霍金解讀愛因斯坦的『蟲洞』理論 霍金日前在一篇探討如何建造『時間機器』的文章中,探討了幾種『穿越時光』的可能性,首先是利用『蟲洞』,其次是利用黑洞讓時間變慢,第三是讓物體接近光速運動。...">
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霍金日前在一篇探討如何建造『時間機器』的文章中,探討了幾種『穿越時光』的可能性,首先是利用『蟲洞』,其次是利用黑洞讓時間變慢,第三是讓物體接近光速運動。
霍金認為,時間旅行意味著我們要經過第四維,即時間。怎樣纔能發現穿越第四維的通道呢?科學家們所稱的『蟲洞』是一個通道。自然界中,縫隙無處不在。時間也存在許多微小裂縫、褶皺和空洞。它們可以連接兩個隔離的空間以及兩個不同的時間。部分科學家認為,或許有一天捕捉到一個蟲洞,將它放大數萬億倍,能讓人甚至飛船進入。如果蟲洞的兩端在同一個地方,且由時間而非距離分離,飛船就能在地球附近自由往來於過去與未來之間。
霍金確信通向未來的時間旅行是可行的。愛因斯坦曾發現,物質會減緩時間運行速度,物體越重,對時間的阻力越大。引力無窮的超大質量黑洞會對時間產生顯著影響,使其減緩的速度遠遠超過銀河系中的任何物體,因此它是臺『天生的時間機器』。
另一種時間旅行方式是制造出超高速火車和軌道,使之盡可能接近光速。假設它接近光速,列車上的時間相對於地球變得減緩,列車上一切物體的活動將都變慢。
新言論
穿梭時空未必是夢
『人類有一天能夠實現時空穿梭,極速進入未來!』據英國《泰晤士報》5月3日報道,英國著名物理學家史蒂芬·霍金日前發表言論探討穿梭時空,指出如果能打造一艘接近光速在宇宙飛行的太空船,就可以讓船上乘客飛向未來。
霍金舉人造衛星為例,指出衛星在軌道運行時,由於受地球重力影響較小,衛星上的時間比地上時間稍快。此外,在瑞士地下的大型強子對撞機內,本身壽命極短的粒子,被加速至接近光速運行時,壽命竟然延長了三十幾倍。
由此,霍金設想出一艘大型極速太空飛船,可在1秒內加速至時速9.7萬公裡,逐漸在6年內加速至光速的98%,達到近30萬公裡/秒的速度。這時在太空船上過一天,等於地上過一年。
船上的乘客其實是飛向未來,實現名副其實的時空穿梭。這艘飛船可以載著乘客在他們的有生之年內到達遙遠的星系,能夠在80年內到達銀河系的邊緣。
霍金將這艘巨型飛船稱為『相對論飛船』,因為它將利用偉大物理學家愛因斯坦的相對論理論。
愛因斯坦在狹義相對論中提出,時間不是絕對的和普遍的,測量兩個事件的時間間隔取決於觀察者如何運動。
如果物體加速運動,它們經過的時間都會慢下來,汽車、飛機等物體的加速達到的效果幾乎忽略不計,但霍金提出的這艘特殊飛船由於接近光速,時空穿梭的效果將會十分強大。
在暢談人類極速進入未來的同時,霍金否定了人類可以回到過去的想法,指出這種理論違背了原因在結果之前發生的基本規則。如果一個人真的能通過穿梭時空回到過去,那他同時也否定了自己的存在,『相當於把自己謀殺了』。
引爭議
現實研究仍然不著邊際
蟲洞是根據愛因斯坦相對論預測的連接時空中兩個不同地點的假想『隧道』或捷徑,本版展示的三維圖輪廓集中呈現了這一點:負能量將時間和空間拖入一條隧道入口,並在另一個宇宙出現。蟲洞在三維空間是不可見的。
史蒂芬·霍金這位有著『愛因斯坦之後世界上最傑出的腦子』的理論物理學家,在這篇文章中詳盡分析了人類如何利用自然規律來建造時間機器,最後結論聲稱,人類駕馭時光在理論上可行,但所需條件包括太空中的蟲洞或速度接近光速的宇宙飛船。
除去當代最重要的廣義相對論家、身殘志堅的宇宙學無可爭辯的權威外,霍金還是個極能引起爭議的科學人物。和他過往那些言論的遭遇一樣,『時間機器可能出現』的話題再度引起軒然大波。
而在所有關於科幻的想法裡,這一直是最令人激動的:誕生於深厚的科學基礎又引發了科學的悖論,科學泰斗們為爭辯它像孩子一樣斗嘴,物理學每一個前沿發展幾乎都要成為它的靈感,而它的現實研究仍然不著邊際。
這就是時間機器與在時光中旅行。
談歷史
『蟲洞』與時間旅行
在霍金探討的幾種『穿越』的裝置中,蟲洞肯定要列舉榜首。因而無需避諱生澀,但凡談到時間機器,就繞不開『蟲洞』。
1935年,阿爾伯特·愛因斯坦和內森·羅森寫了一篇論文,指出了一個廣義相對論允許他們稱為『愛因斯坦—羅森橋』、而我們現在多稱為『蟲洞』的東西。蟲洞是一個連接宇宙遙遠區域間的時空細管,由暗物質負責維持著出口的關閉與敞開,於根源上提供了時間旅行的可能性。換句話說,只要能夠建造一個穩定的蟲洞,就可以跨越時間和空間。
在我們小時候,接受『宇宙』這個普及概念時,被灌輸以惟一性,即是說我們提到宇宙時,總是指現有科學手段能觸及的那一個。但對蟲洞的理解要建立在接受多維宇宙和空間的概念上。已知我們的宇宙由時間和空間構成,首先想象在此空間的架構上,比普通三維空間的長、寬、高三條軸外,又多出了一條時間軸,就構成四維時空。
因為人類對於周遭世界的感受通常局限於三維,我們只能在腦海中構想用手把時空卷曲起來,在『時空A點』和『時空B點』之間,連起一條近路——而這條路,存在於三維宇宙空間以外的第四維。
霍金舉出了一個形象的例子,我們日常開車直線行進等於是在『一維空間』中行進,而左轉或右轉等於加上『二維空間』,至於在曲折蜿蜒的山路上下行進,就等於進入『三維空間』。穿越時光隧道就是進入『四維空間』。
在科普巨著《時間簡史》中,霍金闡述:一個時空旅行者可利用相對於地球靜止的蟲洞作為從事件A到B的捷徑,然後通過一個運動的蟲洞返回,並在他出發之前回到地球。粗略來說,其實講的就是一個人借助時間旅行裝置回到了過去。
嘆眼前
時間旅行難於上青天
在這篇文章中霍金強調,時間旅行所需的蟲洞就在我們四周,存在於空間與時間的裂縫中,因為太小而難於看見。因為一個基本的物理法則認為:宇宙萬物非平坦或完全實心的,一切物體均會出現褶皺裂隙。其道理同樣適用於時間,時間的細微褶皺和空隙,成就了蟲洞。但這是在最小刻度下——比分子原子都小的『量子泡沫』中的空隙,即使發現了它們,我們也不能從這個縫隙穿過。
所謂蟲洞型時間機器,就是源於部分科學家認為,或許某一天觀察到一個狹小蟲洞,有能力將它放大數萬億倍,令其足夠的大,以致人甚至飛船進出。不過人們相信,穿過蟲洞也是令人非常不愉快的。蟲洞極不穩定,微小的擾動都可導致坍塌,通過者則將被徹底拋棄在時空之中。而且,在時空結構中制造出一個『蟲洞』,可能需要一顆恆星或相當於幾十顆原子彈的能量,甚至還需要掌控負能量,這也不是現代科技可以辦到的事情。
超大質量黑洞被霍金喻為是臺『天生的時間機器』,其強大引力對時間具有顯著的影響,令其減緩的速度遠遠超過銀河系中的任何物體,而且不會激發悖論。但最臨近的一個,銀河系中最重的天體、質量相當於四百萬個太陽的超大質量黑洞,在距離地球2.6萬光年遠的地方。
另一種時間旅行方式,就是人類建造貨真價實的時間機器。宇宙中存在的速度限制是每秒鍾18.6萬英裡(約合30萬公裡),這就是光速,科學界一個成熟的理論原則就是任何物體不能超越這一速度。
『無論是否相信,以接近於光速的速度旅行可以將你送達未來世界。』霍金如是說。位於瑞士日內瓦的大型強子對撞機、費米實驗室的粒子加速器能使粒子做到這一點,但出現一列達到這種速度的火車,可能性微乎其微。然而,這已經是霍金口中『最有希望的』方式了。
看未來
科技探索的漫長之路
即使在早前,當時並不對時間機器感冒的霍金,卻不願和人打賭咬定說穿梭時光沒有可能,理由竟是他擔心對手到過未來知曉答案。這當然是玩笑,但霍金最近的文章公布後,卻大有聲音駁斥他想在時間中逆行是匪夷所思。
對此,德國EMAT物理研究所研究員泰尼·田認為,因為時間機器的科幻性質,有許多不同領域的物理學家都樂意將其當做自己的課餘研究,其中有樂趣消遣的因素,但也有其嚴肅的部分。因為盡管具體裝置確實讓人摸不著頭腦,但對這一令人尊敬的理論嗤之以鼻是完全沒有道理的。時間原本不存在方向性,它能給人以『向前流逝』之感,是因為我們所處的宇宙是在不斷演化的。人們總是以天體物理學來探求宇宙的生存演變規律,也許正是潛意識中想了解控制這種規律。
至於多維空間的真實性,有一個很生動的比喻:一個人工智能機器人生活在我們周圍,它的程度只能理解到二維,那它就處在二維世界了嗎?同理,我們只能感知到三維,那我們確實生活在三維中嗎?
對於宏觀世界裡時間旅行,現實技術水平的確還稱不上皮毛,但也正因此,現在就確定其中任何一個環節在真實世界不可能實現,未免太早。
諾貝爾物理學獎得主費曼的那句『如果有人說他懂量子力學,那他是在撒謊』,讓每個使用費曼路徑積分公式(量子力學的代用公式)的人汗顏。大師且如此,還請你我等拭目以待,看科技將怎樣許人們一個過去和未來。(據《科技日報》、《法制晚報》)
新聞鏈接:科幻版的時間機器什麼樣?
幸而,在時間機器的探索征途中,總能沿路播撒給人們安慰和驚喜,同時具備科學真實且發人深省的科幻作品就是其一。即使單純從藝術的表現手法來看,『時光之旅』題材中亦不乏卓越之作。從原理上追溯,時間旅行與時間機器本不應是任何邊緣科學或業餘幻想,但這二者能廣為人知卻離不開科幻作品的推動力。
1.回到未來1895年,英國人H·G·韋爾斯在《時間機器》中,描述了一位科學家乘坐時間機器到達80萬年後的未來,這是第一次正式展示出了時空旅行的可能性。由這部巨作改編成的電影,至少有三個版本。因為小說《時間機器》的空前影響,韋爾斯在當時甚至被稱之為『可以看到未來的人』,那部能穿梭時空的時間機器,成為時間旅行或控制時間系統的代名詞。
《回到未來》可謂穿越時空類電影的鼻祖。主人翁馬丁和布朗博乘坐時間機器在過去與未來間穿梭,並與那個時空的人產生交互行為,從而引起時空的分枝,創造出與原時空不同的結局。
2.時光倒流在這之後,癡迷於時間旅行的人們卻漸漸對前往未來不那麼感興趣了,人們開始想象回到過去,即『時光倒流』。例如,美國作家巴拉德就在所著《歲月倒流》中描寫了主人公詹姆斯·福克曼由1963年到1901年的一生——從死亡倒退到他的出生。
時間旅行悖論的爭議,就是在『時光倒流』中存在的介入歷史問題上開始的。法國科幻作家赫內·巴赫札維勒1943年在《不小心的旅游者》中用來描述這種情況的例子,成為後來科學界著名的『祖父悖論』:假設你回到過去,在自己父親出生前把自己的祖父母殺死,因為你祖父母死了,就不會有你的父親,你也就不會出生。這個矛盾經常被用來打擊時間旅行的概念。
3.蝴蝶效應在科幻作品中,這種改變歷史對現實造成的影響,非但沒有弱化,反而成為主題。以著名的《蝴蝶效應》系列的第一部為例,盡管被很多人列為最愛,但其展示的試圖乾預歷史的後果卻讓人渾身發冷:主角年少時的資料就是他的時間機器,可藉此一次又一次回到從前,改變他所認為的命運轉捩點,然而重返現實他卻發現命運由此脫軌滑向另一條岔路,甚至比原來的生活更令人瘋狂。無論怎樣精心設計歷史,只要出一小點控制以外的事,都能使現實的人生發生翻天覆地的變化,這也是此片名的由來。