《时间旅行与曲速引擎：快速穿越时空的科技指南》艾伦·埃弗雷特【文字版_PDF电子书_推荐】
| 书名：时间旅行与曲速引擎 作者：艾伦·埃弗莱特/托马斯·罗曼 出版社：化学工业出版社 译者：李润 出版日期：2017-7-1 页数：255 ISBN：9787122292186 |
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内容简介：
本书中，艾伦•埃弗莱特和托马斯•罗曼带领读者通过一条清晰简洁之旅，来了解我们目前对时间和空间性质所掌握的知识——无论我们是否能够随心所欲地掌控时间和空间。作者使用不超过高中代数的数学原理，简单明了地讲解了爱因斯坦的狭义相对论，而且还介绍了前往未来和回到过去的时间旅行的基本区别，以及回到过去的时间旅行与超光速旅行之间惊人的理论联系。书中探讨了各种可能的时间机器和曲速引擎，其中也包括虫洞和曲速气泡，而且还在富有创造性又令人膛目结舌的章节里，设想了一旦时间旅行成为可能，世界上将会出现的各种悖论,其中之一就是出现杀死外祖父的悖论!
作者简介：
艾伦•埃弗莱特(AllenEverett)为美国塔夫斯大学的物理学荣誉教授，托马斯•罗曼(ThomasRoman)为中康涅狄格州立大学数学科学系教授。二人都曾教授与时间旅行有关的大学物理学课程。
目 录：
1 绪论/1
2 时间、时钟和参照系/ 11
2.1 威尔斯式的时间旅行/ 12
2.2 对时间和空间的测量/ 17
3 洛伦兹变换与狭义相对论/ 23
3.1 麦克斯韦的伟大观点/ 25
3.2 迈克尔逊-莫雷实验/ 26
3.3 相对论的两个原理/ 30
3.4 洛伦兹变换/ 31
3.5 不变间距/ 33
3.6 时钟同步与同时性/ 35
3.7 光障/ 38
3.8 “零质量”粒子与E=mc2/ 39
4 光锥/ 41
4.1 绝对与相对/ 42
4.2 光锥与因果关系：总结/ 46
5 向前的时间旅行与双生子“悖论”/ 49
5.1 时间膨胀和4只时钟的故事/ 50
5.2 双生子“悖论”/ 53
5.3 不变间距与固有时间/ 54
5.4 现实想法与实验/ 58
5.5 通过《夏季之门》最后再看一下前往未来的时间旅行/ 60
6 “出发，回到过去”/ 63
6.1 超光速粒子/ 64
6.2 快子与悖论/ 65
6.3 再诠释原理/ 67
6.4 超光速参照系的一个问题/ 69
6.5 实验证据/ 71
7 时间箭头/ 77
7.1 熵、热力学第二定律以及热力学时间箭头/ 80
7.2 前因、后果及因果时间箭头/ 84
7.3 宇宙学时间箭头/ 86
8 广义相对论：弯曲的空间和翘曲的时间/ 89
8.1 引力与电磁学/ 90
8.2 质量与等效原理/ 91
8.3 重力与光/ 94
8.4 引潮力/ 95
8.5 重力与时间/ 98
8.6 广义相对论/ 100
8.7 广义相对论的三个经典验证/ 102
9 虫洞与曲速气泡/ 111
9.1 虫洞/ 112
9.2 曲速气泡/ 116
9.3 柯拉斯尼科夫管：超光速地铁/ 120
9.4 虫洞、曲速引擎及时间机器/ 122
9.5 “越发奇怪的”悖论/ 126
10 香蕉皮与平行世界/ 133
10.1 悖论的类型/ 134
10.2 信息悖论/ 134
10.3 “精灵球”与聪明的太空船/ 135
10.4 对虫洞时间机器和一致性悖论的重新考虑/ 137
10.5 香蕉皮/ 141
10.6 平行世界/ 142
10.7 “切碎捣烂”/ 151
11 “别总是负面”：奇异物质/ 155
11.1 负能量/ 156
11.2 平均能量条件/ 163
11.3 量子不等式/ 165
11.4 所有完美的物理学都用过镜子/ 168
11.5 量子利息与卡西米尔效应/ 170
11.6 负能量与经典场/ 173
12 勇敢地航向……/ 177
12.1 弯曲与平直/ 178
12.2 虫洞与量子不等式/ 179
12.3 曲速引擎与量子不等式/ 181
12.4 凡·登·布洛克的“瓶子里的飞船”/ 182
12.5 更多关于曲速引擎的问题/ 183
12.6 出路在哪?/ 184
12.7 时间机器的毁灭与时序保护/ 185
13 圆柱体与弦/ 191
13.1 卷曲的宇宙/ 192
13.2 一个“旋转”的宇宙/ 193
13.3 圆柱状时间机器/ 194
13.4 马雷特的时间机器/ 196
13.5 戈特的宇宙弦时间机器/ 203
14 尾声/ 213
附录/ 221
附录1 对伽利略速度变换的推导/ 222
附录2 对洛伦兹变换的推导/ 223
附录3 对时空间隔不变性的证明/ 228
附录4 对x'、t'轴相对于x、t轴的方向说明/ 229
附录5 光钟造成的时间膨胀/ 231
附录6 霍金定理/ 235
附录7 马雷特时间机器中的光管/ 242
参考文献/ 245
索引/ 253
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摘要：在科幻与物理学的交汇处，艾伦·埃弗雷特的《时间旅行与曲速引擎：快速穿越时空的科技指南》如同一把钥匙，打开了通往未来科技的大门。这本书并非简单的科普读物，而是一场严谨而令人振奋的智力冒险。它以清晰易懂的语言，系统地梳理了从狭义相对论的“双生子佯谬”到广义相对论的“闭合类时曲线”，再到充满想象力的“曲速引擎”与“虫洞”理论。作者巧妙地将最前沿的物理学假设与人类对时间旅行这一古老梦想联系起来，探讨了其实现的可能性、技术瓶颈以及伴随而来的逻辑悖论。无论是对于物理爱好者，还是对宇宙终极奥秘充满好奇的普通读者，这本书都提供了一次深入浅出、引人入胜的科技指南，它告诉我们，穿越时空或许并非遥不可及的幻梦，而是深藏在物理定律中的一种可能。
1、理论基石与相对论
埃弗雷特在书中首先为读者铺设了理解时间旅行所必需的物理学基础，其核心便是爱因斯坦的相对论。他并没有陷入复杂的数学公式，而是通过生动的比喻和清晰的逻辑，解释了狭义相对论中“时间膨胀”效应的本质。书中指出，当一个物体的运动速度接近光速时，其内部的时间流逝相对于静止观察者会显著变慢，这便是著名的“双生子佯谬”的物理根源。这一理论为向未来旅行提供了坚实的科学依据，证明只要我们能够建造出接近光速的飞船，就能在短短几年内跨越地球上的数个世纪。
紧接着，作者带领读者进入广义相对论的领域，这里的时间和空间不再是平直的背景，而是可以被质量和能量弯曲的动态实体。埃弗雷特详细阐述了引力如何导致时间膨胀，即强引力场中的时间流逝会更慢。这一现象在电影《星际穿越》中得到了戏剧化的呈现，而书中则提供了更为严谨的物理阐释。通过理解时空的弯曲，我们才能进一步探讨如何利用这种弯曲来实现超越光速限制的旅行，从而为逆向时间旅行和空间跳跃打下理论基础。
书中特别强调了“光速极限”这一宇宙法则的重要性，并指出任何信息或物质的运动都不能超越光速。然而，埃弗雷特并没有因此止步，他转而探讨了如何利用时空本身的几何结构来“绕过”这一限制。这就像是在一张纸上两点之间，蚂蚁只能沿着纸面爬行，而如果我们把纸折叠起来，两点之间的距离就变成了零。这种对时空几何的深刻理解，正是通往曲速引擎和虫洞等更高级概念的门槛。
2、曲速引擎的物理原理
曲速引擎是本书最引人入胜的章节之一，埃弗雷特详细介绍了这种基于“阿库别瑞度规”的假想推进系统。其核心思想并非让飞船本身加速到超光速，而是通过扭曲飞船周围的时空，使其前方的空间收缩，后方的空间膨胀，从而形成一个“时空泡”。在这个泡内，飞船相对于局部空间是静止的，而时空本身则在以超光速“流动”。这种精妙的构思巧妙地规避了狭义相对论中物体不能超越光速的限制，因为被超越的是时空本身，而非物质。
书中深入分析了实现曲速引擎所面临的巨大技术挑战。首先，创造这种时空扭曲需要巨大的负能量或奇异物质，其能量需求可能超过整个宇宙的总和。埃弗雷特引用了物理学家米盖尔·阿库别瑞的原始论文，并探讨了后续科学家如哈罗德·“桑尼”·怀特等人对理论模型的改进，试图将能量需求降低到更“现实”的水平。这些讨论展示了科学理论从提出到逐步优化的艰难过程，也让读者了解到，尽管曲速引擎目前仅存在于理论中，但它并非凭空臆想，而是基于严谨的广义相对论方程推导出来的。
除了能量问题，作者还探讨了曲速引擎可能带来的其他物理效应，例如“地平线问题”和“因果性悖论”。驾驶曲速飞船的宇航员能否控制飞船？时空泡内外的信息如何传递？如果曲速引擎能实现超光速旅行，是否意味着可以回到过去并改变历史？埃弗雷特对这些问题的剖析，不仅展示了理论的深度，也激发了读者对物理学终极问题的思考，使得曲速引擎从一个科幻概念升华为一个值得严肃研究的科学课题。
3、虫洞与时间循环
如果说曲速引擎是通往星空的捷径，那么虫洞则更像是连接时空不同区域的隧道。埃弗雷特在书中将虫洞描述为广义相对论方程的一个允许解，是一种连接宇宙中两个遥远点甚至不同时间的时空结构。他详细区分了“洛伦兹虫洞”和“欧几里得虫洞”的区别，并指出，一个可穿越的虫洞必须由奇异物质支撑，以防止其咽喉在引力的作用下瞬间坍缩。这一要求与曲速引擎面临的挑战如出一辙，暗示了这些先进技术背后可能共享着相同的物理基础。
书中对虫洞最为精彩的阐述，在于它如何直接导致时间旅行的可能性。埃弗雷特解释了“时间机器”的构建原理：如果我们能稳定一个虫洞，并将其一端以接近光速移动，或者置于强引力场中，那么根据相对论，虫洞两端之间就会产生时间差。此时，通过这个虫洞，我们不仅可以跨越空间，更可以跨越时间。进入一端是“现在”，走出另一端可能就是“过去”或“未来”。这种将空间与时间旅行统一起来的视角，令人叹为观止，也引出了后续关于因果律的尖锐讨论。
然而，虫洞时间旅行也带来了著名的“祖父悖论”。如果你回到过去杀死了自己的祖父，那么你还会存在吗？埃弗雷特没有回避这个难题，而是介绍了物理学界对此的几种主流解释。他探讨了“自洽性原则”，即时间线是唯一且自洽的，任何试图改变过去的行动都注定会失败，最终导致历史按照既定轨迹发生。同时，他也提到了“多世界诠释”的可能性，即每次时间旅行都会创造出一个新的平行宇宙，从而避免了逻辑矛盾。这些思辨让读者从纯粹的物理定律上升到对宇宙本质的哲学思考。
4、现实挑战与未来展望
在描绘了令人神往的理论图景后，埃弗雷特笔锋一转，冷静地分析了这些技术在当前物理框架下的现实挑战。他明确指出，无论是曲速引擎所需的奇异物质，还是虫洞稳定所需的负能量，在可预见的未来都难以在实验室中大量制备。书中的讨论并非为了打击读者的热情，而是为了强调基础科学研究的必要性。作者鼓励读者关注量子引力理论、弦理论等前沿领域的发展，因为这些理论或许能提供制造奇异物质或理解时空本质的新途径。
除了技术障碍，书中还探讨了时间旅行可能引发的社会伦理和逻辑问题。例如，如果时间旅行成为可能，我们是否应该改变历史？是否应该允许时间旅行者干预过去的事件？埃弗雷特通过引入“时间警察”或“时间保护猜想”等概念，引导读者思考科技发展所伴随的责任与风险。这些内容使得本书超越了单纯的“科技指南”，成为了一部关于人类未来命运的道德寓言。
最后，埃弗雷特对未来科技的发展方向进行了展望。他预测，虽然人类可能永远无法建造出像科幻电影中那样的时间机器，但通过对相对论和量子力学的深入研究，我们或许能够在小尺度上验证时间旅行的效应，或者发现时空本身的量子特性。本书的结尾充满了乐观主义精神，它告诉读者，科学探索的价值不仅在于最终的结果，更在于追求真理过程中所获得的智慧与启迪。时间旅行和曲速引擎的梦想，正激励着一代又一代的科学家去挑战已知的边界。
总结：本书《时间旅行与曲速引擎》不仅是一部硬核的科普佳作，更是一份激发人类探索宇宙终极奥秘的宣言。它巧妙地将最前沿的物理学理论与人类最古老的幻想结合起来，引导读者在爱因斯坦的时空观中畅游，思考光速、引力、因果律之间的深刻联系。作者艾伦·埃弗雷特以其清晰的逻辑和生动的笔触，让复杂的科学概念变得触手可及，使得每位读者都能参与这场关于时间本质的宏大对话。
通过阅读这本书，我们认识到，时间旅行和曲速引擎并非遥不可及的幻想，而是扎根于严谨物理定律中的理论可能。尽管通向实现的道路上布满荆棘，但每一次对理论的完善，每一个对悖论的思辨，都在推动着人类认知的边界。这本书是献给所有对未来充满好奇、对宇宙充满敬畏的读者的礼物，它提醒我们，正是这些看似不可能的梦想，引领着科学不断前行，并最终塑造了我们的文明。
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