【前沿物理】为什么我们造不出时光机？
我们都看过那些有关回到过去，尝试改变历史的电影（不过这会导致一个经典的“祖父悖论”）有时，这种尝试会创造出一条新的时间线，这条时间线上的一切都与之前不同，而只有时间旅行者自己知道之前曾发生过什么。而在更在脆弱的宇宙中，祖父悖论可能足以摧毁整个时空连续体，除非旅行者将一切都归复原位。不过我个人最喜欢那种用一条单一的时间线就能把所有事情交代得合情合理的作者。
正在热映的《X战警：逆转未来》中，为了挽救变种人，金刚狼回到过去改变了历史。他也是唯一记得之前的时间线曾发生过什么的人。
在现实世界中，我们是否需要对时间旅行感到担心呢？假设某人试图在实验室中建造一台时光机。是否有一些自然定律可以阻止他们这么做？理论学家就这一问题进行了长达几十年的辩论，但是最近我提出了一种基于热力学第二定律的观点，我认为时光机是不可能造出来的。
广义相对论：你可以造一台时光机，只要你有负能量
当代物理学并没有明确指出你无法建造一台时光机。这背后的理论支持是广义相对论。爱因斯坦的理论认为，质量可以造成空间和时间的扭曲。例如，在地球表面附近，时间的流速会变慢，比外太空要慢大约十亿分之一（这也是物体总会往下掉落的真正原因）。十亿分之一并不算多，换句话说，地球的引力场非常弱。但是中子星和其他大质量天体的引力场则不然，它们要强大得多。一个极端的例子就是黑洞，它的引力场强大到连光也无法从中逃逸。如果光过于靠近黑洞，掉入了黑洞的事件视界，那么它将再也无法回头。
那么，一个可以扭曲时间的强大引力场，有没有可能让你的太空飞船按照某种特定轨迹飞行然后与过去的你相遇呢？物理学家把这种情况叫作封闭类时曲线（closed timelike curve，CTC）。这条“曲线”是一条穿越时空的轨迹。“类时”的意思是这条曲线速度不会超过光速，所以物体（比如太空飞船）在原则上可以沿着这条曲线运动。而“封闭”的意思是这条曲线的终点与起点是重合的。
建造时光机的一种方法是寻找或者建立一个可以通过的虫洞。“虫洞”（在很多科幻电影中都有这种设定）是连接空间中距离很远的两点的一个通道。虫洞有两个端点（你可以把这个端点粗略地想成圆形），连接这两个端点的通道被称为“喉（throat）”。“可以通过”的意思是你可以驾驶飞船从虫洞的一端进入，穿过喉再从另一端飞出。这也是科幻小说中常见的情境。
在电影《超时空接触》中，艾丽穿过虫洞，来到了看起来似乎与自己童年时期画过的一幅画非常相似的海滩边，还见到了自己早已去世的父亲。
根据广义相对论，建立类似虫洞的数学模型是非常容易的。事实上，如果你把描述黑洞周围引力场的公式外推到事件视界内，你会发现其实黑洞就是一个可以通向另一个宇宙的虫洞。难点在于维持这个虫洞张开，直到你可以顺利的通过它。在一般的黑洞中，虫洞喉会很快崩塌，你会坠入奇点然后死去。
不过让我们假设你已经克服了这个问题，建立了一个连接宇宙中两点的可以通过的虫洞。接下来，你可以让虫洞的两端尽可能靠近。假设虫洞的一端位于地表，而另一端位于地球轨道上。宇航员利用这个虫洞往返于空间站和他家。记住一点，近地表的时间流速要慢一些。这意味着虫洞其中一个端点上时间的流速要比另一个端点快。这种时间差会逐渐积累。宇航员会发现，从地球出发前往太空所用的时间比从太空回地球时用的时间要少一些。过大概一年之后，这里会出现了一个封闭类时曲线。最终，宇航员可以穿过虫洞，然后给过去的自己发一个无线电信号。宇航员可以在早上9：00时离开地球，然后在早上8：59时到达空间站。之后，她可以给地球上发一个信号，告诉自己今天不用来工作了。这就造成了类似祖父悖论的困境。
《神秘博士》中登场的哭泣天使可以把受害者传送到过去的某个时间点。
不过除了祖父悖论外，广义相对论中还有一个定理认为，虫洞是永远不可能允许物体通过的，除非你可以用负能量来维持虫洞开启。这个说法的原因在于，想象一下以不同的角度向虫洞的一个端点内射入一道光线。一开始光线是汇聚的，但是当光线从虫洞的另一个端点射出时，它们就变成了发散的。这意味着虫洞内部的引力场会使光线散焦。但是通常，具有正能量的物质产生的引力场会使光线汇聚。为了防止虫洞崩塌，你需要有负能量的反引力物质。这听起来很奇怪，因为普通的物体都具有正质量，因此根据质能方程（E=MC^2），它们也具有正能量。
量子力学：你可以有负能量
根据史蒂芬霍金的理论，如果你所在的时空在起始时不存在时光机，那么你永远不可能建造一台时光机，除非你有负能量。看起来谜题似乎解决了。既然自然觉得所有物质都具有正能量，时光机就不可能被造出来了。这个看似完美的解释只有一个小问题，就是它的前提条件是错的。
除了广义相对论，我们解释宇宙的另一个得力理论就是量子力学。而如果你知道一些量子力学的知识，例如电磁场相关的，你就会明白你可以制造出负能量。一个经典的例子是卡西米尔效应（Casimir effect），这个效应已经在实验室中被观测到了。如果你将两个导电平板贴得足够近，这两个平板之间就会出现负能量密度。当然，平板之间的负能量密度要远小于平板本身的正能量密度。但是只要有负能量存在，之前霍金的理论就不成立。
热力学第二定律：时光机？想都别想！
但是在量子力学的体系之下，建造时光机依然存在问题。在我自己的研究中，我认为热力学第二定律会是一个阻碍。热力学第二定律告诉我们永动机是不可能造出来的，自然界存在着一些不可逆的过程。物理学家定义了“熵”这个概念来描述宇宙在给定时刻的无序程度。根据热力学第二定律，随着时间流逝，熵值总是增加的。
即使黑洞也遵循这一定律的某个版本。黑洞的熵值与其事件视界的面积成比例。换句话说，黑洞的表面积，和黑洞外所有物质的熵值，都会随时间增加。用来描述黑洞熵值的公式由雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）和史蒂芬·霍金共同提出，被称为广义第二定律（Generalized Second Law，GSL）。在我的论文中，我从数学上证明了GSL具有普遍的适用性。
但是还有很重要的一点，那就是你不需要用黑洞来论证视界的热力学。这个结论适用于所有的观察者。如果某一区域永远在某人的视野之外，那么这一区域就在这名观察者自己的视界外。完全不需要提到黑洞。例如，如果你坐在一艘加速飞行的宇宙飞船里，那么只要你的领先得足够多，那么有一些光线将永远不会追上你。这些光线就在你的视界之外。这种视界被称为Rindler视界。
在宇宙学中也会发生类似的事情。宇宙的膨胀是不断加速的。这就意味着如果另一个星系离我们足够遥远，那么无论等待多长时间，我们都永远无法观测到它。这种现象被称作宇宙视界或者de Sitter视界。在你生命中的每一个瞬间，你都会进入某个遥远星球上生活着的外星人的视界。
但是令人惊讶的是，和黑洞一样，所有这些不同种类的视界都遵循热力学第二定律。这与如何定义视界无关。这些视界面和观察者能看到所有物体的熵值，都会随着时间而增加。广义第二定律依然适用。
因此根据广义第二定律，建造一台时光机是不可能的。假设你可以在时空中构建一个封闭类时曲线。那么这条曲线本身会有一个视界。要解释这一点，需要你想象一下如果你沿着封闭类时曲线移动，你会看到什么：你进入太空舱，系好安全带，飞向虫洞口；然后穿过虫洞回到你起始时的时间和空间。你一次又一次的穿越虫洞，重复这段旅程（这其中还有很多复杂的问题需要解决，不过先忽略它们，反正我们只是要利用“观察者”这一概念来解释封闭类时曲线的轨迹）。
现在假设星际代理公司（译注：作者虚构的公司）打算从远处的一颗星球上给你发一段无线电信号。随着信号向你靠近，时间也在逐渐流逝。信号发射地距你越遥远，它抵达的时间也越晚。另一方面，你自身的时间却没有流逝。
封闭类时曲线示意图。
我画了一张图来解释这个场景。上图中展示的是一个包含封闭类时曲线的宇宙。光（绿色实线）沿着45°角移动；两条蓝色的短线段是可通过的虫洞的两个端点；曲曲折折的红色实线是你穿从太空中飞向虫洞口的路径；虚线是你穿越虫洞时的运动轨迹；实线和虚线围起来的部分是封闭类时曲线；黑色的圆锥代表视界，将可以进入封闭类时曲线的信号与无法进入的信号隔绝。视界会随着时间的流逝逐渐缩小。
视界（一条区分事物能否被封闭类时曲线“看到”的边界）在封闭类时曲线形成之前就已经存在了。在很久很久以前，视界是一片非常大的圆形区域，然后视界会以光速收缩。因为视界的收缩，它的熵值也会减小。根据广义第二定律，系统中其它部分的熵值必定会增加。问题在于，熵值的下降是不会停止的，而增加的熵值无法弥补这种下降。因此，时光机的存在违反了广义第二定律。
所以根据广义第二定律，时光机是不可能存在的。而且根据这个定律，还有很多东西也是不可能存在的。比如不可能存在可通过的虫洞（即使它不作为时光机），因为穿过虫洞的轨迹的视界是不断收缩的；而基于类似的原因，你也不可能造出曲速引擎。对科幻迷来说，对于给你们的梦想泼冷水这事儿我感到非常抱歉，没办法事实就是这个样子。
根据广义第二定律，《星际迷航》中使用的曲速引擎是无法实现的。
你还可以利用广义第二定律推出时间开始于大爆炸，并终止于黑洞奇点。否则，观察者的视界就不能满足广义第二定律。老实说，没有人真正了解奇点附近的物理学定律，因此我关于这方面的研究内容只是一种推测。可以想象，即使广义第二定律适用于目前已知的任何情况，它在奇点附近也会是错的。不过这点我可不敢打包票。毕竟，总有些东西会阻止你杀掉你的祖父。
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中国人为什么造不出一流的轿车发动机？
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中国人为什么造不出一流的轿车发动机？是理念还是工艺，又或是材料的掣肘？又或者是投资力度的不够？
其实说到底，中国人在卫星频繁上天，蛟龙入海，嫦娥登月……都已经得心应手的情况下，就汽车发动机的研发条件来说，理念也好，工艺材料也罢，甚至在投资资本的准备角度上来看，已经很充足了，以中国人的聪明勤劳和才智，完全能够掌握世界一流汽车发动机理念工艺和技术。然后，掌握了理念工艺和技术，并不意味着我们就能够研发出一流的发动机，因为我们面临的是一个与技术无关的障碍，那就是专利！”
通往一流汽车发动机的道路上，布满了发达国家挖出来的专利陷阱。我们能够想得到的方案，别人都已经抢注了专利。我们要想走过去，要么只能是购买别人的专利，这与我们现在引进整机技术并没有什么差异；象大家经常垢病某某国产车引进国外的技术，一脸的怒其不争，其实完全没有必要，毕竟民用产品不同军用品，山寨了就要挨官司的。近年来，关于国产车和洋品牌之间的产权官司频频发生，想来大家也明白什么回事了吧？
要么就是在专利之间寻找空隙，这根本就是事倍功半的买卖。象奇瑞和吉利能做到今天的成绩，其实已经很不容易了。因为要做一个产品难，做好一个产品更难，做好一个能绕过专利甚至能创新注册专利的产品更是难上加难。
比如多点电喷技术，我们根据已有的资料，再加上对进口发动机的逆向工程，攻克这项技术并没有多大的困难。可是攻克下来之后呢？我们根本就不能将其应用于我们的发动机，因为你一旦使用了，就是侵权。
还有以下问题：一，我们能不能保证我们开发出来的技术比博世、福特的更先进，或者至少和他们一样先进？如果做不到，那么我们在发动机上使用，本身就处于劣势了；第二，多点电喷只是发动机技术的一项，我们能不能保证在100项技术中都获得这样的突破？第三，博世也好、福特也好，他们的技术都是多年积累下来的，他们累计投入的开发费用是我们的几十倍、上百倍。在这样的情况下，自主研发还真不如购买专利进行制造。毕竟轿车发动机是民用品，有可替代性和互换性。可用可不用，同国计民生关联不大！
总之;研发自主技术的世界一流发动机，这是一个听起来很美好的目标，有诱惑性也有陷阱的目标。放在企业的自身规划里进行，按市场规律操作没问题，但用国家机器去干预，绝对是脑袋进水的行为！
& & 因为说到底；发动机的研发不仅仅是一个技术问题，还涉及到大量的专利壁垒。由于中国在汽车行业是后来者，前面能够走的路都已经被别人贴上标签了，你想走过去，就得给别人交买路钱。如果别人感觉你有可能会威胁到他们的利益，他们甚至会连买路钱都不收，直接拒绝你从这条路上通过。
& & 要想彻底绕开别人的专利，就只有独辟蹊径，提出一套全新的设计理念。但是，全新的理念是那么容易产生的吗？国外汽车巨头有技术、有经验、有资金，他们提不出来的理念，凭什么中国车企拍拍脑袋就能够提出来？把巨额的资金投入到这种完全没有把握的事情上去，根本就是一种无谓的冒险。
& & 如果仅仅是存在困难，那么出于掌握技术的目的，集中资源进行突破，也是可以成功的。作为一个工业大国，在汽车这样一个领域里不能永远都作为跟随者，总得努力去与国际同行一争高下。可问题在于；燃油轿车本身已经是夕阳工业，地球上的石油很快就会用磬，而新能源技术又面临着井喷，在这个时候把大量的资源投入进来，就完全没有必要了。
想想看，如果集中最优秀的人才，花费数以百亿计的资金。最终开发出一款最优秀的汽油发动机，而轿车动力的主流却变成了新能源，这样的技术，岂不就变成了鸡肋？
所以，到现在为止，大家也看到了，轿车主流朝着新能源方向转化，比亚迪和特斯拉在同步地厮杀。不是说传统的轿车马上就没得玩了，但别人在吃肉，自已好歹也能喝口汤，不会说扔了一大笔钱，仍然看着别人吃肉，自已连口汤也喝不上吧！在对待轿车发动机国产化这个问题上，TG还是看得透的，不要动辄就跟着一些脑残们以为轿车发动机都做不好，就认为歼二十是模型，神舟是纸糊的。那样不科学，也不利于智商的发育！
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一次性的，做工粗
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TG吧天赋点都分配到卡车的柴油机上去了
汽油机是什么？能吃吗？
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TG吧天赋点都分配到卡车的柴油机上去了
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然也！柴油机才是国计民生的大事！
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中国的基础工业现在差距还很大，发动机这种东西就是工业水平的集中体现，要走的路还很长
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管理效果比合资车差
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敢情你只看了标题就回复了。
就汽车发动机的工业基础，中国同外国的差距还真不大。中国同世界差距大的是航空发动机。
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说的太对了，地球上的石油很快就会用磬，而新能源技术又面临着井喷。
汽油机别造了，航发别造了，用化石燃料的机子全都下马，赶紧琢磨曲速引擎才是正道。
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一口吃不成大胖子
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其实还可以了。比王师还差些。但除了几个老牌汽车制造国的汽车发动机，就轮到TG了
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汽车发动机的珠穆朗玛在德国、法国、日本、意大利，差距很明显，大小也是相对的
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卡车柴油机技术很过硬？
这话你说的有底气么
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楼主说的是实情
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差距还不大呢，俩油机离了日本美国全都得的窜稀。
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问题出在市场竞争力上吧。。引入国外品牌和技术，一方面促进了汽车行业的进步，另一方面却挡了自主品牌的发展。。。后起企业和老牌强手放在同一市场上进行竞争，除非利用技术拐点，否则短时间内难以超越，能保证生存慢慢追赶就可以了。。
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我就奇怪一个&&特别的现象&&那种同一厂家生产的汽车 合资品牌和自主品牌差距就不小~
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卡车柴油机技术很过硬？
这话你说的有底气么
卡车柴油机相对而言，TG比轿车汽油发动机有底气多了。虽然不是世界第一，但应付自家使用足够了。现在路上跑的大卡，九成是国产货，从发动机底盘到车厢，全国产的。
因为我就是苦逼的大卡司机一枚，所以稍有发言权。
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就是有楼主理念这种人太多，导致中国发动机不行的。
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卡车柴油机相对而言，TG比轿车汽油发动机有底气多了。虽然不是世界第一，但应付自家使用足够了。现在路上 ...
开大车还是很辛苦的！
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wxsn78 发表于
卡车柴油机技术很过硬？
这话你说的有底气么
轿车柴油发动机，法国佬很牛B。
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汽车发动机的珠穆朗玛在德国、法国、日本、意大利，差距很明显，大小也是相对的
德国是全方位的领先，法国是大排量的领先，日本和意大利玩小排量的，日本玩平民轿车，意大利玩豪车，除了对德国的MTU要进行必要的引进，你说说日本和意大利的算什么？关计国计民生么？
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卡车柴油机相对而言，TG比轿车汽油发动机有底气多了。虽然不是世界第一，但应付自家使用足够了。现在路上 ...
现在很多高端的卡车，相当部分的柴油公交车，用的都是康机或者MAN机吧，还有斯堪尼亚的
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卡车柴油机相对而言，TG比轿车汽油发动机有底气多了。虽然不是世界第一，但应付自家使用足够了。现在路上 ...
核心的东西都素歪果仁的，就赚点加工费。
通俗点讲呢，本朝造汽车走的是神州电脑的路子。
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德国是全方位的领先，法国是大排量的领先，日本和意大利玩小排量的，日本玩平民轿车，意大利玩豪车，除了 ...
日本意大利的柴油机本国用的还少么。
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本帖最后由 响鬼 于
20:37 编辑
好多鱼一看标题以为是队友就直接咬上来了。还是那种熟悉的格式。
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说的太对了，地球上的石油很快就会用磬，而新能源技术又面临着井喷。
汽油机别造了，航发别造了，用化石燃 ...
造不出---------是指没有国家层面的投资研发制造。不等于不让民间资本按经济规律进行运作。TG干涉过奇瑞吉利的引进和创新没有？拒绝过给各大车厂贷款没有？
没有原子弹没有航发就会让人掐着脖子，但没有奔驰宝马有丰田尼桑，没有丰田尼桑有奇瑞吉利。该咋过就咋过！实在不行就挤公交！没公交就骑自行车，没自行车就走路！
当然，我支持你研发曲速引擎，真心的，精神上的支持！
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有人总要转到离不开美曰，特别是日本，中国用日零件叫依赖，日本用中国稀土叫没能力，还必须卖。
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和欧美日比还有差距，但是自己用足够了，现在国产车很多是自主发动机。
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轿车柴油发动机，法国佬很牛B。
在欧洲柴油动力轿车多
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一砂 发表于
卡车柴油机相对而言，TG比轿车汽油发动机有底气多了。虽然不是世界第一，但应付自家使用足够了。现在路上 ...
我估计有9.9成。单位每天有上百辆卡车进出，除了送液化空气的是沃尔沃，其他都是国产。
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所以要搞纯电车。。。。。
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一直认为纯电动汽车离实用化还有几年，混合动力还是有市场的。设想用小型燃机作为原动机，不就可以规避你说的汽油机专利陷阱了？
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本帖最后由 定力下棋 于
21:02 编辑
造不出---------是指没有国家层面的投资研发制造。不等于不让民间资本按经济规律进行运作。TG干涉过奇瑞 ...
又给扣成负分了，换个号。
丰田一年研发经费500多亿，国内企业10来亿，你看有什么门路可以给多贷点不？
您别提啥引进技术了，这话一说就露怯。因为技术从来就引进不来的，这个是人家的立国之本，人家怎么可能教给你。就美国人好点愿意教咱们些，一汽同学就进步的比较快，欧日国家嘴巴闭得那叫一个紧。
当年钱老搞火箭不搞飞机就是因为我国的工业基础太差，歪果仁那工业革命上百年不是白混的，想把进步寄托在人家身上只能是做梦。
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fffttt123 发表于
一次性的，做工粗
外国的不是一次性的？
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卡车柴油机技术很过硬？
这话你说的有底气么
卡车还行吧，玉柴什么的，潍柴什么的都行，而且054a都敢上全柴动力。。
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一砂 发表于
敢情你只看了标题就回复了。
就汽车发动机的工业基础，中国同外国的差距还真不大。中国同世界差距大的 ...
最大的是火箭发动机。等长六升天可以缩短20年。
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LZ压根就不知道专利是咋回事儿……
专利是什么？专利事已公开实现方法换取有限的保护期！专利有时间、地域限制，不是申请专利后就能永远得利。保护期最长的发明专利，其保护期不过20年；单就汽车发动机行业而言，绝大部分原理性的核心专利都已过保护期，新专利大多是原理的实现方案，可以说没有过不去的坎，只是想不想努力而已，毕竟专利墙不是那么好绕的。
国内企业的根本问题不是专利墙太高而是经验太少，开始认真搞车用汽油机的时间不超过10年，这点儿时间能吃透、玩转一款发动机已经很牛了；现在就要求中国拿出媲美德日最新款的发动机无疑是痴人说梦。拿韩国企业做个比较：韩国到现在也没拿出过一款明星动力，但你不能否认韩国车企还是比较成功的。
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超大游击队员
征夷将军 发表于
中国的基础工业现在差距还很大，发动机这种东西就是工业水平的集中体现，要走的路还很长
路一直很长，但是也不要妄自菲薄~
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超大游击队员
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