【图片】时空旅行或成现实。【平行宇宙吧】_百度贴吧
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时空旅行或成现实。收藏
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微观世界和宏观世界不能一概而论
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&&&&&穿越时空一直是人们梦寐以求的梦想，在众多科幻小说、影视作品中穿越总是一种必不可少的因素。那么到底可不可以穿越时空呢?科学家给出了许多不同的解释。
&&&&“穿越”到底是什么?
&&&&首先，我们要了解一些什么叫“穿越”。“穿越”在物理学上有一个很形象的名字——时空旅行，或者叫时间旅行，它泛指人或物体进行空间和时间的变化。这里就不得不再提一点：我们的现实世界是三维的，但根据爱因斯坦的相对论观点来解释，我们就可以把时间看做是第四维度，这样就把时间和空间变成了相当于坐标系下两个不可分割的整体，类似于坐标系中长宽高的关系。而时空旅行则是要通过改变时间(尤为重要)和空间来进行“旅行”的，也就是说，我们要跳进第四维度中，然后在跳出来，完成“穿越”。
&&&&虫洞：完成时空旅行
&&&&接下来我们就要进入我们的关键部分，如何才能“跳”出我们的三维空间?现在大部分人的观点是要进行时空旅行，我们必须要通过虫洞。虫洞类似于穿过两座山的山体隧道或者是漏斗中间的细颈部分，但它的定义、发现甚至建造都是一项繁重而艰巨的任务，而不是简单的一条通道。
&&&&虫洞也可以叫时空洞或爱因斯坦-罗森桥，它最早由奥地利物理学家路德维希·弗莱在1916年提出。而1930年爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力方程时，认为透过虫洞可以做瞬时时空转移或时间旅行。
&&&&虫洞的自然产生机制有两种:一、由于黑洞强大的引力能;二、是由于克尔黑洞的快速旋转将时空撕出一些“小口子”。上面两种机制可以理解为，现在我们要破开一张白纸，要么这个物体足够重可以把白纸撑破，要么它有很大的速度可以把白纸撕开。所以一些影视剧中关于主角穿越时必定是由于大量能量涌入一个地方，破开和宇宙这张白纸。
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时空旅行对于的现有好几种不同的见解，比较常见的一种见解是：零维是一个点；一维是一条线；二维是一个面（即有长与宽的属性）；是指一个物体（即有长、宽与高的属性）；是指在三维的基础上加上时间这个属性；五维空间可以理解成这样，打比方，我们现在处在一个四维的空间里，然后将这个三维空间无限缩小为一个点，这时，三维空间加上时间轴，就成为一条直线，而五维空间是由许许多多的三维空间加时间轴的直线构成的。 而时空旅行，就必须从现有的四维空间中跳出来，到达其他维（或者不用这样也行，直接通过某种方式到达某个时间段里），然后再回来历史上的某一时间里，或到达未来的某一时间里，在这个理论上来说，即使回到历史，也不可能对改变历史，就是说历史都不存在了，你就不存在了，你不存在了，又怎么会回去历史中去改变历史呢？如果历史可以改变的话，那么除了五维空间外，还存在。当历史改变时，你所处的四维空间就不是原来的四维空间了，也就是说历史存在多变性的话，在四维空间的每个点上（就是说每个时间上），都有各种可能的情况发生，这时，每个点都可能是射线点，即可能发生的各种可能将会产生不同的历史，也就是说，当历史改变时，你还存在的话（即是说你处在的地方是已经改变了的历史当中），现在你在的空间就不是原来维度的空间了，而是在另一维度空间，而原来维度空间的你还是继续存在的，直到你在做时空旅行时人间蒸发为至，你还都是存在的。 而另一种对时空的见解我觉得也很独物的是：《心慌方。超立方体》这一系列的电影所介绍的时空了，讲述这个五维空间里存在的、重力场迁移、时间加快减慢等各种让人叹为观止的物理现象。
其它观点/时空旅行
如果问一个知道初速和质量的炮弹在空间中的运动轨迹，这没法回答，因为除了3维空间，还有两个因素，在运动中起主要作用：引力和阻力。这个空间是在地球上还是月球上，将有不同结论。使得结论比较准确的方法是用5维来描述空间。同理，温度、压力、密度等等，很多因素都可成为影响科学结论的一维来影响空间。则综合作用下的空间，就是多维空间。而不仅仅限于时间加空间的4维。一些同学显然不知道这个多维空间理论，幻想5维空间或6维空间的一些不可预见的特征。另外，虽然相对论理论支持超过光速，时间倒流，可以进行时空旅行，但此理论的创始人爱因斯坦不承认会发生超光速的运动。还有一些理论，支持超光速运动，但也不支持时空旅行。
实现途径/时空旅行
时空旅行英国著名物理学家斯蒂芬·霍金日前在英国《每日邮报》上发表文章称，时光之旅在理论上是可行的，人类可以打开回到过去的大门和通向未来的捷径。
霍金在文章中提出了三种理论上可行的时空旅行方式。
为了实现时光旅行，霍金首先建议人们接纳时间作为第四维的观念。他举了一个非常简单的例子：当人们驾驶汽车时，向前直行和向后倒车是第一维，向左或向右转弯是第二维，在山路上爬坡和下坡是第三维，那么时间就是第四维。我们怎样才能找到在第四维前行或后退的路径呢？
主要原理/时空旅行
“外祖父悖论”常被人拿来论证时间旅行不可能存在，但有些科学家则不这么认为。
日，澳大利亚昆士兰大学的科学家首次使用两个光量子（光子）模拟了量子粒子在时间中的旅行并对其“一举一动”进行了研究，结果表明，至少在量子尺度上，时间旅行是可以实现的。研究发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上。
科学家们使用光子（光的单个粒子）来模拟回到过去的量子粒子并对其行为进行了研究。在实验中，他们对一个进行时间旅行的光子可能产生的两种结果进行了考察。第一种结果是：“1号光子”会通过虫洞进入过去并同以前的自己相互作用。第二种结果是：“2号光子”会在正常的时空内行进，但会通过虫洞同一颗卡在时间旅行环—封闭类时曲线（CTC，是物质粒子于时空中的一种世界线，其为“封闭”，亦即会返回起始点）内的光子相互作用。模拟“2号光子”的行为使“1号光子”的行为也能被研究，结果表明，时间旅行在量子尺度上可以实现。
操作设施/时空旅行
虫洞虫洞就是五维空间。宇宙万物都会出现小孔或裂缝，这种基本规律同样适用于时间。时间也有细微的裂缝和空隙，比分子、原子还要小的空隙被称作“量子泡沫”，而虫洞就存在于“量子泡沫”中。
人类也许能够捕获某一个虫洞，将它放大到足以使人类甚至宇宙飞船从中穿过，但霍金警告说，不要利用时间机器回到过去，因为这将导致违反基本的因果论。黑洞爱因斯坦提出，世上应该存在让时间慢下来的地方，以及让时间加速的地方。时间在地球比在太空运行慢。造成这种影响的原因是地球的质量。爱因斯坦发现，物质会减缓时间运行速度，就像是河的下游一样。物体越重，对时间的阻力越大。这种惊人的事实为通向未来的时间旅行开启了大门。
霍金认为，时空旅行的天然“交通工具”是黑洞。在银河系中心，拥有银河系中最重的天体——一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞，在自身引力作用下，它被压缩为一个点。距离这个超大质量黑洞越近，遭遇的引力就越强。一旦距离其过近，连光线都无法逃脱，会被吞噬。这样的超大质量黑洞对时间具有显著的影响，令其减缓的速度远远超过银河系中的任何物体。这使得它是台“天然的时间机器”。
霍金想象宇宙飞船能充分利用这种现象。如果某个航天机构正在控制从地球发射的探测器，他们会发现绕轨道运行一圈的时间为16分钟。靠近超大质量黑洞，时间就会慢下来。在这里，引力影响远比地球引力极端。机组人员的时间将会减慢一半。对于原本每圈要耗费的16分钟，他们其实仅经历了8分钟。
影响因素/时空旅行
光速宇宙中存在着速度限制，即每秒钟18.6万英里(约合30万公里)，亦称光速。任何物体不能超越这一速度。以接近于光速的速度旅行可以将你送达未来世界。
霍金说，如果科学家能够建造速度接近光速的太空船，那么太空船必然不能违反光速是最大速限的法则，导致舱内的时间变慢，这样飞行一个星期就等于是地球上的几年，也就相当于飞进未来。
在人类历史上，速度最快的载人飞船“阿波罗”10号，速度为每小时2.5万英里(约合每小时4万公里)，但要实现在时间中旅行，速度大约是“阿波罗”10号速度的27000倍。
太空飞船里面装载着巨量燃料，不断加速，在一周内，它就可以到达外行星。两年后，它可以达到半光速，飞出太阳系。再两年后它将达到光速的90%，远离地球约30万亿英里。发射四年后，飞船就会开始穿越未来。飞船上每度过一小时，地球上将度过两小时。再经过两年开足马力的旅行，飞船将达到其最高速，也即光速的99%。在这种速度中，飞船上的一天，等于地球上的一年。这时，我们的飞船就真正飞入未来了。
英国曼彻斯特大学粒子物理学教授布赖恩·科克斯说：当我们用大型强子对撞机把粒子加速，达到光速的99%，粒子经历的时间，以我们时间的1/7000速率消逝。太空中的数十年，在地球上可能已过去了数万年。
霍金还表示，时间机器只能带人进入未来，不能带人回到过去，因为回到过去违反了基本的因果论。时间1895年，英国科幻小说家威尔斯的经典名作《时光机器》问世。此后，在过去与未来之间穿梭就成为了科学家的梦想。俄罗斯学者日前宣称，宇宙间新次元的发现，时光旅行将可成真。黑洞表面时间几近停滞高度移动即可进入未来
天文物理学家发现，在我们生活的三维空间以外，还有另一个新的次元。这让科学家相信，人类可藉由时光机器的帮助，在地球与黑洞之间来回，到达未来或过去。爱因斯坦曾在广义相对论中，预言重力可以减缓时间流逝，黑洞的重力异常强大，因此在黑洞表面，时间相对于地球来说几近停滞。
如果有一台时光机器能载着人从地球到达一个黑洞的表面，以极高的速度移动，就可以在靠近黑洞之后，不被黑洞的重力吸引而安然返回地球，掉进无限遥远的未来。
但是，美国科学界早已进行过多项相关实验，未有任何显著的成果，有学者指出，人体很难不在黑洞表面撞得粉身碎骨。美国5年内制造超时空引擎几分钟内可飞抵月球
美国航空航天局一直在人造卫星上试验宇宙飞船使用的离子引擎，并取得初步成功。据《新科学家》报道，美国航空航天学会(AIAA)2005年度“核能和未来航空”项目大奖的论文中描述了一种“超时空引擎”，就是让飞船以极快的速度飞行，从而进入另一个空间。安装了这种引擎的飞船，可以在几分钟内从地球飞抵月球，美国方面称如果进展顺利，5年后便能建造测试模型飞船。学者称宇宙存在六维时空强力磁场助力时光穿梭
爱因斯坦提出了所谓的“四维空间”模型。我们所身处的三维宇宙空间也会向第四维(时间轴)弯曲，就好像二维空间的平面向三维空间弯曲，而形成一个球形。把我们所身处的宇宙想象成这样的一颗球，只不过是向时间轴弯曲而不是向Z轴弯曲。我们所处的空间即是球体的最表面，而从表面往球中心点算进去，就是所谓的子空间。事实上，除了利用子空间场外，一些高密度的星体周围的重力场也会将星体压向宇宙中心点(宇宙模型球体中心)。假设从a点到b点距离为1800万公里，飞船的飞行速度为10万公里/秒，那么所用时间就为(秒)。假设从A点到B点距离为9000万公里，那么飞船从A点到B点的速度就是(万公里/秒)。
从结果可以看出，虽然飞船一直以未超越光速的10万公里/秒飞行，但它从A点飞到B点的速度却为50万公里/秒，已经超越了光速。这就是利用时空扭曲和时空跳跃达成的超光速飞行。
“曲速”就是利用强磁场所产生的子空间力场，让光速的物理限制从真实空间移往子空间来计算。过程如图所示分为几个阶段：
第一阶段，飞船在A点起飞并开始加速；
第二阶段，飞船利用强磁场所产生的力场，向子空间跳跃，来到a点；
第三阶段，飞船在子空间飞行，从a点飞抵b点；
第四阶段，飞船取消强磁场，跳跃回正常空间，来到B点。
研究理论/时空旅行
外祖母悖论如果一个人真的“返回过去”，并且在其外祖母怀他母亲之前就杀死了自己的外祖母，那么这个跨时间旅行者本人还会不会存在呢？这个问题很明显，如果没有你的外祖母就没有你的母亲，如果没有你的母亲也就没有你，如果没有你，你怎么“返回过去”，并且在其外祖母怀他母亲之前就杀死了自己的外祖母。这就是“外祖母悖论”。
对于“外祖母悖论”，物理界就产生了平等历史(也叫“平行宇宙”)的说法。相对论相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦(Albert&Einstein)创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本。
史蒂芬·霍金写的《时间简史》里认为即使真的超过光速，也不可能真正穿越时空，时间倒流只是一个，超光速事件将引起时间和空间一系列量子力学上的反应，最终使得穿越时空无法实现。当然，也有的科学家对此持不同意见，而且穿越时空的办法并不止一种。至于历史的轨迹问题也在《时间简史》中有过详细的论述，同样有好几种不同说法，不过总的来说，历史是以随机性即不确定性为主的，并非一切都固定无误。
马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大。马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关。时空的观念是通过经验形成的。绝对时空无论依据什么经验也不能把握。休谟更具体的说：空间和广延不是别的，而是按一定次序分布的可见的对象充满空间。而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的。
1905年爱因斯坦指出，迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的，光速是不变的。而牛顿的绝对时空观念是错误的。不存在绝对静止的参照物，时间测量也是随参照系不同而不同的。他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换。创立了狭义相对论。
狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论，在数学上有各种多维空间，但目前为止，我们认识的物理世界只是四维，即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思。
相对论中，时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空，能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到，时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。运动物理物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，也没有无物质的运动，由于物质是在相互联系，相互作用中运动的，因此，必须在物质的相互关系中描述运动，而不可能孤立的描述运动。也就是说，运动必须有一个参考物，这个参考物就是参考系。
伽利略曾经指出，运动的船与静止的船上的运动不可区分，也就是说，当你在封闭的船舱里，与外界完全隔绝，那么即使你拥有最发达的头脑，最先进的仪器，也无从感知你的船是匀速运动，还是静止。更无从感知速度的大小，因为没有参考。比如，我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态，因为宇宙是封闭的。爱因斯坦将其引用，作为狭义相对论的第一个基本原理：狭义相对性原理。其内容是：惯性系之间完全等价，不可区分。
著名的麦克尔逊-莫雷实验彻底否定了光的以太学说，得出了光与参考系无关的结论。也就是说，无论你站在地上，还是站在飞奔的火车上，测得的光速都是一样的。这就是狭义相对论的第二个基本原理，光速不变原理。
由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式，速度变换式等所有的内容。比如速度变幻，与传统的法则相矛盾，但实践证明是正确的，比如一辆火车速度是10m/s，一个人在车上相对车的速度也是10m/s，地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s，而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情况下，这种相对论效应完全可以忽略，但在接近光速时，这种效应明显增大，比如，火车速度是0。99倍光速，人的速度也是0。99倍光速，那么地面观测者的结论不是1。98倍光速，而是0。999949倍光速。车上的人看到后面的射来的光也没有变慢，对他来说也是光速。因此，从这个意义上说，光速是不可超越的，因为无论在哪个参考系，光速都是不变的。速度变换已经被粒子物理学的无数实验证明，是无可挑剔的。正因为光的这一独特性质，因此被选为四维时空的唯一标尺。
反光速不变原则、好比自动扶梯，比如我在自动扶梯上跑。自动扶梯上身的速度是10m/s、我跑步的速度是10m/s、而我在楼梯上跑的速度依旧是10m/s。但实际上在自动扶梯上的跑步比在楼梯上的跑步速度是得到提升的。到达终点的时间也会缩短。
再比如说一个运动员在跟另一个运动员跑步，其中一个如果在会向前运动的跑道上跑步另一个在静态的跑道上跑步。那么他们的比赛结果显而易见。运动员自身速度并为受到改变、但是他通过外界的助力将速度以及时间结果得到提升并且缩短。我们在参考速度值的时候是否也能通过外界助力使它得到提升。并非是去改变它的原有值而是去改变结果改变它的实际值。
光速不变原理或许是对的。但是超越光速时肯定存在的、无论是车速、船速、飞行速、光速、那些都只是速度的一种表现形态而非绝对值。所以速度是可以得到提升的。光速也不再会是绝对速度。惯性理论根据狭义相对性原理，惯性系是完全等价的，因此，在同一个惯性系中，存在统一的时间，称为同时性，而相对论证明，在不同的惯性系中，却没有统一的同时性，也就是两个事件(时空点)在一个惯性系内同时，在另一个惯性系内就可能不同时，这就是同时的相对性，在惯性系中，同一物理过程的时间进程是完全相同的，如果用同一物理过程来度量时间，就可在整个惯性系中得到统一的时间。在今后的广义相对论中可以知道，非惯性系中，时空是不均匀的，也就是说，在同一非惯性系中，没有统一的时间，因此不能建立统一的同时性。
相对论导出了不同惯性系之间时间进度的关系，发现运动的惯性系时间进度慢，这就是所谓的钟慢效应。可以通俗的理解为，运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。
尺子的长度就是在一惯性系中"同时"得到的两个端点的坐标值的差。由于"同时"的相对性，不同系中测量的长度也不同。相对论证明，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。
由以上陈述可知，钟慢和尺缩的原理就是时间进度有相对性。也就是说，时间进度与参考系有关。这就从根本上否定了牛顿的绝对时空观，相对论认为，绝对时间是不存在的，然而时间仍是个客观量。比如在下期将讨论的双生子理想实验中，哥哥乘飞船回来后是15岁，弟弟可能已经是45岁了，说明时间是相对的，但哥哥的确是活了15年，弟弟也的确认为自己活了45年，这是与参考系无关的，时间又是"绝对的"。这说明，不论物体运动状态如何，它本身所经历的时间是一个客观量，是绝对的，这称为固有时。也就是说，无论你以什么形式运动，你都认为你喝咖啡的速度很正常，你的生活规律都没有被打乱，但别人
可能看到你喝咖啡用了100年，而从放下杯子到寿终正寝只用了一秒钟。广义相对由于惯性系无法定义，爱因斯坦将相对性原理推广到非惯性系。
提出了广义相对论的第一个原理：广义相对性原理。其内容是，所有参考系在描述自然定律时都是等效的。这与狭义相对性原理有很大区别。在不同参考系中，一切物理定律完全等价，没有任何描述上的区别。
第二个原理是光速不变原理：光速在任意参考系内都是不变的。它等效于在中光的时空点是不动的。当时空是平直的，在三维空间中光以光速直线运动，当时空弯曲时，在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。可以说引力可使光线偏折，但不可加速光子。
以上提到光速不变原理、当时空弯曲时，在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。可以说引力可使光线偏折。那么既是说明光速是受到引力影响的、是否可以理解成当光速在脱离地球引力时光速的速更绝对更接近光速、所以光速不变原理也将演变成光速可变原理。
第三个原理是最著名的等效原理。质量有两种，惯性质量是用来度量物体惯性大小的，起初由牛顿第二定律定义。引力质量度量物体引力荷的大小，起初由牛顿的万有引力定律定义。联系着惯性力，引力质量与引力相联系。这样，非惯性系与引力之间也建立了联系。那么在引力场中的任意一点都可以引入一个很小的自由降落参考系。伽利略曾认为才是惯性运动，匀速直线运动总会闭合为一个圆。这样提出是为了解释行星运动。他自然被牛顿力学批的体无完肤，然而相对论又将它复活了，行星做的的确是惯性运动，只是不是标准的匀速圆周而已。
黎曼几何是一个庞大的几何公理体系，专门用于研究弯曲空间的各种性质。球面几何只是它极小的一个分支。它不仅可用于研究球面，椭圆面，双曲面等二维曲面，还可用于高维弯曲空间的研究。就是说如果一种物质以超光速（m/s&一般光速为每秒钟&30万千米）行驶的话，就可以实现穿越时空。时钟佯谬相对论诞生后，曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题---双生子佯谬。一对双生子A和B，A在地球上，B乘火箭去做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦由相对论断言，二人经历的时间不同，重逢时B将比A年轻。许多人有疑问，认为A看B在运动，B看A也在运动，为什么不能是A比B年轻呢?由于地球可近似为惯性系，B要经历加速与减速过程，是变加速运动参考系，真正讨论起来非常复杂，因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论。如果用时空图和世界线的概念讨论此问题就简便多了，只是要用到许多数学知识和公式。在此只是用语言来描述一种最简单的情形。不过只用语言无法更详细说明细节，有兴趣的请参考一些相对论书籍。我们的结论是，无论在哪个参考系中，B都比A年轻。
为使问题简化，只讨论这种情形，火箭经过极短时间加速到亚光速，飞行一段时间后，用极短时间掉头，又飞行一段时间，用极短时间减速与地球相遇。这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响。在地球参考系中很好讨论，火箭始终是动钟，重逢时B比A年轻。在火箭参考系内，地球在匀速过程中是动钟，时间进程比火箭内慢，但最关键的地方是火箭掉头的过程。在掉头过程中，地球由火箭后方很远的地方经过极短的时间划过半个圆周，到达火箭的前方很远的地方。这是一个"超光速"过程。只是这种超光速与相对论并不矛盾，这种"超光速"并不能传递任何信息，不是真正意义上的超光速。如果没有这个掉头过程，火箭与地球就不能相遇，由于不同的参考系没有统一的时间，因此无法比较他们的年龄，只有在他们相遇时才可以比较。火箭掉头后，B不能直接接受A的信息，因为信息传递需要时间。B看到的实际过程是在掉头过程中，地球的时间进度猛地加快了。在B看来，A现实比B年轻，接着在掉头时迅速衰老，返航时，A又比自己衰老的慢了。重逢时，自己仍比A年轻。也就是说，相对论不存在逻辑上的矛盾。弯曲时空相对论问世，人们看到的结论就是：四维弯曲时空，有限无边宇宙，引力波，引力透镜，大爆炸宇宙学说，以及二十一世纪的主旋律--黑洞等等。
相对论应用的几何学并不是普通的欧几里得几何，而是黎曼几何。黎曼从更高的角度统一了三种几何，三角形内角和不是180度，圆周率也不是3.14等等。当空间存在物质时，物质与时空相互作用，使时空发生了弯曲，这是就要用非欧几何。
相对论预言了引力波的存在，发现了引力场与引力波都是以光速传播的，否定了万有引力定律的超距作用。当光线由恒星发出，遇到大质量天体，光线会重新汇聚，可以观测到被天体挡住的。宇宙膨胀不久哈勃发现著名的哈勃定律，提出了宇宙膨胀学说。物理学家们惊奇的发现，宇宙何止是在膨胀，简直是在爆炸。极早期的宇宙分布在极小的尺度内，宇宙学家们需要研究粒子物理的内容来提出更全面的宇宙演化模型，而粒子物理学家需要宇宙学家们的观测结果和理论来丰富和发展粒子物理。这样，物理学中研究最大和最小的两个目前最活跃的分支：粒子物理学和宇宙学竟这样相互结合起来。
最新研究/时空旅行
如果有一名时间旅行者乘坐时光机回到过去并在那里阻止他/她的祖父母见面，那么在未来他自己还能出生吗？
这就是臭名昭著的“外祖父悖论”，人们常常以此来证明时间旅行的不可能性，然而，有一些科学家却有不同看法。
近日，一个科学家小组利用计算机模拟论证了进行时间旅行的光子行为，结果证明，在量子层面上说，外祖父悖论是可以被解决的。这项研究由澳大利亚昆士兰大学的研究团队进行，有关研究结果发表在《自然·通讯》杂志上。
在这项研究中使用了光子——即光的单个粒子来模拟进行时间旅行的粒子行为。通过对光子行为的研究，科学家们揭开了现代物理中一些怪诞的方面。在模拟中，研究人员考察了进行时间旅行的光子的两种可能结局。科学家们想知道这颗光子与更早之前的“自己”之间会发生什么？
在实验中，科学家们利用一种相互紧密关联的、虚构的情景：即假设一颗光子穿越了正常的时空，并与被困在所谓闭合类时曲线(CTC)的虫洞中的另一颗光子发生相互作用。通过对第二颗光子行为的模拟让他们得以获知第一颗光子的行为——结果显示，只要对第二颗光子进行适当的准备，那么就有可能引导第一颗光子发生相应变化。要想在量子层面上进行操作，你必须尽量选用尽可能微小但却能独自存在的粒子，比如说光子。
然而，宏观意义上的时空旅行却会出现严重的悖论问题。在1991年，科学家首次提出这样的想法，即认为时间旅行可以在量子层面上实现，因为量子粒子的行为时无法用经典物理来进行描述的。参与这项最新研究的主要科学家之一蒂莫西·拉尔夫(Timothy Ralph)教授表示：“这种粒子的量子效应难以进行研究，因此这就给了它们足够的空间来回避可能出现的时间旅行悖论。”
这项实验的结果同时也帮助科学家们获得一个更加清晰的认识，即在物理学最大尺度以及最小尺度上分别适用的两大理论体系是如何相互关联的。昆士兰大学的博士研究生马丁·瑞鲍尔(Martin&Ringbauer )表示：“有关时间旅行的话题正好切中我们当下两种最为成功却相互不能兼容的物理学体系的交界面，那也就是爱因斯坦的相对论以及量子力学。”他说：“爱因斯坦的理论从很大的尺度上描述这个世界——恒星，还有星系。而量子力学则是对最微观世界的绝好描述。爱因斯坦的理论暗示了回溯时间的可能性，理论上一名时间旅行者可以顺着一个时空路径回到同一空间中较早的一个时间点——即所谓闭合类时曲线(CTC)。
自从1949年美籍奥地利科特·哥德尔(Kurt&G?del )首次提出这一想法以来便一直困扰着物理学家与哲学家们，因为从经典物理的角度来看毫无疑问这将构成一种悖论。其中就包括所谓的“外祖父悖论”，即认为一名时间旅行者可以回到过去并阻止他的祖父母结婚，从而让时间旅行者自己的出生本身成为不可能。这样一来，这名时间旅行者一开始进行时间旅行这件事也就不可能发生了。
然而此次这项最新研究却认为，这样的互动或许是真的可能发生的，尽管只能是在量子层面上。
万方数据期刊论文
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