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银河系时空旅行者到底是谁?我翻了三天资料,发现答案比科幻小说还离奇

上周半夜刷到一个帖子,有人在问:“如果银河系里真的存在时空旅行者,会是谁?”我本来想划走,结果脑子里突然蹦出一个念头——说不定我们自己就是,这想法一出来,觉都没睡好,干脆爬起来翻资料,结果发现,这个问题还真不是随便问问的,天体物理学家们已经争论了几十年。

先说清楚,我们聊的不是科幻电影里开着飞船穿越虫洞的那种,我们要找的,是在银河系尺度上经历过显著时间膨胀效应的实体——按照爱因斯坦的说法,时间和空间是一块布,速度越快、引力越强,布就弯得越厉害,时间也就走得越慢。

银河系时空旅行者到底是谁?我翻了三天资料,发现答案比科幻小说还离奇

第一嫌疑人:银河系中心的致密天体

要说银河系里谁经历的时间最“慢”,你得往银心看,那里有一个叫做人马座A*的超大质量黑洞,质量大约是太阳的四百万倍,引力大到什么程度?如果你能站在它的事件视界边缘(假设你不被撕碎的话),你过一小时,外面可能已经过了几百年,从这个意义上说,人马座A*本身就是银河系里最极端的“时间旅行者”——它周围的时空弯曲程度,足以让任何靠近它的物质被动地穿越到未来。

但等等,黑洞自己不会写旅行日记,我们也没法跟它对话,所以科学家们更感兴趣的,是那些在极端条件下运动的粒子。

第二嫌疑人:宇宙线中的高能粒子

这就聊到了一个让我起鸡皮疙瘩的事实,银河系里充满了被称为“宇宙线”的高能粒子流,大部分是质子,也有一些是像铁核这样的重离子,它们被超新星爆发之类的宇宙灾难加速到接近光速——有多接近?99.9999%的光速那种。

根据狭义相对论,在这种速度下,时间膨胀效应极其显著,我做了个简单的换算,列在下面这张表里,你一看就明白:

粒子类型 典型速度(光速的百分比) 粒子经历1年的时间跨度
普通恒星(如太阳) 08% 约1年
超新星抛射物 3% 约1.0005年
银心轨道高速星 8% 约1.003年
高能宇宙线质子 9999% 约2236年

你看最后一行。一个宇宙线质子自己“感觉”只过了一年,我们的时钟已经转了两千多圈。它就这么静悄悄地从银河系那头跑到这头,对它自己来说可能就是打个盹的功夫,而人类文明已经更迭了好几轮,这不就是实打实的时空旅行吗?

第三嫌疑人:那些“不该存在”的粒子

更让人挠头的是所谓的“膝区粒子”,银河系磁场按理说约束不住能量太高的粒子,它们应该会逃逸出去,但观测数据显示,有些超高能粒子就是留下来了,仿佛“凭空出现”,1987年,超新星1987A爆发时,日本的超级神冈探测器和美国的IMB探测器提前几小时收到了中微子信号——中微子先于光到达地球,这在当时引起了不小的波澜,有人甚至翻出费米实验室1970年代的高能中微子异常数据,觉得这些粒子可能走了某种“捷径”。

银河系时空旅行者到底是谁?我翻了三天资料,发现答案比科幻小说还离奇

不过冷静下来想想,中微子先到完全可以用星体内部过程来解释——核心塌缩时中微子先跑出来,光子被外层等离子体困住了,要过几个小时才冲破,但这并不妨碍我们保留一份浪漫的想象:如果有一种粒子能在额外维度中穿行,它在我们这个四维时空里看起来就像是瞬移,那些偶尔撞到探测器上的反常高能粒子,说不定就是“抄近道”过来的时空旅行者。

答案可能就在你身上

写到这里我突然意识到一件事,我们身体里的每一个原子,除了氢之外,几乎都是在恒星内部聚变、然后在超新星爆发中被抛射出来的,那些铁原子、氧原子、碳原子,都曾在接近光速的冲击波里被加速过。如果把这些原子当成独立的实体来看,它们每一个都经历过极其微小但确实存在的时间膨胀。

我们身体里有些原子的“固有时间”比地球年龄还短那么一点点——它们确实是从过去“慢悠悠”地走到了我们的现在,从这个角度讲,每个抬头看银河的人,自己就是一群微小时空穿越者的集合体。

天文学家卡尔·萨根说过的那句话突然变得特别好懂:“我们都是恒星物质。”但现在我想给它加个注脚——我们都是经历过时间旅行的恒星物质,不用造什么曲率飞船,银河系早就给了我们最朴素也最深奥的时空旅行样本,它就藏在你每一次呼吸里,藏在每一颗掠过夜空的流星里,也藏在那些看不见的高能粒子静静穿过你身体的瞬间里。

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