英國科學家用數學導出的一場時空旅行

【本刊訊】英國哥倫比亞大學(University of British Columbia, UBC)研究員經嚴謹調查,提出關於時間機器的可行數學模型。UBC的數學與物理講師堤普特(Ben Tippett),其專攻愛因斯坦的廣義相對論(theory of general relativity),在授課之餘也鑽研黑洞與科幻作品。堤普特以數學與物理創造闡述時間旅行的公式,並於近期發布關於時間旅行可行的研究。

自威爾斯(HG Wells)於1885年發表《時間機器》(Time Machine)一書,人們開始對時間旅行感到好奇,而科學家也試圖解決理論中的疑問、或對其提出質疑。愛因斯坦於1915年提出廣義相對論,並表示時間與空間的扭曲造成重力場(gravitational field);逾百年後的今天,國際物理研究機構團隊── LIGO藉偵測數十億光年外的黑洞碰撞偵測到重力波(gravitational waves),進而確認了愛因斯坦的理論。

人們將空間分成三個維度,並將時間獨立成一個維度的作法顯然不太正確,堤普特表示應將第4維度與其他3個維度想成不同的方向、並形成一個時空連續體(spacetime continuum),而根據愛因斯坦的理論,時空曲率(curvature)也解釋了行星的軌道彎曲。

在平坦無彎曲的時空裡,各星球朝直線方向前進;若是在質量較大的星球附近,時空幾何(space-time geometry)將會彎曲、附近星球的軌道(trajectories)曲率也會隨巨大星球彎曲、繞轉。時空表面中的「時間」亦有曲率,證據顯示當我們離黑洞越近、時間過得越慢,而堤普斯的時間機器模型利用彎曲的時空,將時間彎曲成可帶領「旅人」回到過去的圓。

不過,即便這個時間旅行的公式在數學上是可行的,對於是否能製造這個「機器」穿越時空,堤普斯仍抱持懷疑。威爾斯使「時間機器」一詞風行各地,並留給人們對探勘者需要一個「機器」或「盒子」來完成探索的想像。就算數學上可行,實際上要建構這個機器需要所謂的「奇異物質(exotic matter)」來將時空彎曲。研究中,堤普斯創造一名為「非因果性時空逆行(Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time, TARDIS)」的模組,時空泡泡(bubbles of space-time geometry)於圓形軌道運行時以高於光速的速度在時空中移動,使其能往過去回溯。

時空研究令人著迷,卻也問題重重,但堤普特表示利用數學與物理來想這件事情是很有趣的,打從1949年起就有專家以數學探索時間機器,而此次研究的模型將會是一個嶄新的實踐方法。


新聞來源:Benjamin K Tippett and David Tsang, Traversable acausal retrograde domains in spacetime, Classical and Quantum Gravity, 2017.

沒有留言:

張貼留言