時空扭曲

時空扭曲

根據相對論的解釋,當體積趨于0時,其引力會達到無法想象的地步,從而改變空間,導致光都無法在其空間裏逃避,進而形成時空扭曲。

愛因斯坦預言的時空扭曲現象最近被科學家們在中子星附近觀測到,中子星是目前人類在宇宙中可以觀察到的天體中密度最大的一種。時空扭曲是愛因斯坦相對論的內容之一,目前,科學界還存在著爭議 。

  • 中文名稱
    時空扭曲
  • 外文名稱
    Time warp
  • 類別
    自然現象
  • 相關天體
    中子星

形成分析

時空扭曲是因為平行宇宙在質量趨于零的物質中會形成空間錯亂,從而沒有我們能理解的時間概念。因為人類無法進入黑洞,時空會在其引力作用下會以多維空間的概念而存在,我們的世界觀是按照四維空間為基礎來進行的,進入黑洞多維空間,由于引力作用,會被撕裂成原子,從而以伽馬射線的方式消失。

時空扭曲時空扭曲

時空扭曲離不開物質的引力,引力會以任何能量以無限彎曲的方式改變正常空間。

美國的科學家們稱,他們最近在中子星附近成功地觀測到了時空扭曲現象,這再次證明了愛因斯坦時空扭曲理論的正確性。美國宇航局和密歇根大學的天文學家們稱,在中子星周圍觀測到一些鐵氣體的線形拖尾,證明的確存在時空扭曲,並稱可以據此推算出天體的大小限度。

美國宇航局戈達德太空飛行中心和馬裏蘭大學的研究小組成員蘇蒂普-巴塔查耶表示,由于科學家們曾在黑洞甚至地球周圍觀測到過同樣的扭曲,因此此次發現並非驚人之事,然而它對于解答物理學的基本問題意義重大。巴塔查耶說:"這屬于基礎物理學範疇,在中子星中心可能存在著各種奇異的粒子或物態,如誇克物質,由于我們無法在實驗室進行模擬實驗,因此找出答案的唯一方法就是去了解中子星。"

通常來說,測量到的過熱的鐵原子光譜線應有均勻對稱的峰值。然而,天文學家們的測量結果卻顯示出了歪斜的峰值,這意味著出現了相對論效應的扭曲。他們認為,氣體的飛速運動(和相對強大的地心引力)導致了光譜線的扭曲,形成更長波長的拖尾。同時,這些測量工作使得科學家們可以判定恆星的最大尺寸。

密歇根大學的XMM牛頓研究小組成員愛德華-卡克特說:"我們看到鐵氣體就在中子星表面外部飛速旋轉,由于該圓盤內部顯然不可能比中子星表面繞行更緊密,因此這些測量使我們可以確定中子星直徑的最大尺寸。根據我們估算,中子星直徑最大不過20.5英裏(33公裏)。"

愛因斯坦提出的廣義相對論是現代物理學的奠基石,其要義是兩個物體間之所以存在引力,是因為重力場使四維時空發生扭曲。

1919年發生日食時的觀測結果證實太陽的質量使星光彎曲。

1976年,美國宇航局的重力探測A計畫,把一個原子鍾送入離地1萬公裏的太空中,證實了愛因斯坦提出的重力會使時間慢下來的推測。理論上說,可以通過監視繞地球運行的一個陀螺儀的轉軸位置來驗證時空扭曲的發生。在確定了參考星座後,如果發生時空扭曲,那麽陀螺儀的轉軸和參考星座的方向關系就會發生改變。

根據牛頓力學原理,一個陀螺儀和一個參考星座方向對齊後,如果沒有外力幹擾,就會始終保持對齊。但是根據愛因斯坦理論,由于地球自轉和重力場引起的時空扭曲會造成陀螺儀和參考星座的相對方向發生改變。

產生背景

撓場(torsion field)又稱自旋場(spin field)或扭場(axion field)是物體自旋所扭曲時空結構所產生的場,這種場在過去30年來已被主要是俄國科學界大量的實驗所證實。1993年俄國物理學家希波夫(Shipov)提出一套真空方程式,來討論物理真空的種種性質。根據他的方程式所導出的撓場擁有極不尋常的特徵,例如撓場不會被任何自然物質所遮罩,在自然物質中傳播不會損失能量,它的作用隻會改變物質的自旋狀態;撓場的傳播速度至少為光速的10^9倍(10億倍);撓場源被移走以後,在該地仍保留著空間自旋結構,也就是撓場有殘留效應,這些現象與水晶的氣場極為類似。如果希波夫方程式是正確的話,20世紀量子力學所遺忘的撓場,可能會成為21世紀科學的前緣,它將揭開氣場、超感知覺包含心電感應、透視力、預知未來、念力的神秘面紗。

時空扭曲時空扭曲

撓場理論最初源于愛因斯坦-康頓理論,在廣義相對論中,若要考慮物質自旋的作用,需引入非對稱的聯絡,即撓率不為零的情況就會導出撓場的存在,撓場的能量來源是零點能。眾所周知,基本粒子的"電荷"對應于電磁場,"質量"對應于引力場,那也應有對應于"自旋"的撓場存在。撓場有許多獨特的性質:它隻改變物質的自旋性質;類似于引力場的高穿透性;滯後效應;軸向加速效應。用撓場機製我們就可解釋電化學異常現象中的過熱、核嬗變、滯後放熱等效應。

北京航空航天大學的江興流教授基于實驗結果,以電極的尖端效應為突破口,分析了電化學異常現象。江興流科研組在電解實驗中,觀察到在電極附近有高度定向的反應,以及過熱、核嬗變、滯後效應(Heat after Death)。經過不斷的探索總結出:氣體放電、真空擊穿及液體中的放電(電解)現象,有著共同的物理規律:由于電解過程中電極表面尖端效應產生的聚能過程,在電極表面局部產生氣泡和渦旋運動,氣泡的產生和坍塌過程將發生動態卡西米爾效應而提取零點能並以熱能的方式釋放出來;同時渦旋運動與零點能形成撓場相幹而提取零點能,一方面釋放熱能,另一方面形成類星體渦旋結構,在渦旋中心產生高能射線、中子和高能粒子,並伴有高度定向的核反應。可見電極表面尖端處形成遠離平衡態的非線性體系,滿足一定的條件就會形成自組織的正反饋渦旋,通過撓場機製提取零點能。撓場波"是旋轉在真空作用中產生的波,速度是光的10億倍!世界上有的國家已研究多年。

觀測發現

愛因斯坦預言的時空扭曲現象最近被科學家們在中子星附近觀測到,中子星是目前人類在宇宙中可以觀察到的天體中密度最大的一種。來自美國密歇根大學和美國宇航局的天文學家聲稱,他們觀測到了圍繞中子星的鐵原子氣體呈現的模糊環線出現了扭曲現象,這一發現同時也顯示了宇宙中的某些天體有體積上的限製。

在黑洞周圍也有因為時空扭曲而出現的暗塊現象,甚至地球周圍也會有輕微的這種現象。美國宇航局哥達德宇航中心的研究小組成員蘇迪普·巴塔卡亞說:"盡管這一現象本身沒有什麽特別驚人的,但是這一發現對解釋某些物理學基本問題意義重大"。

這個問題屬于基礎物理學範疇,那裏可能存在一些非常特別的粒子,或者處于奇特狀態的物質--例如誇克等等。在中子星的中心位置可能會存在這些在試驗室裏無法製造的物質,想要解開其中的秘密隻有研究中子星。

中子星的狀態等同于將太陽那麽大質量的物質,壓縮到一座城市那麽大體積的球體裏。幾茶杯中子星物質的重量就和珠穆朗瑪峰的質量差不多。天文學家利用這種內塌陷星體作為天然的試驗室,以驗證在自然條件下物質原子在極度高壓的情況下到底能夠壓得多緊。

要解開這些死亡恆星內部的秘密並不簡單,科學家們要做的第一步就是準確地測量中子星的直徑和質量。在最近同時進行的兩項觀測活動中,天文學家使用了歐洲宇航中心的X光天文台和美日聯合開發的X光設備觀測了三顆中子星,他們還研究了在中子星外圍的氣態鐵環,這些鐵原子以光速40%的速度圍繞中子星運行,形成了奇特的環狀氣雲。

一般來說,高溫鐵原子氣體的光譜應該呈對稱峰線分布,但是由于高溫鐵原子的高速運動和來自中子星的巨大引力,其光譜峰線呈現不對稱的形狀,使得其光波波長變長。這一測量結果可以幫助科學家計算死亡恆星的最大體積,科學家們發現外圍鐵原子氣體圍繞中子星成環形運動,而測量鐵蒸汽環的內徑就可以估算中子星的直徑。科學家們認為中子星的直徑應該不超過20.5英裏(約合33公裏),該篇研究報告的詳細內容已經發表在8月號的《天體物理雜志通訊》上。

難解之謎

1893年10月25日夜裏,一個西班牙籍的士兵在菲律賓總督府門前站崗時,突然神志不清昏睡過去。次日清晨,當他醒來時,發現自己在墨西哥的政府大廈前。他感到十分奇怪。可墨西哥人認為他是精神失常者,而被交給教會處理。受冤枉的士兵別無他法,隻好向墨西哥人打賭:"昨天夜裏,菲律賓總督被人用斧子暗殺了,這個訊息總有一天會傳到你們這裏,那時你們就會相信我沒有說謊。"。兩個月後,訊息傳來證實了士兵所講的屬實。人們才不得不相信他的話,將他從教會裏放了出來。這到底是怎麽回事?這個士兵是被"外星人用飛碟從菲律賓高速運到墨西哥",還是無形之中進入到時空隧道,通過"四維空間"來到了墨西哥。

時空扭曲時空扭曲

1954年,在一次熱氣球比賽中,哈裏·洛根和德裏克·諾頓乘做的熱氣球在魔鬼三角地帶神秘地失蹤,經多方查找,仍無下落。1990年春天在古巴的春季熱氣球比賽中,那隻失蹤了36年的熱氣球,在原來失蹤的地方又突然出現。古巴人還以為是美國的秘密武器,于是派出一架戰鬥機令其迫降,洛根和諾頓被送往一個秘密的海軍基地。他們聲稱,自己正在參加1954年波多黎哥聖胡安的熱氣球比賽,根本不知道36年已經過去,現在已經是1990年。他們說,當時渾身感到刺痛,就如有一股弱電流通過身體似的,然後,感到一陣闢裂似的疼痛,令人難忍受。周圍的東西,包括天空和海洋都變成了紅色,他們知道的下一件事就是一架戰鬥機跟蹤他們的氣球,令他們迫降。芝加哥超自然現象研究專家卡文。卡羅韋等人查證這隻氣球是被百慕大魔鬼三角帶捉住的。在洛根和諾頓看來隻有幾秒鍾的時間,對地球來說卻已經有36年。

一架失蹤了差不多半個世紀的雙引擎客機,被發現棄置于新幾內亞一森林沼澤內---而其中最怪異之處,是看來就象它失蹤時一樣簇新!機身上清晰可美德辨的標志顯示,這架銀光閃閃的飛機正是四十八年前由菲律賓馬尼拉飛往民琴那峨島失蹤的一架飛機。在機艙裏找的報紙,其日期是一九三七年一月的第三個星期日。一則來自印尼的訊息說,由軍方派出的一組航空專家,經過數小時在該架"新的一樣"的客機內調查後,出來時莫不面色大變和震驚不已。負責調查的主管部門立即下令軍隊封鎖該區。但是早在調查人員到來前數日,已經有記者去過那裏查看。"當我第一眼見到該機時,我簡直不敢相信自己的眼睛。"不願透露身份的知情者說,"它外殼是那麽新,機身完全沒有暇疵,在太陽下猶如一面鏡子閃閃發光。"

1968年6月29日,吉拉爾德·波達偕夫人搭乘DC-3客機,飛往達拉斯。波達先生往洗手間走去,再也不見回到座艙來。其夫人哭叫著同空中小姐去洗手間和所有機艙空間尋找皆無蹤影,飛機上一切門窗正常。事後乘客們回憶道:"那時飛機正飛過密蘇裏州羅拉的北部上空,見波達向洗手間走去,客機忽然意外地晃動一下,但很快就恢復正常。不久,就聽到夫人的哭叫聲。"許多國家的科學家熟知這個案例,解釋不同。有的說是外星人所為。有的說是掉進了五維空間,超越時空障礙……

1990年10月在喬治亞洲的高速公路旁發現了一位受傷內戰戰士。很明顯,他穿越了1863年葛底斯堡戰役中抓住他時間陷阱。精神病理學家仔細地評價了聯盟軍二等兵本傑明。考奇,因為外科醫生從他的腿上取出了美國北方軍舊式步槍的子彈。他們得出一個結論,"他屬于而且來自于至少127年前的19世紀。"負責檢查這個29歲戰士的精神病理學家說,從精神病理角度考慮,可以證明他神智清醒而且講的都是事實。作為一名醫生和科學家,我們對二等兵考奇所研究的每一件事情以及他所處的環境都暗示我們所接觸的是超自然的時間彎曲。

真相分析

中國人都知道這麽一句話"洞中方七日,世上已千年"這個"洞",是否可以看作是一個與世間進度不同的所在呢?就象一個人跨出一步,一隻螞蟻可能要走一天。那麽差距就顯現出來了。而事實上,60年前愛因斯坦就提出過一個理論:蟲洞

愛因斯坦愛因斯坦

量子物理學中,宇宙不是一個球體,而是一個球面。我在大學學習電動力學和量子力學時,教授就不斷的讓我們想象二維球體(面才是二維,體才是三維),或者二維勢阱。說到這裏,大家可能會覺得很難想象,不想看下去了,那麽,我來舉個相近的例子吧。比如一個氣球,我們不斷吹氣的話,它就會膨脹,那麽如果氣球上有一些斑點的話,這些斑點之間的距離一定是隨著氣球的膨脹而變大的。這就象我們宇宙的紅移。我們可以把每一個星球甚至星系看作是氣球上的這些斑點。現代熱力統計物理和天體物理都證實宇宙的確是在膨脹,從奇點爆炸開始,宇宙已經膨脹了幾百億年了。

早在20世紀50年代,已有科學家對"蟲洞"作過研究,由于當時歷史條件所限,一些物理學家認為,理論上也許可以使用"蟲洞",但"蟲洞"的引力過大,會毀滅所有進入的東西,因此不可能用在宇宙航行上。

隨著科學技術的發展,新的研究發現,"蟲洞"的超強力場可以通過"負質量"來中和,達到穩定"蟲洞"能量場的作用。科學家認為,相對于產生能量的"正物質","反物質"也擁有"負質量",可以吸去周圍所有能量。像"蟲洞"一樣,"負質量"也曾被認為隻存在于理論之中。不過,目前世界上的許多實驗室已經成功地證明了"負質量"能存在于現實世界,並且通過航天器在太空中捕捉到了微量的"負質量"。

據美國華盛頓大學物理系研究人員的計算,"負質量"可以用來控製"蟲洞"。他們指出,"負質量"能擴大原本細小的"蟲洞",使它們足以讓太空飛船穿過。他們的研究結果引起了各國航天部門的極大興趣,許多國家已考慮撥款資助"蟲洞"研究,希望"蟲洞"能實際用在太空航行上。

宇航學家認為,"蟲洞"的研究雖然剛剛起步,但是它潛在的回報,不容忽視。科學家認為,如果研究成功,人類可能需要重新估計自己在宇宙中的角色和位置。現在,人類被"困"在地球上,要航行到最近的一個星系,動輒需要數百年時間,是目前人類不可能辦到的。但是,未來的太空航行如使用"蟲洞",那麽一瞬間就能到達宇宙中遙遠的地方。

據科學家觀測,宇宙中充斥著數以百萬計的"蟲洞",但很少有直徑超過10萬公裏的,而這個寬度正是太空飛船安全航行的最低要求。"負質量"的發現為利用"蟲洞"創造了新的契機,可以使用它去擴大和穩定細小的"蟲洞"。科學家指出,如果把"負質量"傳送到"蟲洞"中,把"蟲洞"開啟,並強化它的結構,使其穩定,就可以使太空飛船通過。

證據確鑿

科學家表示,稍稍脫離軌道的衛星顯示,地球自轉時的確在扭曲時空構造這是首次直接測量到並證實了愛因斯坦廣義相對論的一個重要層面-旋轉天體會使由三維(度)空間和四維時間構成的時空結構產生扭曲。愛因斯坦(Albert Einstein)的理論再次被證明是正確的。(圖為奮進號太空梭2002年6月15日在地球上空飛行的資料照)

科學家稱,這是首次直接測量到並證實了愛因斯坦廣義相對論的一個重要層面-旋轉天體會使由三維(度)空間和四維時間構成的時空結構產生扭曲。地球轉動,會令周圍的時間及空間結構變形,"當地球自轉時,它確實導致周圍時空的扭曲。越靠近地球,扭曲現象越明顯,"華盛頓美國國家航空暨太空總署(NASA)的物理學家夏拉蒙(Michael Salamon)說。

美國國家航空航天局(NASA)于2004年4月發射了引力探測器B(Gravity Probe B,簡稱GP-B),對廣義相對論的兩項重要預測進行驗證。具體地說,就是時間和空間不僅會因地球等大質量物體的存在而彎曲,大質量物體的旋轉還會拖動周圍時空結構發生扭曲。這兩項預測分別被稱為"測地效應"和"慣性系拖曳效應"。

GP-B利用四個旋轉的桌球大小的球體作為陀螺儀,當地球引力拖曳周圍時空時,會對每個球體的軸心產生影響。利用飛馬星座(Pegasus constellation)中的一顆恆星作為校準,研究人員用望遠鏡測量了"測地效應"引起的變化。

而為了探測"慣性系拖曳效應",研究人員不得不確定球體轉軸0.000011度的移動,這就好比從400米外看到一根頭發絲的寬度。Everitt表示,通過資料研究剛剛"看到"該效應的端倪,不過該小組仍需對外界對球體的其他影響進行解釋研究。

這種時空扭曲,也就是所謂的結構拖曳(frame dragging)效應以前從未被直接觀測到過。這是我們掌握的第一個真正的、確實的、直接的證據,證明旋轉天體會導致時空扭曲。NASA和馬裏蘭大學聯合地球系統技術研究中心的帕夫裏斯(Erricos Pavlis)及其同事在《自然》(Nature)周刊撰文稱,他們觀測了兩顆環繞地球的人造衛星,並發現由于地球的吸引,它們的軌道發生了偏移。

這兩顆衛星的軌道呈蝴蝶型,有如旋轉的陀螺儀運動軌跡。愛因斯坦的理論曾預言,像地球這樣的旋轉體會對空間產生牽引力,並導致陀螺儀略微偏離軸心。

真實性

科學界的再次質疑

可行性:不太可能。

1994年,威爾士大學物理學家米古爾-阿爾庫比列提出了星際物質利用技術。在這種構想中,飛船推進力主要由一種至今未被發現的物質--"外星"物質提供。這是一種粒子,具有負質量負壓力。它可以扭曲時空,從而使飛船快速接近前方的空間,而後方的空間在不斷擴張。飛船就好象處于一個不斷膨脹的泡泡中,可以飛得比光速快,而且不會違背相對論的原理。

然而,阿爾庫比列的技術思想存在許多問題。首先,為了維持這種時空扭曲,需要巨大的能量,這種能量或許會比整個宇宙的全部能量都要大。其次,這種驅動器可能會釋放出大量的輻射物,嚴重威脅飛船乘客的生命安全。此外,關于這種外星物質是否存在,至今未有定論。因此,從物理學上講,很難實現這種時空扭曲。

既然有人可以想到時空扭曲,于是就有其他科學家想到了時空隧道。他們認為,或許利用蟲洞可以實現這一想法。蟲洞的概念是由美國著名物理學家約翰-威勒爾提出的,意思是宇宙中可能存在的連線兩個不同時空的狹窄隧道。關鍵的問題是,蟲洞確實存在嗎?如果存在,我們是否能夠穿越它們?然而,這些問題至今沒有答案。可能與上述的未知外星物質一樣,蟲洞並不存在。

20世紀90年代,物理學家塞爾古-科拉斯尼科夫又提出了另一種蟲洞概念。然而,所有這些蟲洞理論都不能提供蟲洞確切存在的證據,更無法提出一種切實可行的時空穿梭方法。如果科學家們能夠找到答案的話,那麽太空飛船的速度將不僅僅是光速的概念。

科學界再提反物質引起時空扭曲

宇宙對于人類來說非常神秘,在人類的科學理論中,兩個相互排斥的物質是不可能存在在一起的,但是在宇宙中,物質和反物質能夠共存,粒子和反粒子也同樣存在于宇宙這個大空間之內。根據近日國外媒體報道稱,英國華威大學的物理學家正在研究星系旋轉,他們嘗試從這裏入手,來建立一個星系的時空模型,從中突破宇宙時空的未解之謎。

近些年不少的天文物理學家嘗試研究宇宙粒子,他們都發現是物質和反物質的衰變中,K介子和B介子有這麽非常明顯的差異性。而這一差異性也造就了"電荷宇稱不守恆"這一理論,但是"電荷宇稱不守恆"的發現卻給了天文物理學家一個十分尷尬的局面,因為就在此不久之前物理學家才提出了"電荷宇稱守恆(CP守恆)"的觀點,但是這一觀點很快就被宇宙的物質與反物質共存的現象所打破,如果真的按照"電荷宇稱守恆"所說的,物質和反物質相遇會導致兩者俱滅,那宇宙也就不可能存在了,但是事實並非如此。

時空扭曲時空扭曲

英國一物理學家Mark Hadley博士自信已經找到了一種可以經得起考驗的"電荷宇稱不守恆的"的證據,他自稱找到的證據不僅僅可以保持宇稱的奇偶性,還能合理解釋物質與反物質在宇宙間共存的問題。

Hadley在他的論文中提到導致CP破壞的源頭和克爾度量不對稱有非常密切的關系。論文中還提到,很多天文物理學家都忽略了一個非常重要的效應,那就是星系的旋轉對亞原子粒子的衰減會產生重大影響。

現在眾多的粒子物理學家的認識中,宇宙是不對稱的,在一股弱作用下,宇宙的左右並不對稱,不過的確存在著一種較小的CP對稱破壞存在于K介子系統中。以上的觀點在地球內部的粒子實驗中的確得到了證實,但是宇宙中就行不通了。導致這個原因的可能是因為銀河系存在自轉,而自轉的效應導致了銀河系內部的時空扭曲,這種時空扭曲的程度影響到了人類的"CP守恆"原理受到重創。如果是因為時空扭曲的原因影響到了實驗結果,或許宇宙是對稱的也就有可能了,而且歐洲的研究局發現,銀河系的自轉的確造成了時空扭曲的事實。

星系的自轉,往往都會被一些天文物理學家所忽視。畢竟太陽和地球的引力場的主觀意識佔據了我們的思想,忽略星系的自轉也是情理之中的。Hadley博士認星系所形成的強大引力場,導致星系內部出現時空扭曲是非常有可能的,而這種時空扭曲理論在太陽系也同樣適用,但是這種時空扭曲對于太陽系的影響是絕對不能夠被忽視的,因為巨大質量的星系內部出現了時空扭曲,很可能會導致星系的形態或者導致膨脹。

整個星系對于地球周圍的時空扭曲力量要比太陽系或者地球自身產生的引力場要強出近百倍。而CP破壞在B介子衰變中一旦出現之後,就象征著一個十分關鍵的時刻了,因為這一現象有助于解釋在相同粒子物質與反物質的分裂基于不同的衰變率。但是最奇特的是,就算研究員觀測到了兩者存在較大差別的衰變率,而這些衰變率相加的時候,研究人員又能得到一個與在相同粒子中物質與反物質分裂條件下相同的值。

Hadley博士告訴記者:"目前發現的宇宙問題,可以用銀河系的立場引起的內部時空扭曲來解釋。相同粒子物質與反物質分裂中,不僅僅可以保證鏡像對稱,就算在其他不銀河系自轉產生的引力場對于內部時空扭曲起到了決定性的因素,也因為這樣引起了每個粒子結構發生了變化,導致不同的粒子經歷了不同的時間膨脹效應,使得所有的物質于反物質在宇宙空間中並不同步,這就可以很好的解釋為什麽粒子衰變步調不相同了。"

不過對于銀河系這樣巨大的星系所自轉所產生的引力場,對內部時空扭曲所造成的影響究竟有多大,目前天文物理學家還在進行進一步的研究分析。不過這一發現已經為人類探索宇宙開啟了一扇大門,隻要能夠完全的掌握物質與反物質共存的關系,就能夠解開時空扭曲的未解之謎,那麽人類駕馭宇宙也將指日可待。

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