“如果一個人申請經(jīng)費(fèi)去研究時間旅行,他立刻就被解雇了。” 霍金在他最后一本著作《對大問題的簡明回答》(Brief Answers to the Big Questions)中寫道?;艚饘ΜF(xiàn)實的看法無疑是對的,然而,他對這一問題的追尋也是對的——時間旅行是否不僅僅存在于魔法世界中,而是一個可以通過科學(xué)的路徑逐漸接近的嚴(yán)肅問題。
霍金認(rèn)為,我們目前對于時間本質(zhì)的理解并不能排除時間旅行的可能性,他對此抱著謹(jǐn)慎的樂觀態(tài)度。所以,雖然我們現(xiàn)在還不能建造一個時間機(jī)器,但是在未來呢?
在日常生活中,我們理所當(dāng)然的給家人和朋友打電話,隨時隨地跟他們閑聊此刻正在發(fā)生的事情,無論他們處于天涯還是海角。然而事實上,我們永遠(yuǎn)無法知道他們的“此刻”,通訊信號攜帶著聲音和圖像以不可思議的速度傳播,但是要抵達(dá)我們,仍然需要有限的時間。
無法抵達(dá)另一個人的“此刻”,是愛因斯坦時空理論的核心。
光速是絕對的,然后時空呢?
愛因斯坦告訴我們,時間和空間都是時空的一部分,我們應(yīng)該像思考空間的距離一樣,來思考時間的距離。這聽起來似乎有些奇怪,當(dāng)有人問我們北京離上海有多遠(yuǎn),我們會回答說“坐高鐵大約5小時”,也就是說,高鐵需要大約5個小時的時間才能走完這段距離。
正如物理學(xué)家Brian Cox和Jeff Forshaw在他們的書《為什么E = mc2?》中寫道的那樣,時間和空間可以通過光速互相轉(zhuǎn)換。愛因斯坦的智慧的飛躍是,假定從時間到空間的轉(zhuǎn)換率在宇宙中是普遍的,而這個速度就是光速。
光速是任何信號可以達(dá)到的最快傳播速度,為我們能夠多快地知道宇宙中其它地方正在發(fā)生什么設(shè)定了一個基本限制,也產(chǎn)生了我們感知到的因果關(guān)系——結(jié)果總是發(fā)生在原因之后,先有因,后有果。對于時間旅行來說,這是一個嚴(yán)重的理論阻礙。因為如果一個人能夠穿越時間回到過去,他就可以讓一些事件發(fā)生,例如阻止自己的出生,而這就將果(這個人的存在)置于因(這個人的出生)之前。
如果光速在整個宇宙中是相同的,那么我們測量到的光速必然是相同的——真空中為299792458米每秒——無論我們自身在以多快的速度行進(jìn)。愛因斯坦意識到,如果(聯(lián)系時間和空間的)光的速度是絕對的,那么時間和空間本身將不可能是絕對的。事實證明,運(yùn)動的時鐘必然比靜止的時鐘走的更慢。
你移動的速度越快,那么相對于經(jīng)過的那些時鐘,你手中的時鐘將走得更慢?!?strong>相對”是問題的關(guān)鍵:對你而言,時間似乎仍然一如往常地流逝;然而對于靜止的其他人,你都將處于慢動作狀態(tài)。如果你是以光速移動,那么你將仿佛凍結(jié)在時間里——而在你眼中,其他人都處于快進(jìn)模式。
如果我們超過光速移動會怎么樣呢?會像科幻小說中所說的那樣,時間將會倒流嗎?
不幸的是,需要無限大的能量,才能將人類加速到光速,更不要說超越光速了。然而,即便我們可以超越光速,時間也不會簡單地倒流,而是無論談?wù)摃r間是向前還是向后流淌,都將變得毫無意義。因果律被違反,因和果的概念也將失去意義。
蟲洞
愛因斯坦還告訴我們,質(zhì)量扭曲時間和空間的方式導(dǎo)致了引力。向一個區(qū)域內(nèi)塞入的質(zhì)量越多,時空彎曲的越嚴(yán)重,附近的時鐘走的更慢。如果塞入足夠的質(zhì)量,時空將變得如此彎曲,以至于光也無法逃離它的引力拉拽,于是,一個黑洞就形成了。如果靠近黑洞的邊緣——黑洞的視界,那么相對于無限遠(yuǎn)處的時鐘,黑洞附近的時鐘將會走的無限緩慢。
所以,我們能夠以恰好正確的方式讓時空彎曲,以至于讓時空逆轉(zhuǎn)回自身,逆著時間行進(jìn)嗎?
答案是,也許可以,我們需要的彎曲是一個可以通行的蟲洞。但是,我們也需要產(chǎn)生一處具有負(fù)能量密度的區(qū)域讓蟲洞穩(wěn)定存在,19世紀(jì)的經(jīng)典物理學(xué)阻止這一點的實現(xiàn),而現(xiàn)代的量子力學(xué)或許不會。
根據(jù)量子力學(xué),真空不空,相反,真空中充滿了不斷產(chǎn)生和湮滅的粒子對。如果我們可以讓一個區(qū)域比其他地方有較少的粒子對產(chǎn)生和湮滅,這個區(qū)域?qū)⒕哂胸?fù)的能量密度。
然而,找到一個結(jié)合量子力學(xué)與愛因斯坦的引力理論的一致理論仍然是理論物理學(xué)中最大的挑戰(zhàn)之一。弦理論——或者更準(zhǔn)確地說是M理論,或許會提供另一種可能性。
M理論要求時空有11個維度:我們生存于其中的一個時間維和三個空間維,還有其他七個維度,蜷縮到小的難以看見的程度。我們能夠利用剩余的維度作為時間和空間的捷徑嗎?至少霍金是抱有希望的。
所以時間旅行真的有可能嗎?我們目前的理解不能排除這種可能性,但答案或許是否定的。
愛因斯坦的理論無法在非常小的尺度上描述時空的結(jié)構(gòu)。盡管自然法則常常與我們的日常經(jīng)驗完全沖突,這些理論卻總是自洽的——只為在時間旅行中混淆因果這樣大量存在的悖論留下很小的空間。
盡管霍金對時間旅行有著玩笑般的樂觀態(tài)度,他也承認(rèn),未被發(fā)現(xiàn)的物理定律終有一天會取代愛因斯坦的理論,這些新的理論或許會阻止像你我這樣的大型物體順著(或是逆著)因果定律在時間中來回跳轉(zhuǎn)。這被稱之為“時序保護(hù)猜想”(chronology protection conjecture)。
無論未來的商店內(nèi)是否有時間機(jī)器,我們?nèi)匀豢梢砸赃@些知識聊以自慰——當(dāng)我們攀登高山或者在汽車內(nèi)飛速前行時,我們改變了時間流淌的速度。
所以,我們并非在假裝自己是一個時間旅行者,我們事實上已經(jīng)在時間中旅行,只是并非如希望的那樣而已。
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