从相对论穿越时空到未来星际时间的探索

从相对论穿越时空到未来星际时间的探索

温海龙

（河北省保定市农业科学研究所，河北保定071000）

摘要：可以说，如今人们对空间性质的各种认识还停留在爱因斯坦相对论的基础上，文中通过另一个角度从另一方面对空间的性质做了一些讨论，得出了一些新的看法。得出信息传递需要时间并且具有方向性，并且进一步可以推算出空间上两个不同的点之间的联系与距离成反比。得出正是空间的这一性质造成了相对论中钟慢、尺缩、超光速时间倒流等各种幻像。关键词：穿越时空;相对论;相对同时;幻像;测量问题

根据相对论，如果一种物质以超光速（300000000m/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。等于光速时只能是在所在的时空静止了（相当于时空停止，时间不在流逝！），超过光速时可穿越时空！

这个问题目前科学界还没有定论。史蒂芬·霍金写的《时间简史》里对此做过专门的讨论，霍金认为即使真的超过光速，也不可能真正穿越时空，时间倒流只是一个假象，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。

有人是这样理解相对论的：如果一个钟，以0.5倍声速从原点远去，我们会听到什么现象呢？

于是我们发现，在本地钟1.5秒时，远处的钟报1秒，本地钟3秒时，远离的钟报2秒，也就是我们在忽略测量时间时，误以为远去的钟慢了。而且速度越快，钟慢得越厉害。超过声速我们将追上钟以前发出的声音，也就是先听到钟敲3下，报3点，再听到钟敲2下，报2点，然后听到钟敲1下，报1点，这就是超过声速时间倒流现象！爱因斯坦相对论中钟慢、尺缩、超光速时间倒流现象，都可以用声音试验做出效果！

爱因斯坦自己的理解，速度无穷大，“绝对同时”有意义，但观测速度上限是光速，因此“绝对同时”无意义。

说明爱因斯坦有时候明白相对论是由于光速太慢，引起的测量问题。如果测量速度无穷大，则同时性的相对性问题不存在。对一群盲人来说，测量速度的上限是声速，则爱因斯坦奉献给他们的伟大理论将是声速相对论，但不能因此得出声速最快。

那么，是不是真的如同相对论说的那样，超光速真的可以穿越时空吗？

1正文和分析

下面总结一下，作出以下对穿越时空的探索与思考。穿越时空总共有3种情况：1穿越空间，即到达另一个与本空间不同的并且相互独立的另一个空间。甚至我们可以到一个与我们这个空间完全相同的空间，包空人，物。2穿越时间，离开现在的空间，回到过去的某一个时间点，严格的讲这也算另一种形式的穿越空间吧，这个空间已经不是原来的空间，不过这两个空间存在一一对应的关系。3本空间的时间倒流，即我们所处的空间发生改变，回到过去的某一时间点，这种情况属于穿越时间，这个空间还是原来的空间。

当然上面3种情况都是猜想。不过，根据相对论说得超光速时间倒流穿越时空确不属于上面3种中的任何一个。所以说，这只能算是一种幻像。

下面用下面的实验来说明这一点，来具体分析相对论所谓的穿越时空，时间倒流！

在地球上有AB两个人，在距离地球10万光年远处有个星球乙，上面住着C。在地球上AB用望远镜发现C正在举行婚礼。并且A发现C长的像他妹妹，于是A决定乘宇宙飞船去乙星球看看C。假设此时地球上是西元元年，A用望远镜看到C举行婚礼后立即乘飞船动身前往乙星球。

现在我们请上帝帮个忙，让他在此刻也就是地球上的西元元年，在即将动身的A的飞船

上，和地球上各放一个钟，并且麻烦下万能的上帝在远处的乙星球，在C举行婚礼时在C 星球也放一个钟。然后开始计时，由ABC三人负责观察和记录钟表摆动情况。

为了方便计算和分析，现在我们让A的飞船以光速前往C星球。现在我们分析下当A到达乙星球与C相遇时的情景。根据相对论，速度达到光速，时间会停止。那么此时C星球处于A出发时地球上的时间，即西元元年。而地球上的AB看到C举行婚礼时，其实婚礼已举行了10万年了，因为光从乙星球传到地球需要10万年才被我们看到。所以在乙星球的C 观察的钟表摆过了10万年。再分析A飞船上的情况。,运动是相对的，A从地球到乙星球，也可以看成A不动，乙星球向A飞行了10万光年。我们已经提前规定了，速度是光速，所以当A到达乙星球与C相遇时A飞船上的钟表也摆过了10万年（很多看过的人都表示这里存在歧义，不过话说回来，毕竟谁都没有做过这个实验，究竟对与不对也很难说，所以不妨先把这里的疑惑放一放，继续看下去）。最后分析下现在在地球上B的情况。当然，我们认为此时地球还处于西元元年，即出发那一刻。因为光速时间暂停A到达乙星球不需要时间。可是运动是相对的。A远离B，我们同样可以认为B远离A。既然A的钟表可以摆过10万年，那么在某个角度上我们也可以认为B的钟表也摆动了10万年。我们此时可以再麻烦下上帝处于这个特殊的位置观察这一现象。此时在上帝看来，ABC三个人的钟表都摆过了10万年。那么在上帝看来此时是同一时间。即A到达乙星球与C相遇和地球上钟表摆过10万光年为同一时刻。那么，三人都往前追溯10万年，即C结婚和AB在10万光年远的地球上看到C 结婚时也是同一时间。相对论也说过，同时具有相对性。所以我们完全可以这样认为。也就是在这一角度上地球与远处C星球的10万年前是同一时刻！！！

此时相对论的穿越时空幻像就可以轻易揭开了。如果A飞船速度是光速，那么A到达乙星球与C相遇，那么，那一刻是西元元年，也就是相对论说得达到光速时间暂停了。如果A 飞船速度是超光速，那么A到达乙星球与C相遇，用的时间一定比光速时少，相遇那一刻一定会发生在西元元年之前，这就出现了一个奇怪的现象—西元元年出发，到达目的地时时间确到了西元元年以前！也就是出现了所谓的时间倒流，穿越时空！！！可是，如果把地球上的西元元年与远处乙星球的西元10万年前当成同一时刻，所谓的时间暂停，时间倒流都不存在了。因为那都发生在了上帝在同一时刻放好三个钟表，并同时让三个钟表都开始摆动的那一时刻之后，也就是地球上的西元元年和远处乙星球的西元前10万年这个相对同时之后。按照这种看法，地球上的A如果有瞬间转移的能力，他还可以在看到C结婚时瞬间到达乙星球参加C的婚礼。这依旧不算穿越时空，不算时间倒流，顶多算个穿越距离。

也许，你会反驳，地球跟乙星球是相对的，你可以认为地球上的现在对应着乙星球的10万年前同时发生，我也可以认为乙星球的现在对应着地球上的10万年前同时发生，没错，相对论也说了，同时是相对的，而且在这里似乎确确实实这样对应着，这也正是我们这个空间的本身性质吧。正是空间的这一性质造成了穿越时空时间倒流等各种幻像。

在这个角度上，可以得出信息传递需要时间并且具有方向性，并且进一步可以推算出空间上两个不同的点之间的联系与距离成反比。由此可以得出当距离无限大时两者之间可以认为完全独立。而处于另一个平行空间的任何一点都可以认为与本空间中任何一点有着无限距离，所以在这一角度上可以得出两个平行空间互相独立互不干扰。由此，我们还可以看到穿越时空时一种奇怪的现象。假设存在一个与我们这个空间完全相同的空间。那么我可以在我18岁时到达那个平行空间，而那个平行空间的我可能已经98岁了，也可能我只能看到那个空间的我的第18代单传了。也可能那个空间我还没有出生，甚至我父亲的父亲的父亲也还没有出生。也就是说我可以在这个空间的任何时刻到达那个平行空间的任何时刻。不过，一旦有交集，就产生了联系，就打破了这一现象。比如我18岁时到达那个平行空间，那个平行空间的我15岁了，然后我离开，回到我现在的空间，那么，现在无论我如何努力，到达那个平行空间之后，那个我都会在15岁之后了，除非那个平行空间发生时间倒流。所以说，

这种情况才算真正的穿越时空，这属于两个空间时间的相对同时现象。而根据相对论超光速产生的时间倒流穿梭时空只能是一种假像，根本就是在本空间发生的，没有任何的穿越。

下面说下尺缩效应。根据相对论，在运动方向上速度越快，物体在运动方向上的长度越小，速度为光速时，运动方向上的长度可以认为为0，即变成了一个点。我们还可以做个试验分析下，在运动方向上长度为n的物体以速度v通过空间一点，用的时间是t，那么，他的长度n=vt。如果速度达到光速，那么时间暂停，他可以在运动方向上在同一时刻到达前方的任何位置。不管物体本身的n有多大，我们可以认为他瞬间通过了空间那一点。n=vt 因为瞬间通过，时间我们认为是0，那么n=vt=光速乘以0等于0，即运动方向上变成一个点。我们已经知道时间暂停本身就是一种错觉，那么这个尺缩效应自然也就是一种错觉了。

如果说上面的例子还是不能揭开这个幻像，那么，现在举个现实版的超光速例子来说明这一点，我们来看看著名的双子实验。

时钟佯谬或双生子佯谬

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。

上面中提到了一个超光速现象。其实很好理解。比如我站在地球上用1秒钟原地转一个圈，根据运动的相对性，那么距离我10万光年远处的一个点，如果以我为静止，把我当参照物，相当于它用了1秒钟以我为圆心以10万光年为半径做了一个圆周运动！现在我们就来看下这个运动，在这一秒内，远处那个点从原点到达的直线最远距离也有20万光年，而且中间是连续的，没发生任何瞬移，它相对于地球上的我的的确确做了一个超光速运动，两个实实在在的物体发生着实实在在的超光速现象。

下面我们用相对论讨论下上面的双子实验。

现在只讨论在火箭参考系内火箭掉头的过程。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。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。在火箭掉头过程中，地球相对火箭做着实实在在的相对超光速

运动。根据相对论，超光速会导致时间倒流，回到过去。我们现在就根据相对论，认为在火箭掉头整个过程中地球做着相对火箭的超光速运动，发生了时间倒流，在掉头结束时地球瞬间又回到了现在。这里，就产生了时间差！就如同作为弟弟的毅小川穿越时空回到了秦朝末年，然后活到现在，以千年老妖的身份见到了生活在现代社会的哥哥毅大川。现在回到双子实验上，是地球的双生子A回到了过去，然后让自己多活了几年。所以，我们完全可以这么认为。只是我们知道自始至终A都没有回到过去，只是对B而言，为了方便计算，而引出的。上面的解释是，B认为在掉头过程中，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。这样认为也完全没错。我们自始至终都没看到有穿越时空的发生。而我们也完全可以认为在火箭掉头过程中，A不断的回到过去回到现在，按照微积分来计算，地球方面同时进行着回到过去并瞬间回到现在两种情况，在火箭掉头过程中，如果把A看成时间在均匀变化，那么他的外在表现就是迅速的衰老了。

而这些动钟啊，慢钟啊，迅速衰老啊，时间倒流啊等等这些只不过是我们一厢情愿的认为而已，而站在不同的角度就会有不同的看法，而只要算法正确，那么，不管怎么认为都算是正确的，因为空间中不同的两个点之间可以从不同的角度得到不同的对应关系。虽然可以有多种算法，但是空间中那两点确确实实真实的存在着，当他们产生联系时，按照不同算法得到的结果也必定是相同的。所以，只要我们算法正确，那么我们可以随便对应两点的时间，我们可以让上面的双子实验AB在他们都9岁时让B出发，然后AB就位于了空间中不同的两点了，于是我们可以让B在16岁时对应A的17岁，B在17岁时对应A的21岁，B在18岁时对应A的15岁，而只要算法正确，我们可以随便对应，但是当B返回到地球与A相遇时，就可以认为他们位于空间中的一个点了，就存在了唯一的对应关系，此时只能得出一个相同的结果。正因为我们人为的规定了两者的对应关系，比如B在17岁时对应A的21岁，B在18岁时对应A的15岁，此时就好像A回到了过去，令我们产生了A穿越时空，时间倒流，回到过去等各种幻像。

我们举个例子，把24只羊分成3/13,4/13和5/13 三份，如果直接相乘，得到的不是整数，此时我们可以为了方便计算，引入两只没有的羊，即用24+2=26只羊来分这三份。它们分别是26*3/13=6，26*4/13=8，26*5/13=10。6+8+10=24，正好可以分完24只羊。为什么我们一直认为相对论深奥，不好理解呢？也有可能就是因为相对论中提到了许多诸如时间倒流，时间变慢，尺缩效应，穿越时空等名词把我们给迷惑住了，而根据相对论算出的结果又是那样准确，所以我们理所当然的认为相对论是真理，很难懂，很深奥。但是我们看到的相对论中钟慢、尺缩、超光速时间倒流等现象，应该就是为了方便我们计算而引出的，其实就类似于例子中引入的第25，26只羊，在这里，只是为了方便计算人为规定了空间中不同两点的时间对应关系。从这种角度来说，出现所谓的时间倒流只是我们空间本身性质的一种外在表现而已，相对论的超光速穿越时空只能是一种错觉了，因为自始至终都没有穿越。

因为确实存在着双子实验产生的时间差现象，所以，现实中也可能存在着因为强磁场等原因形成的局部空间扭曲，形成类似双子实验的时间差现象，出现自己的钟表时间与现实中标准的时间不一致现象，或许，现实中的某些现象可以用此作解释，比如下面的例子，网上抄的，不知道是否属实，不过，可能真的存在这样的现象。

1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行。突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。

最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。然而，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他们曾经“失踪”过。

机长巴达里疑惑不解地说：“我们的班机由马尼拉起飞后，一直都很平稳，没有任何意

外发生，但控制室竟说失去班机的踪影，实在有点不寻常。”

不过，事实却不容争辩：到达机场时，每个乘客的手表都慢了20分钟。无独有偶。据资料记载，1970年也发生过类似的奇闻。当时，一架727喷气客机在飞往美国迈阿密国际机场的旅途中，也无故“失踪”了10分钟。10分钟以后，客机也在原来的地方出现；接着，安全飞抵目的地。客机上的所有人也都不知道发生了什么事，而最终使他们相信的理由也是因为所有的手表都慢了10分钟。对此现象，专家们认为惟一的解释是：在“失踪”的一刹那，时间“静止”不动了，或者说出现了时光倒流。

在这里，我们似乎可以加上一个原因，就是飞机进入了局部扭曲空间，做了个同双子试验性质相同的往复运动，于是，出现了跟双子试验一样的结果，出现了不一样的时间。

最后，我们再来分析下上文双子试验提到的超光速现象。上面的解释是在掉头过程中，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。那么，这究竟算不算真正的超光速呢？我们看下造成这个超光速的原因，我们姑且称这种超光速为圆周上的相对超光速，造成这种现象的原因很明显在圆心，再来看圆周上的物体，他如果做圆周运动，应该受到一个向心力的作用，可是，我们找不到这样一个力。这也可以说明造成这种现象的原因是在圆心，而改变圆心并不需要引起圆心超光速。所以在圆心上不存在超光速现象。而在圆周上的物体虽然相对产生了超光速但造成这一现象的原因在圆心，与它无关，是不是也可以认为它的运动状态没有改变呢？我们知道，运动是相对的，在圆周上的物体明显相对圆心做着超光速运动，而且是两个是实实在在真实存在的物质，我们并没有引出第三个物体，那么，圆周上的物体究竟是对谁做着非真正意义上的"超光速"运动呢？而且，不需要参照物，我们可以根据是否受向心力以及向心力的大小直接判断他究竟是否在做圆周运动以及在做怎样的圆周运动，这个参照物应该就是真空的绝对静止吧！也就是被相对论否定的‘以太’了。上面提到的非真正意义上的"超光速"选定的参照物应该也是真空的绝对静止吧。这就出问题了，如果圆周运动存在着绝对静止和绝对转动，那么直线上的运动呢？因为直线上没有一个类似圆周运动的向心力所以我们无法判断直线上的运动。如果直线上也存在一个绝对的静止，那么相对论否定的“以太”的整个概念就要重新被引用了。设想如果直线上也存在类似圆周运动上的向心力，那么即使我在封闭的船舱里，与外界完全隔绝，也可以根据那个向心力推算出我的船是匀速运动，还是静止？还可以知道速度的大小。但是这样的话光速不变又怎么解释？而如果真的存在一个真空的绝对静止，再加上钟慢、尺缩、超光速时间倒流现象都被证实是一种幻像，那么，我们由经典时空观发展到由相对论引出的时空观，将重新向着旧的经典时空观发展了。那么，就会正如同初中物理课本序言中说的那样，一条奇怪的蟒蛇，它用自己的头咬住了自己的尾巴。

2后序和应用

展望未来，当我们人类的足迹踏遍我们生活的这个空间的每一个角落时，当我们可以自由做星际间的旅行时，我们就需要建立一个新的时间标准了。现在，在此基础上，我们就来看看这个以上面的空间讨论为基础而建立的一个新的星际时间模型吧。就像地球上划分的24个时区一样，我们也可以对我们在星际旅行时的年份做一定的加减，把空间分成一个个年区，建立一个适用于处在这个空间的所有参考系的统一的星际时间标准！此模型可以用8个字来总结，就是空间运动的“进一减一，退一加三”原则！其中‘进一退一’中的‘一’指单位距离，后面的加减指光走完那段单位距离用的时间。

举个具体事例来介绍这一时间模型，还是参考上面的那个实验为背景来分析吧。

在西元元年，在地球上有AB两个人，他俩都11岁，在距离地球10光年远处有个星球乙，上面住着C。在地球上AB用望远镜发现C正在举行婚礼。并且A发现C长的像他妹妹，于是A立即乘光速宇宙飞船去乙星球看望C。我们就根据习惯来定义远处的乙星球时间吧，我

们就定义C结婚时为西元前10年，C结婚时9岁，当A到达乙星球时，A的飞船时间（这个时间就是A的飞船上钟表的时间，就是说在西元元年从地球出发时在A的飞船上放一个与地球时间一致的表，然后不考虑其他，当飞船到达乙星球时这个飞船上钟表的时间）为西元10年（初始时间加上路上用的10年），年龄为21岁，此时按“进一减一，退一加三”原则，乙星球时间为西元10年（A的飞船时间）减去光走完10光年的距离（地球与乙星球的距离）即西元元年。此时C距离结婚时已经过了10年为19岁。然后A见到C后发现把要送给C 的礼物丢在了地球然后立即由乙星球返回地球，去取礼物……（实在是剧情需要啊，就委屈A多跑两趟吧～～～）。当A返回地球与B相遇时，A为了与乙星球时间一致而在乙星球有过1次调整后的飞船时间为西元10年（出发时的乙星球时间西元元年，加上路上用的10年），继续按“进一减一，退一加三”原则，这里要加三！（可是，为什么是三呢？你看这么分析对不对。地球对应着乙星球的10年前同时发生，这是一个光走完一个单位距离的时间。在飞船掉头过程中，相当于地球由飞船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，这里是两个单位距离，20光年，加在一起就相当于三个单位距离了，也就是三个单位距离的时间了……）。西元10年加30年为西元40年，此时A为31岁B为51岁，这就变成了著名的双生子佯谬现象了。此时A取完东西马上又前往乙星球找C，当A 到达乙星球时，乙星球为西元50年减10年为西元40年，此时A成了40岁，C为59岁，此时妹妹变成了姐姐～～，又一个双生子性质的现象。

如果以乙星球为中心考虑也正确，C在西元前10年结婚，在西元元年看到A，A离开乙星球到地球按照“进一减一，退一加三”原则，A到达地球时为西元10年减去10年为西元元年，返回乙星球时是西元10年加30年为西元40年，与以地球为中心时结果一致。至于地球方面的时间虽然不一致，只是因为不同的习惯规定了地球不一样的初始时间，所以，这并不影响空间运动的“进一减一，退一加三”原则。

在这里，我们可以建立一个统一的时间标准。我们可以以地球太阳系这里为中心，为时间的原点，然后以此为中心，以距地球太阳系不同的距离为标准，人为划分出不同的区域，我们可以称之为星际年区，当我们跨入不同的年区时按照规则在年份上做一定的加减，来与整个星际的标准时间保持一致，这样可能会方便很多吧。

因个人水平有限，对某些现象的错误分析和推理也在所难免，但愿不会影响总体的分析结果吧，还希望对此有兴趣的各位一起来分析下讨论下，希望写的对大家有所帮助吧，谢谢。