時間旅行理論與時間旅游的實現(xiàn)

1、時間旅行理論與時間旅游的實現(xiàn)時間旅行將如何實現(xiàn)可能再沒有比時間旅行更能發(fā)揮人們想象力的概念了。時間旅行即達到過去或者未來任意時刻的能力， 還有什么比這更棒的嗎？您 可以乘坐時間機器回到過去，親歷歷史上的重大事件并和當事人交 談！您會去看誰呢？凱撒大帝？達芬奇？還是貓王（Elvis）?您可以回-到從前和早先的自己見個面，也可以到達未來看看自己今后的樣 子正是這種種可能使時間旅行成為眾多科幻書籍和電影的主題。其實從某種意義上說，我們都是時間旅行者。當您無非是坐在桌 前點點鼠標的時候，時間正在您身邊流逝著。將來不斷變成過去，現(xiàn) 在只是彈指一揮間。您目前所做的一關于時間旅行的想法已經(jīng)存在了 幾個世紀，

2、但是直到阿爾伯特愛因斯坦發(fā)表了他的狹義相對論以后， 才奠定了時間旅行在理論上的可能性的基礎。 大家都知道，目前還沒 有人成功示范過時間旅行，但也同樣沒有人能夠否定它的可能性。在本篇博文中，我們將了解一下時間的概念以及圍繞時間旅行可 行性的各種理論。認識時間正如天文學家卡爾 薩根(Carl Sagar)所說，時間是 不能被簡 單定義”的。很多人認為我們知道時間是什么， 但是它確實難以定義。 時間看不見，摸不著，然而您可以觀察它的效果。一切都在證明時間 的流逝：我們的身體正在衰老，建筑會風化瓦解，樹木越長越高。很 多人都有為了趕工期而忙碌工作，或者急著去赴約的經(jīng)歷，從中我們 感受到時間的壓力。我們

3、的生活常常受要在什么時間達成什么樣的目 標這樣的要求所驅使。大多數(shù)人在被問到時間的定義時很可能會去看自己的手表或者 鐘表。我們認為時間就是這些裝置里表針的滴滴答答的走動。我們知道1分鐘有60秒，1小時有60分，1天有24小時，1年有365天， 這些是我們在小學就記住了的時間的基本數(shù)字。時間也被定義為我們宇宙的第四維度。其他三個維度都是描述空 間的，包括上下、左右和前后的維度。時間不能脫離空間而存在，同 樣空間也不能脫離時間而存在。這種時間和空間的內在聯(lián)系被稱為時 空連續(xù)統(tǒng)，它意味著宇宙中發(fā)生的任何事件都會同時涉及到時間和空 間兩個方面。根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，當一個物體的速度接近光速時，時間

4、就會變慢。于是許多科學家相信以高于光速的速度航行會為回到過 去和進入未來創(chuàng)造可能。問題在于光速被認為是物體運動速度的極 限，因此我們還是不大可能回到過去。當一個物體的速度接近光速時， 物體的相對論質量會隨之增加，到物體達到光速時質量即成為無窮。 而使一個無窮質量的物體再加速是不可能的，至少現(xiàn)在看起來是這 樣。但是在另一個方向上的時間旅行就不是那么困難了。也許有一天未來將可能成為一個旅行的目的地 時間旅行的方法多年以來，盡管作家們構想出了許多關于時間機器的絕妙想法， 但是現(xiàn)實生活中還沒有這樣的機器問世。 大部分時間旅行的理論根本 不需要依靠機器。反之，時間旅行很可能會通過某種能將我們在瞬間 從一

5、個時間點傳送到另一個時間點的自然現(xiàn)象完成。這些我們甚至還 不能肯定存在的空間現(xiàn)象包括：旋轉黑洞蟲洞宇宙弦我們將在后續(xù)章節(jié)一一考察它們。黑洞當質量超過我們的太陽四倍以上的恒星走到生命的盡頭并燃盡燃料時，它們就會在自身重量的壓力下塌縮。黑洞”就在這種猛烈的壓縮中產(chǎn)生了。它們的引力場如此之強，以至連光都不能逃脫出去。 任何接觸黑洞視界的物體都會被吸進去。 視界是黑洞的邊界，它里面 的所有東西都不能逃脫。您可以將黑洞的形狀想象成是一個蛋卷冰淇淋。它上面大，下面 逐漸變細，最后縮成一點，稱為奇點。在奇點上，物理定律不復存在， 所有物質都被壓縮得面目全非。這種非旋轉的黑洞叫做史瓦西黑洞， 以此紀念德國天文

6、學家卡爾史瓦西(Karl Schwarzschild)。另一種理論上可能存在的黑洞叫做克爾黑洞。克爾黑洞是旋轉 的，它可以作為時間旅行或通往平行宇宙的入口。1963年，新西蘭數(shù)學家羅伊 克爾(Roy Kerr)首先提出了旋轉黑洞的現(xiàn)實理論。該 理論認為，即將滅亡的恒星會塌縮成一個旋轉的中子環(huán)，此中子環(huán)將提供足夠的離心力以阻止奇點的形成。由于這樣產(chǎn)生的黑洞不存在奇 點，克爾認為人們進入它是安全的，不會被中心無限強大引力壓碎。如果克爾黑洞真的存在，那么我們就有可能進入它們并從白洞” 里穿出。白洞的行為和黑洞相反。就是說，白洞會利用某些具有負能 量的奇特物質將大量東西從自身拋出并推離， 而不是將它們

7、用引力拉 進來。這些白洞將成為我們進入其他時間或其他世界的方法。就目前我們對黑洞的少量知識來說，克爾黑洞是很可能存在的。 然而，加利福尼亞州理工學院的物理學家基普 索恩(Kip Thorne)認 為克爾黑洞的形成是違反物理規(guī)律的。他表示進出一個黑洞是不可能 做到的，任何試圖進入黑洞的物體都會被吸進去，甚至在到達奇點之前就已經(jīng)被毀滅了蟲洞索恩相信宇宙中可能存在另外一種作為時間旅行之門的隧道式結構。如果蟲洞或稱愛因斯坦-羅森橋(Einstein-Rosen Bridge®真的 存在的話，則它們被認為是最有希望用于時間旅行的結構。它們不僅能使我們在時間中穿梭，還能讓我們用比常規(guī)空間旅行方法

8、少得多的 時間從地球到達許多光年之外。愛因斯坦的相對論是蟲洞的可能性的基礎。相對論指出，任何質量都可以使時空發(fā)生彎曲。為了理解這種彎曲，請想象兩人用雙手拽 住一張傳單的四角并用力拉使其繃緊。如果有人在床單上放一個棒 球，棒球會由于其重量滾到床單的中間，并在停止的地方使床單發(fā)生彎折?，F(xiàn)在若將一粒彈球放置在這張床單的邊緣，則它會因為床單的彎折而向棒球滾去。請將空間想象為一個被彎折的二維平面。 兩個物體向時空施加足 夠的作用力，從而制造出一條連接宇宙中相距很遠的兩點的通道：圖中所示的蟲洞即由此產(chǎn)生。蟲洞/地球I 暫 l TT天狼星超空間'K °Mr地球至天狼星的 常規(guī)空間距離:90

9、萬億公里在這個例子中，空間被表示為一個二維平面而不是實際上組成時 空的四個維度。現(xiàn)在想想床單被折疊了起來，但上下兩層之間留有一 定的空隙。將棒球放在上層會導致彎折的形成。 如果在下層床單的與上層棒球位置對應的地方放置一塊等質量的物體，則這第二塊物體最 后會和棒球相遇的。此過程類似于蟲洞可能形成的方式。在空間中，位于不同位置向宇宙施加壓力的質量最后可以共同形 成一條通道一一這就是蟲洞。然后我們就可以比較快地（在人有生之 年以內）從地球出發(fā)到達另一個星系并返回。例如假設這樣的情形： 我們要去天狼星，您可以在獵戶座正下方的大犬座中看到這顆恒星。 天狼星距離地球大約9光年，也就是約90萬億公里。顯然，

10、太空旅 行者們無法在有生之年穿越如此漫長的距離并返回報告它們在那里 的見聞。目前，人們到達太空種最遠的地方是月球，它距地球只有約 40萬公里。如果能找到一條將我們連接到天狼星附近空間的蟲洞， 那么我們就會因為省去了常規(guī)太空旅行需要跨越的數(shù)萬億公里路程 而大大縮短旅行時間。那么這一切和時間旅行有什么關系呢？如前所述， 相對論指出當 物體的速度接近光速時，時間就會變慢?？茖W家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使以 太空船的速度飛行，宇航員也可以提前幾納秒進入未來。為理解如何 進行時間旅行，請想象兩個人甲和乙。甲待在地球上，而乙隨飛船出 發(fā)。起飛時，兩人的手表已經(jīng)精確對準。乙乘坐飛船的速度越接近光 速，時間對于乙流逝得

11、就越慢（相對甲而言）。如果乙以50%的光速 只飛行幾個小時后就返回地球，則對兩人都顯而易見的是甲老得比乙 快得多。兩人年齡差別的原因是乙的速度更接近于光速，時間對于甲比對于乙要流逝得快很多。甲經(jīng)過了多年的這段時間，對乙來說可能 只是數(shù)小時而已。更多關于這個雙生子佯謬的內容請參見狹義相對論 的基本原理。如果發(fā)現(xiàn)了蟲洞，它可能會使我們能夠完成到過去和未來的旅 行。其工作原理如下：假設蟲洞的洞口是可以移動的。那么在上例中 以50%光速在太空中飛行了幾小時的乙可以將一個蟲洞口帶入太空， 而另一端的蟲洞口將和甲留在地球上。 在乙飛入太空的過程中，兩人 一直可以看到對方。幾小時后乙返回地球時，對甲來說可能

12、幾年已經(jīng) 過去了?，F(xiàn)在甲通過被帶入太空的蟲洞會看到自己早些年的樣子，就是乙升空的那一年。這種方法的絕妙之處在于，一旦穿越蟲洞，年老 的甲可以回到過去，而年輕的乙則會進入未來宇宙弦另一個支持我們往返于時間的理論涉及到宇宙弦的概念，它是普林斯頓大學的物理學家理查德 高特(J. Richard Gott)于1991年提出 的。顧名思義，宇宙弦是好像絲線一類的東西，一些科學家認為它們 形成于早期的宇宙。這些弦可能橫貫整個宇宙，并且承受著數(shù)萬億噸 的極大壓力。這些比原子還要細小的宇宙弦會對靠近它的物體產(chǎn)生巨大的引 力。附著在宇宙弦上的物體會以難以置信的速度運動。 宇宙弦的引力 能夠彎曲時空，因此它們可以

13、用于時間旅行。通過將兩條宇宙弦相互 拉近，或者將一條宇宙弦向一個黑洞拉近， 則有可能使時空發(fā)生足夠 的扭曲從而產(chǎn)生封閉的類似時間的曲線。這樣，利用由兩條宇宙弦或者一條宇宙弦和一個黑洞產(chǎn)生的引 力，一艘宇宙飛船就可以變成一架時間機器， 將自己推回過去。為此, 飛船將繞宇宙弦旋轉。盡管如此，現(xiàn)在對于宇宙弦是否存在以及以何 種形式存在的問題，仍然是眾說紛紜。高特自己也說，即使僅退回過 去一年都需要一段包含半個星系質能的宇宙弦。而且，任何時間機器也不能回到比它產(chǎn)生的時間更早的從前。時間旅行存在的問題如果我們有朝一日真能為時間旅行發(fā)展出一套可行的理論，那 么同時我們也就制造了稱之為悖論的非常復雜的問題。

14、所謂悖論就是自相矛盾的事情，這里是兩個常見的例子：為討論方便起見，我們不妨假設您可以回到出生以前的時間去。 您可以在出生之前存在這個事實本身就造成了一個悖論。如果您在I960出生，那您怎么可能會在1955年就出現(xiàn)了呢?可能最著名的悖論要算是祖父悖論了。 要是一個時間旅行者回到 他出生以前的過去并且殺死了自己的一個祖先會怎樣呢？如果此人 已經(jīng)殺死了自己的祖父，那么他還怎么可能活著回去殺人呢？我們若 能改變過去，無數(shù)的悖論就會接踵而來。另一種關于時間旅行的理論引入了平行宇宙或多重歷史的觀點。假設您真的回到過去，見到了那時還是個孩子的您的祖父。 根據(jù)平行 宇宙理論，您到達的可能是另一個和我們的宇宙相似的宇宙， 但從此 以后發(fā)生的一系列事件會開始有所不同。 例如，如果您回到從前殺死 了一個自己的祖先，您只是在一個宇宙里殺死