2012-5-15 02:18
wilson015
時間機器何時啓程
“時間旅行是可行的，而且我們知道如何去完成它。”保羅•戴維斯（Paul Davies），這位或許是繼斯蒂芬•霍金（Stephen Hawking）之後最知名的物理學傢一邊這樣說，一邊把我們請進他位於悉尼的辦公室，他目前在澳洲工作和生活。爲瞭與他會面，本刊記者一直飛到瞭澳大利亞，因爲這位英國科學傢已經構想出瞭世界上第一臺時間機器，並在他最新出版的書中描述瞭製造這臺機器的方法。
時間機器當然還沒有被造出來，因爲還有一些尚待解決的技術和政治問題。不過這部機器所需的大部分零件已經散佈在世界上最先進的研究實驗室裏瞭。
保羅•戴維斯身著方格襯衫，頭髮和鬍子梳理得整齊講究，表情堅定自信，讓人一眼就能看出是個典型的英國人。他在談起時間旅行就像在談論一個人們僅僅因爲懶惰而沒有去充分利用的機會，好像這臺機器已經準備就緒，隻等首批“時間旅行傢”去駕馭它。
相關理論源自這樣一個觀念：像三維空間一樣，時間是一個可變的維數。這也是1905年愛因斯坦提出的《相對論》的核心思想，在戴維斯看來，正因爲這樣，我們已經掌握瞭時間旅行的公式將近一個世紀。
人們如何才能進行時間旅行呢？
“相對論爲我們提供瞭在未來時光中旅行的兩種方法。一個是以高速進行運動，由於這種運動而造成的時間扭曲，狹義相對論對此做出瞭解釋。如果我們有一艘速度達到光速99.99999%的飛船，就可以在6個月內進入西元3000年。”這種旅行是相對論的結果，它與著名的“雙生子佯謬”有關，也是愛因斯坦理論的一個直接結果。孿生兄弟中的哥哥以接近光速開始其太空旅行，而弟弟留在傢裏。哥哥到達10光年以外的目的地之後立即以同樣的速度返航。
對於留在地球上的弟弟來說，時光流逝瞭20年，也就是哥哥以近光速旅行所花去的時間。但對於旅行中的哥哥來說，時光流逝的速度卻要慢得多。事實上，相對論告訴我們，時間會隨著速度的增加而放慢步伐。對於哥哥來說時間僅僅過去瞭3年，當他回到地球上時，就會發現自己已經跨進瞭17年後的未來時光中。
按照這些理論，人們能夠以非常接近光速的速度旅行，但實際上可以達到這麽高的速度嗎？
在這方面沒有任何禁區，隻是一個成本問題。爲瞭把一個10噸重的負載加速到光速的99.9%，需要使用100億億焦耳，這相當於全人類幾個月的能源生産總量。”
進一步接近每秒30萬公裡速度的成本當然會更高。
因此，隻要我們擁有必要的資本就可以向未來出發？
“我不排除我們能做到這一點，在太空中有取之不盡用之不竭的能源，隻要我們去開發它們。這實際上成瞭一個政治問題：做出對太空進行必要的技術研究和開發的決定，以便使人類能夠利用宇宙中大量的能源。但是還有另外一個問題：以高速系統進行的時間旅行或許隻能進入未來卻沒有辦法回來。事實上，假如我們的超級太空船到達瞭西元3000年後再返航，有可能隻會在地球的未來時光中又跨出瞭一大步。”
這是因爲時間旅行並不取決於運動的方向，而隻取決於它的速度。
相對論提供的另一個時間旅行的方法是什麽？
“這個方法是愛因斯坦1908年以廣義相對論提出來的，這個理論將狹義相對論進行擴展，其中包含瞭重力對時光産生的多種效應。新理論令人驚訝的結論在於重力會使時間放慢，而我們也可以驗證這一點，比如地球的重力每300年可以讓鐘錶慢1微秒。1976年，物理學傢羅伯特•維索特（Robert Vissot）和馬丁•列文（Martin Levine）向太空中發射瞭一枚載有時鐘的火箭，他們觀察到這個時鐘與放置在地球上同樣的時鐘相比，多獲得瞭1/10微秒。爲瞭在未來的時光中旅行，隻要利用那些強度遠高於地球重力的引力場，比如中子星的引力場。中子星是那些在耗盡自身的燃料之後，由於受自身質量的影響而收縮到隻相當於原來體積很小一部分的天體，但它們的總體質量仍維持在一個很高的水平；其中一些中子星僅比地球上的一座城市大一點兒，但其質量卻超過瞭太陽。它們自身強大的重力使其原子變成瞭一堆中子，這種重力作用會産生比地球重力影響要明顯得多的時間扭曲：中子星上的7年相當於地球上的10年，因此，隻要讓我們的飛船到達這樣一顆中子星上（比如位於巨蟹星雲中的那一顆）就會在未來的時光中邁出一大步。但問題是我們如何能造出一艘能抵抗中子星附近極其惡劣條件的飛船來。在這種情況下，我們同樣也無法從未來時光中返航。”
假如我們想進入過去的時光中呢？
“相對論也允許在過去的時光中旅行。對於廣義相對論來說，時空可以被彎曲到與其自身聯接的地步，因此可以在時間和空間中創造‘封閉曲線’。
第一個勾劃出封閉時間曲線的人是愛因斯坦的一個朋友、奧地利數學傢庫爾特•戈德爾（Kurt Goedel）。他在解算相對論中關於引力場的方程式時，發現在空間中可以找到一條通向旋轉著的宇宙的螺旋體軌道。不過他解出的方程式答案需要假定宇宙處於旋轉狀態，而今天人們卻認爲宇宙並不旋轉。但他的功勞在於證明瞭相對論並不排除物質的一個粒子，從理論上也包括人類，可以到達過去的時光以及從將來的時光中返回。”
事實上，戈德爾寫道：“乘座一艘飛船沿著一條足夠寬廣的航線往返旅行，我們可以到達過去、現在以及未來時光中的任一個地區並返回。”在看完朋友解方程式的結果後，愛因斯坦也承認，在構思廣義相對論的過程中，這種時空中存在可讓人回到過去的封閉曲線的可能性曾折磨瞭他很久。
但是戈德爾的想法建立在一個錯誤的前提上，即宇宙是旋轉的。這樣的話，我們又該如何進入到過去的時光中呢？
“戈德爾提出的旋轉說法並不是我們拜訪祖先的惟一手段。最新的理論當中就有‘蟲洞’說（wormhole），這是給黑洞起名的美國天文物理學傢約翰•維勒（John Wheeler）提出來的。蟲洞是空間結構中的一條捷徑，它可以在光到達之前將兩個非常遙遠的點聯接起來，因此這也是通過一條捷徑進入過去時光的一個方法。”
光速實際上是一個無法逾越的極限，任何物體，甚至包括資訊也無法以更快的速度運動。所以，如果我們能夠搶先在出發地的資訊到來之前到達某個地方，那我們就可以說完成瞭一個進入過去時光的旅行，這是因爲我們剛到目的地不久，我們的過去就會追上我們，或者更精確地說，是我們出發時那個時刻的資訊追上瞭我們。可是如果資訊是以光速旅行，我們又能如何在它之前到達某個地點呢？我們走一條光不認識的捷徑，走更短的路。這就是蟲洞的含義所在：它是聯結宇宙中兩點的、光無法通行的捷徑。但是人們能隨心所欲地製造蟲洞嗎？
從科學幻想到科學
在由美國天文物理學傢卡爾•薩根（Carl Sagan）於上世紀80年代創作的小說《接觸未來》（Contact）中，一組科學們收到瞭一個來自外星人更先進文明的無線電資訊，這個資訊包含的內容指導人類製造一臺機器，它可在地球與相距26光年的天琴座α///星之間建立一個蟲洞。這部小說後來被改編爲同名電影，由朱迪•福斯特（Judy Foster）擔任主角。
在電影中，女主人公登上瞭一艘飛船，它被一個類似巨型離心機的渦輪吞沒，然後飛船飛速穿過一條隧道，在幾分鐘內就來到瞭天琴座α星所處的銀河系中心。在小說中，薩根並沒有進一步描述製造那樣一條時光隧道的細節，爲此他請教自己的朋友、加州理工學院的理論物理學傢基普•索恩（Kip Thorne），自己在小說中關於利用蟲洞作爲穿越時空捷徑的幻想是否有理論依據。在薩根科學幻想的激勵之下，索恩及其合作者們開始研究這種可聯接兩個遙遠時空區域的蟲洞的功能細節。最後他們成功地創建瞭蟲洞的理論模型，這些蟲洞保持開放的時間，足以讓“時光飛船”穿越它們而又不會讓其內部巨大的重力將飛船摧毀。
需要某種能抵抗重力、保持蟲洞暢通的東西。
索恩的解決辦法就是反重力，反重力物質（廣義相對論實際上對此也有過論述）可以讓蟲洞保持暢通。索恩及其同事們創建的模型與衆所周知的物理學理論沒有任何對立之處，這項探索還引發瞭大量延續至今的研究。
在這些研究中就包括保羅•戴維斯的構思，他想製造一臺能在實驗室裏創造蟲洞的機器，它們是進行時間旅行所必需的通道。
時間旅行的悖論
可在過去的時光中旅行的可能性引發瞭一些真正的、令人著迷的、從表面上看又無法解決的矛盾。最簡單的就是：一名時間旅行者回到瞭過去，殺死瞭當時還是個女孩的親生母親，可這樣一來，他卻無法出生也就無法完成這個謀殺瞭。這些矛盾讓因果關係概念陷入困境，建立在因果邏輯關係上的科學也同樣難以立足。斯蒂芬•霍金以他的“時序保護臆測”給這個問題劃上瞭一個句號：自然界總會找到一個阻止人們到過去的時光中去旅行的辦法。
保羅•戴維斯則相信隨後的事件可以影響先前的事件，但前提是隻有那些沒有因果關係的事件之間才能形成一些閉合的時間線。比如，一位富豪的財富來自於1個世紀前幫助過他曾祖母的施恩者，他乘時光飛船到過去的時光中去尋找這位好心人，在見到曾祖母之後他向對方說明自己是個時間旅行者，爲使對方相信，他給曾祖母看瞭一張他從未來時光帶來的報紙，曾祖母看到瞭報紙上面的股票價格後開始投資股市並因此而給後代帶來巨大財富，富商終於明白自己就是那位施恩者。這個例子對於戴維斯來說並不是一個問題，但弑母的那位時間旅行者帶來的難題就無法解決瞭，任何人都不可能殺死自己的先輩。時間旅行問題專傢大衛•多伊奇（David Deutsch）則用量子物量學的一些定律來解答這些矛盾。在亞原子世界裏，量子的不確定性占主導地位：一個電子撞擊一個質子既可能轉向左邊也可能轉向右邊，其間並無規律可循。在一些物理學傢看來，這種不確定性造成瞭宇宙的多重性，每次一個電子轉向右邊的時候就和一個轉向左邊的電子形成一個新的宇宙。在多伊奇看來，前述的矛盾可以同樣的方式來解決：如果時間旅行者幹預瞭歷史，宇宙就會分成兩個或更多的分支，那個被殺死的母親就會到另一個平行的宇宙裏，而不會進入到弑母者歸屬的那個宇宙中。