　這樣，既解決了“外祖母謬論”，同時又為遠古地球的確受到過未來文明影響提供了理論基礎。

理論發展

自從威爾斯提出“時間機器”的構想以來，許多科幻作家都對超時間旅行這一題材感興趣。當然，除了威爾斯的啟發之外，還有很多因素促進了這類科幻作品在本世紀的繁榮。首先，愛因斯坦所提出的相對論根本改變了傳統的時間觀念，使人們意識到時間的非線性，懂得時間可以壓縮和延伸。天體物理學、物質結構學等領域的一系列重要發現，也推動著人類時間觀念的變革。

英國物理學家泰勒指出：“巨觀和微觀的時間概念是迥然不同的”；另一位物理學家弗里特喬夫·凱普拉的解說更簡單——時間“在宇宙不同的部分，流速不同”。據說，在黑洞附近的瞬間，可能相當於地球上的萬古永世。由於我們居住的星球和宇宙其它地方存在不同的規律，可能還有複數的“時間”。這些見解，和科幻作品中對多時軌的描寫有密切關係。“時光倒流”，這種科學上被認為不可能出現、作為論據以否定物體可被加速到比光運動得還快的現象，則為科幻作家所津津樂道。

第一本時間旅行的小說，大概是馬克·吐溫（1835~1910）寫的《一個在亞瑟王廷的康州美國人》（AConniticutYankeeintheCourtofKingArthur,1889），故事是一個人在被擊昏後，醒來時已在古代英格蘭，還遇上了亞瑟王、梅林等人。這故事十分有名，造成類似的“回到過去”式故事風潮不斷，至今不少電視劇在沒題材時都會搬來再用，舊的比如MacGuyver（馬蓋先），新的如EarlyEdition（未卜先知、拯救未來），都乾過這種事。

當時，“前往未來”式的故事不受注目，直到H.G.威爾斯寫出《時間機器》（TheTimeMachine,1895），自從1960改編同名電影后，並將主角改為威爾斯本人之後，“威爾斯駕駛時間機器”的點子一直被重複使用，包括電影AfterTime（兩世奇人，1979，根據KarlAlexander於1976年同名小說改編），還有電視劇LoisandClarke:ANewofSuperman（新超人，1993~96）。 在小說中，我們得到了一個關於時間旅行的定義定義。牛頓將時間比諭為“時間之箭”，只有不斷前進。那么什麼叫時間旅行呢？一般上，是“從當下的時間到達另一個不連續的時間”。《時間機器》的主人翁說：“時間與其他三個向度（長、寬、高）沒什麼不同，只除了們的意識乃沿著它前進。”

（There is no difference between TIME and any of the three dimensions of space except that our conciousness moves along it.）上，我們每一個人都是時間旅行者，不斷往“未來”旅行。 接下來就讓我們看看由無數先驅者提出的各種理論吧。

霍金眼中的時間倒流

假設一個系統從這少數的有序狀態之中的一個出發。隨著時間流逝，這個系統將按照科學定律演化，而且它的狀態將改變。到後來，因為存在著更多的無序狀態，它處於無序狀態的可能性比處於有序狀態的可能性更大。這樣，如果一個系統服從一個高度有序的初始條件，無序度會隨著時間的增加而增大。

假定拼板玩具盒的紙片從能排成一幅圖畫的有序組合開始，如果你搖動這盒子，這些紙片將會採用其他組合，這可能是一個不能形成一幅合適圖畫的無序的組合，就是因為存在如此之多得多的無序的組合。有一些紙片團仍可能形成部份圖畫，但是你越搖動盒子，這些團就越可能被分開，這些紙片將處於完全混亂的狀態，在這種狀態下它們不能形成任何種類的圖畫。這樣，如果紙片從一個高度有序的狀態的初始條件出發，紙片的無序度將可能隨時間而增加。

然而，假定上帝決定不管宇宙從何狀態開始，它都必須結束於一個高度有序的狀態，則在早期這宇宙有可能處於無序的狀態。這意味著無序度將隨時間而減小。你將會看到破碎的杯子集合起來並跳回到桌子上。然而，任何觀察杯子的人都生活在無序度隨時間減小的宇宙中，我將論斷這樣的人會有一個倒溯的心理學時間箭頭。這就是說，他們會記住將來的事件，而不是過去的事件。當杯子被打碎時，他們會記住它在桌子上的情形；但是當它是在桌子上時，他們不會記住它在地面上的情景。

由於我們不知道大腦工作的細節，所以討論人類的記憶是相當困難的。然而，我們確實知道計算機的記憶器是如何工作的。所以，我將討論計算機的心理學時間箭頭。我認為，假定計算機和人類有相同的箭頭是合理的。如果不是這樣，人們可能因為擁有一台記住明年價格的計算機而使股票交易所垮台。

大體來說，計算機的記憶器是一個包含可存在於兩種狀態中的任一種狀態的元件的設備，算盤是一個簡單的例子。其最簡單的形式是由許多鐵條組成；每一根鐵條上有一念珠，此念珠可呆在兩個位置之中的一個。在計算機記憶器進行存儲之前，其記憶器處於無序態，念珠等幾率地處於兩個可能的狀態中。（算盤珠雜亂無章地散布在算盤的鐵條上）。在記憶器和所要記憶的系統相互作用後，根據系統的狀態，它肯定處於這種或那種狀態（每個算盤珠將位於鐵條的左邊或右邊。）這樣，記憶器就從無序態轉變成有序態。然而，為了保證記憶器處於正確的狀態，需要使用一定的能量（例如，移動算盤珠或給計算機接通電源）。這能量以熱的形式耗散了，從而增加了宇宙的無序度的量。人們可以證明，這個無序度增量總比記憶器本身有序度的增量大。這樣，由計算機冷卻風扇排出的熱量表明計算機將一個項目記錄在它的記憶器中時，宇宙的無序度的總量仍然增加。計算機記憶過去的時間方向和無序度增加的方向是一致的。

所以，我們對時間方向的主觀感覺或心理學時間箭頭，是在我們頭腦中由熱力學時間箭頭所決定的。正像一個計算機，我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學定律變成為無聊的東西。無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間。拿這一點來打賭，準保你會贏。

但是究竟為何必須存在熱力學時間箭頭？或換句話說，在我們稱之為過去時間的一端，為何宇宙處於高度有序的狀態？為何它不在所有時間裡處於完全無序的狀態？畢竟這似乎更為可能。並且為何無序度增加的時間方向和宇宙膨脹的方向相同？

在經典廣義相對論中，因為所有已知的科學定律在大爆炸奇點處失效，人們不能預言宇宙是如何開始的。宇宙可以從一個非常光滑和有序的狀態開始。這就會導致正如我們所觀察到的、定義很好的熱力學和宇宙學的時間箭頭。但是，它可以同樣合理地從一個非常波浪起伏的無序狀態開始。在那種情況下，宇宙已經處於一種完全無序的狀態，所以無序度不會隨時間而增加。或者它保持常數，這時就沒有定義很好的熱力學時間箭頭；或者它會減小，這時熱力學時間箭頭就會和宇宙學時間箭頭相反向。任何這些可能性都不符合我們所觀察到的情況。然而，正如我們看到的，經典廣義相對論預言了它自身的崩潰。當空間--時間曲率變大，量子引力效應變得重要，並且經典理論不再能很好地描述宇宙時，人們必須用量子引力論去理解宇宙是如何開始的。