時(shí)間旅行理論與時(shí)間旅游的實(shí)現(xiàn)

1、時(shí)間旅行理論與時(shí)間旅游的實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行將如何實(shí)現(xiàn)可能再?zèng)]有比時(shí)間旅行更能發(fā)揮人們想象力的概念了。時(shí)間旅行即達(dá)到過(guò)去或者未來(lái)任意時(shí)刻的能力， 還有什么比這更棒的嗎？您 可以乘坐時(shí)間機(jī)器回到過(guò)去，親歷歷史上的重大事件并和當(dāng)事人交 談！您會(huì)去看誰(shuí)呢？凱撒大帝？達(dá)芬奇？還是貓王（Elvis）?您可以回-到從前和早先的自己見(jiàn)個(gè)面，也可以到達(dá)未來(lái)看看自己今后的樣 子正是這種種可能使時(shí)間旅行成為眾多科幻書(shū)籍和電影的主題。其實(shí)從某種意義上說(shuō)，我們都是時(shí)間旅行者。當(dāng)您無(wú)非是坐在桌 前點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)的時(shí)候，時(shí)間正在您身邊流逝著。將來(lái)不斷變成過(guò)去，現(xiàn) 在只是彈指一揮間。您目前所做的一關(guān)于時(shí)間旅行的想法已經(jīng)存在了 幾個(gè)世紀(jì)，

2、但是直到阿爾伯特愛(ài)因斯坦發(fā)表了他的狹義相對(duì)論以后， 才奠定了時(shí)間旅行在理論上的可能性的基礎(chǔ)。 大家都知道，目前還沒(méi) 有人成功示范過(guò)時(shí)間旅行，但也同樣沒(méi)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(shí)間的概念以及圍繞時(shí)間旅行可 行性的各種理論。認(rèn)識(shí)時(shí)間正如天文學(xué)家卡爾 薩根(Carl Sagar)所說(shuō)，時(shí)間是 不能被簡(jiǎn) 單定義”的。很多人認(rèn)為我們知道時(shí)間是什么， 但是它確實(shí)難以定義。 時(shí)間看不見(jiàn)，摸不著，然而您可以觀察它的效果。一切都在證明時(shí)間 的流逝：我們的身體正在衰老，建筑會(huì)風(fēng)化瓦解，樹(shù)木越長(zhǎng)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(shí)間的壓力。我們

3、的生活常常受要在什么時(shí)間達(dá)成什么樣的目 標(biāo)這樣的要求所驅(qū)使。大多數(shù)人在被問(wèn)到時(shí)間的定義時(shí)很可能會(huì)去看自己的手表或者 鐘表。我們認(rèn)為時(shí)間就是這些裝置里表針的滴滴答答的走動(dòng)。我們知道1分鐘有60秒，1小時(shí)有60分，1天有24小時(shí)，1年有365天， 這些是我們?cè)谛W(xué)就記住了的時(shí)間的基本數(shù)字。時(shí)間也被定義為我們宇宙的第四維度。其他三個(gè)維度都是描述空 間的，包括上下、左右和前后的維度。時(shí)間不能脫離空間而存在，同 樣空間也不能脫離時(shí)間而存在。這種時(shí)間和空間的內(nèi)在聯(lián)系被稱為時(shí) 空連續(xù)統(tǒng)，它意味著宇宙中發(fā)生的任何事件都會(huì)同時(shí)涉及到時(shí)間和空 間兩個(gè)方面。根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，當(dāng)一個(gè)物體的速度接近光速時(shí)，時(shí)間

4、就會(huì)變慢。于是許多科學(xué)家相信以高于光速的速度航行會(huì)為回到過(guò) 去和進(jìn)入未來(lái)創(chuàng)造可能。問(wèn)題在于光速被認(rèn)為是物體運(yùn)動(dòng)速度的極 限，因此我們還是不大可能回到過(guò)去。當(dāng)一個(gè)物體的速度接近光速時(shí)， 物體的相對(duì)論質(zhì)量會(huì)隨之增加，到物體達(dá)到光速時(shí)質(zhì)量即成為無(wú)窮。 而使一個(gè)無(wú)窮質(zhì)量的物體再加速是不可能的，至少現(xiàn)在看起來(lái)是這 樣。但是在另一個(gè)方向上的時(shí)間旅行就不是那么困難了。也許有一天未來(lái)將可能成為一個(gè)旅行的目的地 時(shí)間旅行的方法多年以來(lái)，盡管作家們構(gòu)想出了許多關(guān)于時(shí)間機(jī)器的絕妙想法， 但是現(xiàn)實(shí)生活中還沒(méi)有這樣的機(jī)器問(wèn)世。 大部分時(shí)間旅行的理論根本 不需要依靠機(jī)器。反之，時(shí)間旅行很可能會(huì)通過(guò)某種能將我們?cè)谒查g 從一

5、個(gè)時(shí)間點(diǎn)傳送到另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)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(zhuǎn)黑洞蟲(chóng)洞宇宙弦我們將在后續(xù)章節(jié)一一考察它們。黑洞當(dāng)質(zhì)量超過(guò)我們的太陽(yáng)四倍以上的恒星走到生命的盡頭并燃盡燃料時(shí)，它們就會(huì)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(chǎng)如此之強(qiáng)，以至連光都不能逃脫出去。 任何接觸黑洞視界的物體都會(huì)被吸進(jìn)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(gè)蛋卷冰淇淋。它上面大，下面 逐漸變細(xì)，最后縮成一點(diǎn)，稱為奇點(diǎn)。在奇點(diǎn)上，物理定律不復(fù)存在， 所有物質(zhì)都被壓縮得面目全非。這種非旋轉(zhuǎn)的黑洞叫做史瓦西黑洞， 以此紀(jì)念德國(guó)天文

6、學(xué)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?？藸柡诙词切D(zhuǎn) 的，它可以作為時(shí)間旅行或通往平行宇宙的入口。1963年，新西蘭數(shù)學(xué)家羅伊 克爾(Roy Kerr)首先提出了旋轉(zhuǎn)黑洞的現(xiàn)實(shí)理論。該 理論認(rèn)為，即將滅亡的恒星會(huì)塌縮成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的中子環(huán)，此中子環(huán)將提供足夠的離心力以阻止奇點(diǎn)的形成。由于這樣產(chǎn)生的黑洞不存在奇 點(diǎn)，克爾認(rèn)為人們進(jìn)入它是安全的，不會(huì)被中心無(wú)限強(qiáng)大引力壓碎。如果克爾黑洞真的存在，那么我們就有可能進(jìn)入它們并從白洞” 里穿出。白洞的行為和黑洞相反。就是說(shuō)，白洞會(huì)利用某些具有負(fù)能 量的奇特物質(zhì)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(jìn)來(lái)。這些白洞將成為我們進(jìn)入其他時(shí)間或其他世界的方法。就目前我們對(duì)黑洞的少量知識(shí)來(lái)說(shuō)，克爾黑洞是很可能存在的。 然而，加利福尼亞州理工學(xué)院的物理學(xué)家基普 索恩(Kip Thorne)認(rèn) 為克爾黑洞的形成是違反物理規(guī)律的。他表示進(jìn)出一個(gè)黑洞是不可能 做到的，任何試圖進(jìn)入黑洞的物體都會(huì)被吸進(jìn)去，甚至在到達(dá)奇點(diǎn)之前就已經(jīng)被毀滅了蟲(chóng)洞索恩相信宇宙中可能存在另外一種作為時(shí)間旅行之門(mén)的隧道式結(jié)構(gòu)。如果蟲(chóng)洞或稱愛(ài)因斯坦-羅森橋(Einstein-Rosen Bridge®真的 存在的話，則它們被認(rèn)為是最有希望用于時(shí)間旅行的結(jié)構(gòu)。它們不僅能使我們?cè)跁r(shí)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(shí)間從地球到達(dá)許多光年之外。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是蟲(chóng)洞的可能性的基礎(chǔ)。相對(duì)論指出，任何質(zhì)量都可以使時(shí)空發(fā)生彎曲。為了理解這種彎曲，請(qǐng)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(gè)棒 球，棒球會(huì)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。現(xiàn)在若將一粒彈球放置在這張床單的邊緣，則它會(huì)因?yàn)榇矄蔚膹澱鄱虬羟驖L去。請(qǐng)將空間想象為一個(gè)被彎折的二維平面。 兩個(gè)物體向時(shí)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(yuǎn)的兩點(diǎn)的通道：圖中所示的蟲(chóng)洞即由此產(chǎn)生。蟲(chóng)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(wàn)億公里在這個(gè)例子中，空間被表示為一個(gè)二維平面而不是實(shí)際上組成時(shí) 空的四個(gè)維度?，F(xiàn)在想想床單被折疊了起來(lái)，但上下兩層之間留有一 定的空隙。將棒球放在上層會(huì)導(dǎo)致彎折的形成。 如果在下層床單的與上層棒球位置對(duì)應(yīng)的地方放置一塊等質(zhì)量的物體，則這第二塊物體最 后會(huì)和棒球相遇的。此過(guò)程類似于蟲(chóng)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(zhì)量最后可以共同形 成一條通道一一這就是蟲(chóng)洞。然后我們就可以比較快地（在人有生之 年以內(nèi)）從地球出發(fā)到達(dá)另一個(gè)星系并返回。例如假設(shè)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(wàn)億公里。顯然，

10、太空旅 行者們無(wú)法在有生之年穿越如此漫長(zhǎng)的距離并返回報(bào)告它們?cè)谀抢?的見(jiàn)聞。目前，人們到達(dá)太空種最遠(yuǎn)的地方是月球，它距地球只有約 40萬(wàn)公里。如果能找到一條將我們連接到天狼星附近空間的蟲(chóng)洞， 那么我們就會(huì)因?yàn)槭∪チ顺Ｒ?guī)太空旅行需要跨越的數(shù)萬(wàn)億公里路程 而大大縮短旅行時(shí)間。那么這一切和時(shí)間旅行有什么關(guān)系呢？如前所述， 相對(duì)論指出當(dāng) 物體的速度接近光速時(shí)，時(shí)間就會(huì)變慢?？茖W(xué)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(jìn)入未來(lái)。為理解如何 進(jìn)行時(shí)間旅行，請(qǐng)想象兩個(gè)人甲和乙。甲待在地球上，而乙隨飛船出 發(fā)。起飛時(shí)，兩人的手表已經(jīng)精確對(duì)準(zhǔn)。乙乘坐飛船的速度越接近光 速，時(shí)間對(duì)于乙流逝得

11、就越慢（相對(duì)甲而言）。如果乙以50%的光速 只飛行幾個(gè)小時(shí)后就返回地球，則對(duì)兩人都顯而易見(jiàn)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(shí)間對(duì)于甲比對(duì)于乙要流逝得快很多。甲經(jīng)過(guò)了多年的這段時(shí)間，對(duì)乙來(lái)說(shuō)可能 只是數(shù)小時(shí)而已。更多關(guān)于這個(gè)雙生子佯謬的內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)狹義相對(duì)論 的基本原理。如果發(fā)現(xiàn)了蟲(chóng)洞，它可能會(huì)使我們能夠完成到過(guò)去和未來(lái)的旅 行。其工作原理如下：假設(shè)蟲(chóng)洞的洞口是可以移動(dòng)的。那么在上例中 以50%光速在太空中飛行了幾小時(shí)的乙可以將一個(gè)蟲(chóng)洞口帶入太空， 而另一端的蟲(chóng)洞口將和甲留在地球上。 在乙飛入太空的過(guò)程中，兩人 一直可以看到對(duì)方。幾小時(shí)后乙返回地球時(shí)，對(duì)甲來(lái)說(shuō)可能

12、幾年已經(jīng) 過(guò)去了。現(xiàn)在甲通過(guò)被帶入太空的蟲(chóng)洞會(huì)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(chóng)洞，年老 的甲可以回到過(guò)去，而年輕的乙則會(huì)進(jìn)入未來(lái)宇宙弦另一個(gè)支持我們往返于時(shí)間的理論涉及到宇宙弦的概念，它是普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)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(xué)家認(rèn)為它們 形成于早期的宇宙。這些弦可能橫貫整個(gè)宇宙，并且承受著數(shù)萬(wàn)億噸 的極大壓力。這些比原子還要細(xì)小的宇宙弦會(huì)對(duì)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(huì)以難以置信的速度運(yùn)動(dòng)。 宇宙弦的引力 能夠彎曲時(shí)空，因此它們可以

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

14、所謂悖論就是自相矛盾的事情，這里是兩個(gè)常見(jiàn)的例子：為討論方便起見(jiàn)，我們不妨假設(shè)您可以回到出生以前的時(shí)間去。 您可以在出生之前存在這個(gè)事實(shí)本身就造成了一個(gè)悖論。如果您在I960出生，那您怎么可能會(huì)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(gè)時(shí)間旅行者回到 他出生以前的過(guò)去并且殺死了自己的一個(gè)祖先會(huì)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?nèi)?能改變過(guò)去，無(wú)數(shù)的悖論就會(huì)接踵而來(lái)。另一種關(guān)于時(shí)間旅行的理論引入了平行宇宙或多重歷史的觀點(diǎn)。假設(shè)您真的回到過(guò)去，見(jiàn)到了那時(shí)還是個(gè)孩子的您的祖父。 根據(jù)平行 宇宙理論，您到達(dá)的可能是另一個(gè)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(huì)開(kāi)始有所不同。 例如，如果您回到從前殺死 了一個(gè)自己的祖先，您只是在一個(gè)宇宙里殺死