怎樣建造時(shí)間機(jī)器實(shí)現(xiàn)“時(shí)間旅行”

1、霍金撰文探討如何建筑時(shí)刻機(jī)器實(shí)現(xiàn)“時(shí)刻旅行”繼警告人類勿主動(dòng)與外星人接觸以后，英國聞名物理學(xué)家斯蒂芬-霍金又拋出一個(gè)驚人言論。在一篇探討如何建筑“時(shí)刻機(jī)器”的文章中，霍金詳細(xì)分析了人類如何利用自然規(guī)律實(shí)現(xiàn)“時(shí)刻旅行”的偉大夢想?；艚鸹艚鹫J(rèn)為時(shí)刻是四維的，有一個(gè)小而不穩(wěn)定的通道（蟲洞）可將之聯(lián)通蟲洞是依照愛因斯坦相對(duì)論預(yù)測的連接時(shí)空中兩個(gè)不同地點(diǎn)的假想“隧道”或捷徑，上面的三維圖輪廓集中呈現(xiàn)了這一點(diǎn)：負(fù)能量將時(shí)刻和空間拖入一條隧道入口，并在另一個(gè)宇宙出現(xiàn)。蟲洞至今仍是一種假設(shè)，因?yàn)閺臎]有人見過，但在一些電影中被描述成時(shí)刻旅行的通道，比如星際奇兵(1994年)和時(shí)刻大盜(1981年)，前者將蟲洞描

2、述成宇宙之間有門的隧道，后者則是天體圖中展現(xiàn)了蟲洞的位置。在一篇探討如何建筑“時(shí)刻機(jī)器”的文章中，霍金詳細(xì)分析了人類如何利用自然規(guī)律實(shí)現(xiàn)“時(shí)刻旅行”的偉大夢想。盡管這一概念看起來有些荒誕，但他仍認(rèn)為人類終有一天會(huì)實(shí)現(xiàn)這一夢想。以下是文章要緊內(nèi)容。查找穿越第四維的通道大伙兒好，我是斯蒂芬-霍金，是物理學(xué)家、宇宙學(xué)家及夢想家，盡管軀體不能活動(dòng)，只能通過電腦與大伙兒交流，但從內(nèi)心中我是自由的，自由地探究宇宙，考慮以下重大問題：時(shí)刻旅行是否可行？能否打開一個(gè)回到過去的通道，或找到通向以后的捷徑？我們最終能否利用自然規(guī)律成為掌控時(shí)刻的主人？在科學(xué)界，時(shí)刻旅行一度被認(rèn)為是歪理學(xué)講。過去因?yàn)閾?dān)心有人會(huì)把怪人

3、的標(biāo)簽貼在自己身上，我對(duì)那個(gè)問題常常避而不談。但現(xiàn)在，我不再那么謹(jǐn)小慎微了。事實(shí)上，我更像是建筑了巨石陣的那些人。我對(duì)時(shí)刻癡迷已久，假如有一臺(tái)時(shí)刻機(jī)器，我會(huì)去訪問風(fēng)華正茂的瑪麗蓮-夢露，或是造訪將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向宇宙的伽利略?；蛟S，我還會(huì)走到宇宙的盡頭，破解整個(gè)宇宙湮滅之謎。為了讓這一切從虛幻變成現(xiàn)實(shí)，我們應(yīng)以物理學(xué)家的角度來重新審視時(shí)刻即第四維。那個(gè)問題沒有聽上去那么晦澀難明白。每個(gè)好學(xué)的小孩都明白，任何物體都以三維形式存在，包括坐在輪椅上的我。一切物體都有寬度、高度和長度。此外，還有一種長度時(shí)刻的長度。例如，盡管一個(gè)人可能活了80歲，但巨石陣的石頭卻數(shù)千年屹立不倒。太陽系的運(yùn)行將持續(xù)數(shù)十億年。一

4、切物體都有時(shí)刻以及空間的長度。時(shí)刻旅行意味著我們要通過第四維。要想搞明白這一點(diǎn)，我們能夠想象正在從事一種日?；顒?dòng)，比如開車。開車沿直線行駛，是在一維中旅行。向左轉(zhuǎn)或是向右轉(zhuǎn)，則是二維旅行。驅(qū)車內(nèi)下山路意味著又多增加了高度，因此是在三維空間內(nèi)。那么我們?nèi)绾螛硬拍軐?shí)現(xiàn)時(shí)刻旅行？如何樣才能發(fā)覺穿越第四維的通道呢？無處不在的“蟲洞” 讓我們臨時(shí)從科幻電影中查找答案吧。在此類電影中，通常會(huì)有一臺(tái)巨大而高能耗的時(shí)刻機(jī)器，這臺(tái)機(jī)器產(chǎn)生通往第四維的通道“時(shí)刻隧道”。時(shí)刻旅行者勇敢但可能有些魯莽的人，做好我們大伙兒所明白的預(yù)備，然后走進(jìn)時(shí)刻隧道，來到一個(gè)他們想要到達(dá)的時(shí)刻里。這一概念可能有些牽強(qiáng)，事實(shí)可能與之存

5、在著天壤之不，但該方法本身不是那么的瘋狂。物理學(xué)家們也在考慮時(shí)刻隧道，但我們的角度不同。我們想搞清過去或以后的通道是否存在于自然規(guī)律中？事實(shí)證明，我們認(rèn)為確實(shí)是如此的。而且，我們還給它們起了一個(gè)名字：蟲洞。事實(shí)上，蟲洞無處不在，只是因?yàn)樘。覀內(nèi)庋劭床坏搅T了。蟲洞特不小，存在于時(shí)空的隱蔽處和縫隙里。你或許認(rèn)為這是一個(gè)難以理解的概念，請耐心聽我接著解釋吧。任何物質(zhì)都不是平坦無暇和實(shí)心的，假如認(rèn)真觀看，會(huì)發(fā)覺它們上面都存在小孔和裂縫，這是一個(gè)差不多的物理原理，同樣適用于時(shí)刻。即便是像臺(tái)球一樣的東西，上面也有裂縫、褶皺或空洞。現(xiàn)在容易講明這種情況也存在于第一個(gè)三維中。相信我，這一原理同樣適用于第四

6、維。時(shí)刻也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下比分子甚至原子都小，我們來到一個(gè)稱為量子泡沫(quantum foam)的地點(diǎn)，這是蟲洞存在之處。時(shí)空中的微小隧道或捷徑不停地在那個(gè)量子世界中形成、消逝和重新形成。它們能夠連接兩個(gè)隔離的空間以及兩個(gè)不同的時(shí)刻。不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中這種時(shí)刻隧道特不狹小，即使發(fā)覺了它們，我們也不能從那個(gè)縫隙穿過可這正是“蟲洞時(shí)刻機(jī)器”概念的前進(jìn)方向。部分科學(xué)家認(rèn)為，或許有一天捕捉到一個(gè)蟲洞，將它放大數(shù)萬億倍，令其足夠的大，能讓人甚至飛船進(jìn)入。假如我們擁有足夠的能量和先進(jìn)的技術(shù)，今后或許甚至能在太空中建筑一個(gè)巨型蟲洞。我并不是講一定能夠做到，但假如確實(shí)有這種裝

7、置，那么確實(shí)專門了不起。一端在地球的附近，另一端則在遙遠(yuǎn)的星球附近。從理論上講，蟲洞或時(shí)刻隧道不僅僅能把我們帶到不的星球。假如兩端在同一個(gè)地點(diǎn)，且由時(shí)刻而非距離分離，在遙遠(yuǎn)的過去，飛船就能在地球附近自由出入?；蛟S恐龍會(huì)看到飛船登陸的場景。“瘋狂科學(xué)家”悖論現(xiàn)在，我意識(shí)到以四維方式考慮并不容易，蟲洞是一個(gè)令你費(fèi)盡心機(jī)的概念。我一直想做一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，揭示人類通過蟲洞的時(shí)刻旅行是否可行，或是現(xiàn)在，或是以后，我喜愛簡單的實(shí)驗(yàn)和成功后的香檳酒。因此，我將自己最喜愛的兩件情況結(jié)合起來，探討時(shí)刻旅行是否可行。讓我們設(shè)想一下如此的場景，我參加一個(gè)為以后旅行者舉辦的歡迎宴會(huì)。由于出現(xiàn)意外，我沒有讓不人明白，直

8、至歡迎宴會(huì)結(jié)束以后。我寫好了邀請函，注明了準(zhǔn)確的時(shí)刻和空間坐標(biāo)。我希望它能以如此或那樣的形式存在數(shù)千年。或許，以后一天有人會(huì)發(fā)覺邀請函上的信息，利用蟲洞時(shí)刻機(jī)器回到我的宴會(huì)，證明時(shí)刻旅行今后是可行的。與此同時(shí)，時(shí)刻旅行貴賓應(yīng)該隨時(shí)會(huì)降臨，五個(gè)或一個(gè)。但就在我講話的工夫，仍沒有人到來，真是慚愧。我希望至少以后的“環(huán)球小姐”能踏進(jìn)這扇門。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為何不奏效？一個(gè)緣故可能是回到過去的時(shí)刻旅行所存在的問題我們稱之為悖論，一個(gè)眾所周知的問題。探討悖論是一件專門有味的情況，最聞名的悖論通常被稱為“祖父悖論”。我有一個(gè)新的簡化版本“瘋狂科學(xué)家”悖論。我不喜愛一些電影中科學(xué)家被描述成瘋狂的群體，但在這種情況下

9、，確實(shí)如此。那個(gè)家伙決心建立一個(gè)悖論，即便付出生命代價(jià)在所不惜。能夠想見，他是在建筑蟲洞僅需一分鐘就來到過去的時(shí)刻隧道。通過蟲洞，這位科學(xué)家能夠看到他一分鐘往常的自我。假如這位科學(xué)家利用蟲洞向往常的自我開槍，會(huì)發(fā)生什么情況？他現(xiàn)在差不多一命嗚呼。那又是誰開的槍呢？這便是一個(gè)悖論，聽上去毫無意義。但這卻是那種讓宇宙學(xué)家做噩夢的狀況。這種時(shí)刻機(jī)器會(huì)違反整個(gè)宇宙所遵循的差不多規(guī)則。我認(rèn)為一切皆有可能。假如真是如此，那么就沒有任何方法阻止整個(gè)宇宙陷入混亂。因此，我認(rèn)為有些情況總會(huì)發(fā)生以阻止這種悖論。探究通向以后的“鑰匙”在某種程度上，這或許是科學(xué)家永久可不能發(fā)覺他面臨向自己開槍境地的緣故。在這種情況下

10、，我只能遺憾地告訴大伙兒，蟲洞本身確實(shí)是一個(gè)問題。最后，我認(rèn)為像如此的蟲洞不能存在，緣故確實(shí)是反饋。假如你有到搖滾演唱會(huì)現(xiàn)場觀看演出的經(jīng)歷，你可能會(huì)辨不出這種尖利的噪音。這確實(shí)是反饋，引起反饋的緣故專門簡單。聲音進(jìn)入麥克風(fēng)，通過電線傳播，經(jīng)由擴(kuò)音器令聲音放大，在一個(gè)環(huán)狀物內(nèi)繞來繞去，每次令聲音比上一次更大。假如沒人阻止，反饋能夠破壞音響系統(tǒng)。蟲洞也會(huì)遇到這種問題，只只是聲音換成了輻射。一旦蟲洞變大，大自然的輻射物會(huì)進(jìn)入，最終形成一個(gè)環(huán)路。反饋?zhàn)兊萌绱藦?qiáng)勁，最終摧毀蟲洞。盡管微型蟲洞確實(shí)存在，也有可能在某一天不斷膨脹，但持續(xù)時(shí)刻可不能太長久，因此不能當(dāng)作時(shí)刻機(jī)器使用。這是沒人能及時(shí)回到我晚會(huì)的真

11、正緣故。任何通過蟲洞和其他方式回到過去的時(shí)刻旅行或許差不多上不可能的，否則，悖論就會(huì)出現(xiàn)。因此，遺憾的是，回到過去的時(shí)刻旅行應(yīng)該永久可不能上演。關(guān)于查找恐龍的人來講，這會(huì)令他們大失所望，但關(guān)于歷史學(xué)家而言，他們能夠完全解脫了。故事到此并未結(jié)束。這并沒有使所有的時(shí)刻旅行不可行。我確實(shí)對(duì)時(shí)刻旅行深信不疑，對(duì)通向以后的時(shí)刻旅行更是如此。時(shí)刻就像河流，我們每一個(gè)人仿佛被時(shí)刻的流淌無情地卷走，只只是時(shí)刻是另一種形式的河流以不同速度、在不同地點(diǎn)流淌，這是通向以后的“鑰匙”。一百多年前，愛因斯坦最早提出了這一概念。他認(rèn)為，世上應(yīng)該存在讓時(shí)刻慢下來的地點(diǎn)，以及讓時(shí)刻加速的地點(diǎn)。他絕對(duì)是正確的，證據(jù)恰恰就在我們

12、的頭頂。這便是全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS。一個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)正在地球周圍軌道運(yùn)行，它們使得衛(wèi)星導(dǎo)航成為可能，同時(shí)還表明時(shí)刻在太空的運(yùn)行速度快于在地球上。每一艘太空飛船內(nèi)部差不多上一臺(tái)運(yùn)行精確的鐘表。盡管如此精確，但每天仍會(huì)快十億分之一秒左右。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須為此做出矯正，否則，微小的差異就會(huì)擾亂整個(gè)系統(tǒng)，令地球上所有的全球定位系統(tǒng)每天都會(huì)出現(xiàn)大約6英里(約合9.7公里)的誤差。你能夠想象由此造成的后果。鐘表并不存在如此的問題，走得快是因?yàn)闀r(shí)刻在太空比在地球運(yùn)行快。造成這種非同平常阻礙的緣故是地球的質(zhì)量。愛因斯坦發(fā)覺，物質(zhì)會(huì)減緩時(shí)刻運(yùn)行速度，就像是河的下游一樣。物體越重，對(duì)時(shí)刻的阻力越大。這種驚人的事實(shí)

13、為通向以后的時(shí)刻旅行開啟了大門。引力無窮的超大質(zhì)量黑洞恰恰在銀河系中心，距離地球2.6萬光年遠(yuǎn)的地點(diǎn)，擁有銀河系中最重的天體一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于四百萬個(gè)太陽的超大質(zhì)量黑洞，在自身引力作用下，它被壓縮為一個(gè)點(diǎn)。距離那個(gè)超大質(zhì)量黑洞越近，遭遇的引力就越強(qiáng)。一旦距離其過近，連光線都無法逃脫，會(huì)被吞噬。如此的超大質(zhì)量黑洞對(duì)時(shí)刻具有顯著的阻礙，令其減緩的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銀河系中的任何物體。這使得它是臺(tái)“天生的時(shí)刻機(jī)器”。我喜愛想象宇宙飛船如何能充分利用這種現(xiàn)象。假如某個(gè)航天機(jī)構(gòu)正在操縱從地球發(fā)射的探測器，他們會(huì)發(fā)覺繞軌道運(yùn)行一圈的時(shí)刻為16分鐘。關(guān)于飛船上的勇敢者來講，靠近那個(gè)超大質(zhì)量物體，時(shí)刻就會(huì)慢下來。在那個(gè)

14、地點(diǎn)，引力阻礙遠(yuǎn)比地球引力極端。機(jī)組人員的時(shí)刻將會(huì)減慢一半。關(guān)于原本每圈要耗費(fèi)的16分鐘，他們事實(shí)上僅經(jīng)歷了8分鐘。想象一下，當(dāng)飛船及機(jī)組人員繞那個(gè)黑洞運(yùn)行五年時(shí)，不的地點(diǎn)差不多過去了十年。當(dāng)他們回到家鄉(xiāng)，地球上的人比他們老了五歲。因此，超大質(zhì)量黑洞確實(shí)是一臺(tái)時(shí)刻機(jī)器，因此，這還不是特不的有用。超大質(zhì)量黑洞之因此比蟲洞更有優(yōu)勢，是因?yàn)榭刹荒芗ぐl(fā)悖論。此外，它可不能因反饋?zhàn)呱献晕覛缰贰Ｈ欢?，通向以后之旅并非一路坦途。地球距離以后世界漫長無邊，讓我們距離以后特不遙遠(yuǎn)。幸運(yùn)的是，我們還有另一種時(shí)刻旅行方式，這也是我們建筑貨真價(jià)實(shí)的時(shí)刻機(jī)器最后、也是最大的希望。旅行速度必須超級(jí)快，甚至比幸免被吸進(jìn)

15、黑洞所需要的速度還快。這是因另一個(gè)涉及宇宙的驚奇事實(shí)所致。宇宙中存在著速度限制，即每秒鐘18.6萬英里(約合30公里)，亦稱光速。任何物體不能超越這一速度。這也是科學(xué)界最成熟的理論原則之一。不管是否相信，以接近于光速的速度旅行能夠?qū)⒛闼瓦_(dá)以后世界。要想理解這一點(diǎn)，我們能夠想象一個(gè)具有科幻色彩的交通系統(tǒng)一條遍布地球周圍的軌道，為超高速火車預(yù)備的軌道。我們將利用這列想象出來的火車，盡可能地接近于光速，看它如何變成一臺(tái)時(shí)刻機(jī)器。列車內(nèi)的乘客購買了通向以后的單程車票?；疖囬_始加速，越來越快，不久開始繞地球一圈圈運(yùn)行。如何突破速度限制 達(dá)到光速意味著繞地球運(yùn)行速度要飛速，比如每秒鐘繞7圈。只是，不管這列

16、火車的動(dòng)力有多強(qiáng)勁，它永久也無法到達(dá)光速，因?yàn)槲锢韺W(xué)原理令其做不到這一點(diǎn)。假設(shè)它接近光速，距離這一終極速度還有一點(diǎn)距離?，F(xiàn)在非同平常的情況發(fā)生了。列車內(nèi)的時(shí)刻相關(guān)于地球開始減緩，就如同靠近超大質(zhì)量黑洞一樣，而且有過之而無不及。列車內(nèi)一切物體的活動(dòng)都變慢。這是為了愛護(hù)速度限制，緣故并不難理解。想象一個(gè)小孩跑向迎面而來的火車。他前沖的速度增加至列車的速度上，因此，他難道不能在意外中突破速度限制嗎？答案是否定的。自然規(guī)律會(huì)令列車內(nèi)的時(shí)刻減緩，使得這一幕永久可不能發(fā)生。那個(gè)小孩跑得再快，也不能打破速度限制。時(shí)刻總是會(huì)減慢，足以“愛護(hù)”速度限制。這一事實(shí)源于耗費(fèi)多年踏上以后之路的可能性。想象一下如此的場

17、景：2050年1月1日，一列火車離開車站，繞地球軌道一圈又一圈，直至100年以后，最終在2150年新年夜停下來?，F(xiàn)在，乘客們在世上的時(shí)刻也只剩下一周，因?yàn)樯碓诨疖噧?nèi)，時(shí)刻過得特不慢。當(dāng)他們離開火車，會(huì)發(fā)覺一個(gè)完全不同于車內(nèi)環(huán)境的世界。在一周內(nèi)，他們差不多在通向以后的道路上前進(jìn)了100年。因此，建筑一列能達(dá)到這種速度的超高速火車的可能性微乎其微。只是，我們差不多在位于瑞士日內(nèi)瓦的世界最大的粒子加速器大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)建筑了如此的裝置。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位于瑞士和法國交界地下100米深處一條總長16英里(約合25.75公里)的環(huán)形隧道內(nèi)，一旦開足馬力，這臺(tái)對(duì)撞機(jī)能在瞬間從零加速至每小時(shí)6萬英里(約合每小時(shí)

18、9.7萬公里)。令動(dòng)力和粒子的速度變得越來越快，直至它們能以每秒1.1萬圈的速度繞隧道運(yùn)行，這時(shí)，速度將接近于光速。然而，就像是上面描述的那列火車一樣，它們永久無法到達(dá)這一終極速度，最快只能達(dá)到光速的99.99%。發(fā)生這種情況的時(shí)候，進(jìn)行時(shí)刻旅行是不切合實(shí)際的。由于一種稱為兀介子的“短命”粒子，使我們了解了這一點(diǎn)。通常情況下，兀介子會(huì)在250億分之一秒內(nèi)分解。當(dāng)它們被加速至接近光速時(shí)，壽命是往常的30倍?！疤焐弦蝗?，地下一年” 情況的確就那么簡單，假如我們想踏上以后之旅，那么速度必須快。我認(rèn)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的唯一途徑是進(jìn)入太空。在人類歷史上，速度最快的載人飛船“阿波羅”10號(hào)，速度為每小時(shí)2.5萬英里(約合每小時(shí)4萬公里)，但要實(shí)現(xiàn)在時(shí)刻中旅行，我們的速度必須是“阿波羅”10號(hào)速度的2000倍。按照這種思路，我們應(yīng)該先制造一個(gè)巨大的飛船，里面能夠裝載著巨量燃料，令其加速至接近于光速，在全負(fù)荷動(dòng)力運(yùn)行下，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)仍需要六年時(shí)刻。由于飛船如此的龐大和沉重，最初的加速度相對(duì)平緩。隨著時(shí)刻的推移，飛船速度特不快，不久即覆蓋寬敞區(qū)域。一年以后，我們到達(dá)了系外行星。兩年后，它的速度將達(dá)到光速的一半，距離太陽系越來越遙遠(yuǎn)，再過兩年它可能會(huì)差不多達(dá)到光速的90%。在發(fā)射四年后，飛船距離地球30萬