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科学家最大的梦想建造时间机器

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发表于 2014-12-29 08:33:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
科学的发展实现了古人神话中的飞天梦,21世纪人类的思想更是飞得更高更远了。在有限的生命时间里漫游宇宙,为了实现一个心愿回到过去或走进未来,也就成为人类殷切期望实现的下一个梦想。爱因斯坦在科学理论上曾经告慰人们说,回到过去和走进未来是可能的,只要有一个稳定的虫洞,即一条贯穿空间和时间的隧道,人就可以跨越时间和空间。然而,跨越时空的旅行真的有可能实现吗?幻想里的时间机器能够制造出来吗?许多人对时间旅行在理论上可行的说法都表示怀疑。


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 时间旅行充满了诱惑力。遗憾的是,一直以来时间机器都只是一种幻想,因而处于主流科学的边缘。但是在最近几年,时间旅行开始成为一些理论物理学家的个人研究爱好。其中,享有盛名的理论物理学家保罗・戴维斯就颇有把握地向人们宣告:“时间旅行是可行的,而且我知道如何去完成它。”对于制造时间机器,我们首先需要弄清楚的问题是,你是想回到过去还是飞到未来。理论上到未来旅行是很容易的,当你以接近于光速运动或者身处强大的引力场中时,你就会感到时间走得比其他人更缓慢,这就使得你有机会进入到他们的未来。因此,戴维斯在《怎样制造时间机器》一书中非常肯定地指出,飞向未来的“有限时间旅行”是可行的,但回到任何时代的“无限时间旅行”只是“有可能可行”。


  为此,戴维斯满怀信心地决定去尝试设计和制造出时间机器。他把建造虫洞的梦想分为三步。首先是寻找或建立一个虫洞,开辟一个隧道把太空中的两个不同区域联结起来。第二步是使虫洞稳定下来,由量子产生的负能量可以使虫洞允许信号和物体安全地穿越它。负能量会使虫洞变为密度无穷大或接近无穷大,也就是说,它能阻止虫洞演变成黑洞。最后一步是牵引虫洞,用一艘具有高度先进技术的太空船将虫洞的入口互相分离。如果两个端口都放置在空间中合适的地方,那么时间差将保持恒定状态。假设这一差值是10年,一名宇航员从一个方向穿越虫洞,他将跳到10年后的未来;反之,宇航员若是从相反的方向穿越虫洞,他将跳到10年前的过去。 根据科学家的描述,虫洞是弯曲时空中连接两地的一条假想捷径,它有两个洞口。如果假设一个洞口在地球附近,另一个洞口在26光年外织女星轨道附近,那么这两个洞口间通过超空间的隧道连接而成的虫洞,其长度可能只有1000米。也就是说,假如我们从地球附近的洞口走进隧道前往织女星,我们只需经过1000米的路程即可到达目的地。对这一条理想化的时间旅行捷径,有不少物理学家表示怀疑。因为,按照爱因斯坦场方程的预言,虫洞的寿命非常短暂,而且在强大辐射的轰击下,它会比以往收缩、关闭得更快,快得就像根本不曾存在过一样。此外,物理学家还没有弄清楚虫洞的曲率是否真的能够通过扭曲作用让真空涨落成为奇点,从而打开虫洞。在自然界中,物理学家并没有发现类似的虫洞生成的方式,他们找不到什么理由去相信宇宙包含了任何会产生虫洞的奇点。即使存在这样的奇点,也无法理解两个奇点能在遥远的超空间里相遇而形成理想化的虫洞。



  物理学家的这种怀疑不无道理。理想中假设的在两奇点间出现的超空间,以及可以贯穿虫洞的具有负能量密度的奇异物,都是很难实现的、理想化的难题。既然时空曲率相当于引力,那我们大致上可以这样理解:两个奇点的引力相互作用导致了时空曲率,或者说两奇点间的时空被压缩了。例如,织女星远在26光年外,地球与织女星的这段路程是直线距离,通常的航天器要飞抵织女星,它的航程实际上并不是直线的。如果织女星与地球间的距离被弯曲到1000米,那么,两个洞口处的引力之大是非常惊人的。这就难以想象,处于洞口附近的地球是如何抵御虫洞(尽管它不会演变成黑洞)引力而不被它吞噬掉的呢?至于负能量问题,根据物理学家在最近十几年来所做的一些理论研究显示,由量子效应产生的负能量物质是不可能无限制地加以会聚的,它们会聚得越多,存在的时间就越短。如此说来,虫洞没有负能量物质则不能稳定,有了太多的负能量物质也会不稳定。


  对于建造虫洞,有的科学家并不乐观。法国的黑洞专家约翰・皮尔・卢米涅把它喻为“图形游戏”时指出,“我们必须重新考察真实世界与其数学表述之间的关系,或者说土地与地图之间的关系这个微妙问题”。这是因为,物理方程的解并不是一定在真实世界中存在的。他认为,虽然科学史曾多次证明,今天看来是荒谬的东西明天可能成为普遍接受的事实,但时间倒退的旅行简直是对常识的侮辱。


  除了技术上存在如何开通安全的虫洞通道以及能否造出时间机器的难题外,时间旅行中遭遇到的“外祖母悖论”也是人们热衷于谈论的话题。那么,时间旅行者究竟能不能干预历史呢?霍金认为,物理定律会制止你干预历史,即使你要把外祖母推下悬崖,她也不会掉下去。有的人则认为时间旅行者可以干预历史,一切都可以重来。例如,戴维斯便认为可以用多宇宙理论来解决“外祖母悖论”出现的矛盾。在戴维斯看来,世界不仅仅只有一个,而是有许多个平行的世界。当你回到过去,你所看到的并不是你自己的世界,而是和你的历史相似的另一个世界。所以,即使你在那个世界打死了自己的母亲,但当你回到自己的现实世界时,她不但依然活着,而且还生下了已经长大成人的你。

  诚然,平行宇宙的说法看起来是一个很不错的理论,在许多个各自运行的平行宇宙里,几乎每一个时空中都有一个不同的“我”,那个时空的“我”虽然死了,但这个时空的“我”仍然是活着的。或者可以这样说,在现实中死去的人,在地狱里有一个“他”,在天堂里也有一个“他”,在别的什么时空里还有另一个身份和年龄都有所不同的“他”。这种事情听起来很荒唐,但有不少物理学家却相信平行宇宙是存在的,而且还认为它的存在是有科学依据的。20世纪50年代,物理学家在观察量子的时候发现,他们每次观察的量子状态都不相同,这就是量子的不确定性。由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成的,科学家由此推测,既然每个量子都有不同的状态,那么宇宙也有可能不是只有一个,而是由多个类似的宇宙组成。但是,如此类推进行假设的话,上帝、神仙以及妖魔的存在也是可能的了?在古人的描述中,上帝、神仙以及妖魔的行为不是更具有量子的特征吗?

  以实验结果为依据进行推测并不是放诸四海而皆准的。在做出上述假设之前,我们应该严谨地思考我们能找到多少可信的依据来支持这种假设的成立。由于实验对象的本质差异,物理学(或者在其他科学领域)中的许多实验是可以重复并且能够在时间上连续进行的。可是,自然界的发展历史或人类社会的发展史却无法进行类似的实验。此外,一个电子在通过双缝实验装置后可以显示出多个数目以及不可思议的位置分布,可我们是否也能由此推测:一个人在通过双缝门之后,也能使我们观测到类似一个电子在双缝实验中所显示出的多个数目吗?


  宇宙或许是对称的,对应于“我们的”宇宙,可能还存在着一个或不止一个“他们的”宇宙。之所以划分为“我们的”和“他们的”宇宙,不仅因为人需要在认识对象身上找出“相互关系”来获得知识,也因为“他们”和“我们”并不是同一类群。因此,这种一分为二的划分并不等同把宇宙看成是多宇宙,对称的宇宙(假设对称)实际上是一个完整的系统。

  事实上,时间旅行所遇到的难题非常明显。宇宙是如何收藏真实历史的动态时空的呢?组成宇宙天体演化过程(含人类社会发展史)的每个片断,是一个信息量大得惊人且操作起来极其复杂的时空系统。宇宙不可能以量子化的形式将所有过去的历史隐藏起来,以便在某个时刻重现某段历史的真实片断来满足时间旅行者的意愿。何况,若是按照戴维斯的多宇宙理论去推测,既然人的世界可以有多个,那么,太阳系、银河系以及本超星系团也应该有多个。以观测到的10000个星系团去推测,观测宇宙到底有多大呢?


  由量子特征得出存在多个平行世界的科学推测,多宇宙理论不禁使人觉得它充满了神的意味。而对于时间旅行和制造时间机器的科学设想,引用丹尼斯・萨顿所说的一句话也许是贴切的:“科学的前沿总是一种由新的真实、合理的假设和轻狂的猜想组成的古怪混合。”
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