新理论解释了为什么时间旅行是不可能的
BALI @ 2023.10.27 , 07:05 上午在太空的完全空旷中，光以恒定的每秒299,792,458米的速度自由滑行。没有更多，也没有更少。
当电磁波被迫在围绕物质的电磁场中穿行时，这一切都会发生变化。经过这片泥沼，光的整体速度可以减慢到相对爬行。
我们在光穿过水杯时弯曲的现象中看到这一现象，甚至在彩虹中光波的迷人分离中也可以看到。
虽然物理学家可以使用19世纪关于光和电磁学的方程来描述这种延迟，但他们尚未能够充分捕捉光在不同媒质中速度的突然变化，以物理波的度量方式。
来自坦佩雷大学的三名物理学家提出了一个潜在的解决方案，但在重新考虑光波通过时间和一个空间维度的进展方面的一些相当基本的原理之前。
该研究的第一作者Matias Koivurova现在在东芬兰大学说：“基本上，我找到了一种非常巧妙的方法，在1+1维中推导出标准的波动方程。”
“我唯一需要的假设就是波的速度是恒定的。然后我想，如果它不总是恒定的呢？这证明是一个非常好的问题。”
光的速度 - 或者用它的速记c - 是通过真空传递信息的普遍极限。虽然物质可以有效地减慢粒子的整体旅程，但相对论理论说这种基本属性不能真正改变。
然而，有时物理学需要偶尔梦幻般的飞行，以便探索新的领域。因此，Koivurova和他的同事Charles Robson和Marco Ornigotti放弃了这个不方便的事实，考虑到标准波动方程的一个任意光波可以加速的后果。
最初，他们的解决方案没有太多意义。只有当他们将恒定速度作为一个参考框架重新加入时，一切才会联系在一起。
以速度将一艘宇宙飞船送入太空，其乘客将会与从远处观察他们旅程的观察者不同地体验时间和距离。这种对比是由相对论引起的，这一理论在各种规模上都经过了成功的测试。
通过将加速波框架与恒定的光速相比较，团队对标准波动方程的新颖解决方案的奇怪效果看起来就像相对论所施加的那样。他们的认识对于关于光波在穿越到新媒介时动量是增加还是减少的辩论具有深远的影响。
“我们展示的是，从波的角度来看，其动量不会发生任何变化。换句话说，波的动量是守恒的，”Koivurova说。
无论波是什么，无论是在电磁场中，还是池塘的波纹，或者是一根弦上的振动，都需要考虑相对论和动量守恒定律，因为它们加速。这种普遍性将具有另一个非常显著的，虽然有点令人失望的结果。
无论是我们的勇敢的太空旅行者以光速的一小部分飞向半人马座α，还是他们在地球上缓慢变老的家庭，他们各自的时钟都以被认为是适当的时间。两个时间可能对一秒钟的长度有不同的看法，但每个时间都是他们自己框架内过去年份的可靠度量。
如果所有的波也都经历相对论所提供的适当时间，物理学家认为，任何受波控制的物理学都应该具有严格的，时间方向。这个时间方向不能仅仅为任何一个部分逆转。
到目前为止，这些方程只被求解出单个空间维度(和时间)。还需要进行实验，以查看这种波的观点是否成立。
如果是这样，我们在宇宙中的集体旅程真的是一条单行道。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。