時空穿梭

時空穿梭

時間旅行,人們長久的夢,失落的夢想。時間旅行可以說是這幾十年來科幻界(包括一些科學家)的終極夢想,無數的小說都是從這方面入手的。同時人們也創造了很多的理論。那么讓我們分別從科學和杜纂的角度來看看這個問題吧。

基本介紹

新聞,實驗,理論,發展史,其他理論,大崩墜,量子理論,相對論,相對時間,時間因果論,宇宙絕對密度,時間故事,循環因果,平行宇宙,成功,觀察者效應,藝術,《絕不通融》,《戒指》,結論,蟲洞,蟲洞定義,蟲洞性質,單一光子,邏輯悖論,慣性思維,

新聞

首先讓我們來看一個新聞,事情發生在2002年4月,標題是“任意穿梭過去未來?美國教授今秋啟動時光機器”。美國康乃狄克大學物理學教授馬利特10歲時承受喪父之痛,他的父親是一名菸民並死於心臟病。因此他一直希望能發明出一部時光機,回到過去提醒父親“吸菸危害健康”。馬利特便醉心研究黑洞蟲孔和其它跟時間有關的理論,甚至著手製造一部時光機。47年後,馬利特認為自己已找出時光旅行的秘密。他正在製造一部時光機,用來將物體傳送到將來或過去,他聲稱這部機器可以將一個原子以至一個人的任何東西傳送。他希望在秋天能造出時光機的原型,然後著手進行實驗。馬利特計畫在實驗中,用時光機傳送一個亞原子粒子。他認為雷射束光環可以扭曲環內的空間,引力會迫使中子側向一邊旋轉。馬利特說若增加能量,另一個中子將會出現,這粒中子是第一粒中子由未來前來探訪過去的自己。

實驗

時空穿梭理論上可行。看來似乎有些荒誕。但導致了這些科學家如此瘋狂的正是愛因斯坦的相對論給他們提供了理論上的支持。愛因斯坦在相對論中指出,在我們的宇宙之中,時間與空間是相互交迭的,當物體的質量與速度不斷增加,其存在的時間和空間也將隨之變化。以前一些實驗,亦證明了它的正確性,其中科學家利用一個粒子加速器把粒子加速到接近光速,便發現這些粒子要比在實驗室放著的其它粒子衰減的慢。

理論

愛因斯坦的相對論中提到了一種新的空間結構--四維空間,它在我們傳統的三維世界(即長、寬、高)之上又增加了一維(時間軸),傳統的三維空間論里,我們可以給任何物質以一個相對參照系內的坐標,以表明它的空間位置。這是我們可以理解和接受的,就象理解長寬高一樣。但是在此之上再加一維,我們恐怕難以理解和接受。而愛因斯坦也沒有就此事留下足以讓人充分肯定的說明和“樣板工程”,而相反,他給我們留下了足夠的想像和探索的空間。在愛因斯坦的相對論里,光速是一個非常重要的元素,質能轉換的公式,和尺縮鐘慢以及時光倒流理論等等,光速及其等量數值都有身影在其中。“當我們以接近光速的速度移動時,我們的標尺將會縮短、時鐘將會變慢”愛因斯坦在相對論里為我們描述“當我們以光速移動時,時間將不再流動;而我們開始以超越光速的速度移動時,時光將會倒流!”
光速恆定和光速不可突破是相對論的基石,所以相對論本身否定了時空旅行的可能性。
在現實中遇到夢境的片段
科學雖然很嚴謹,但是我們不忽視真實存在的一些現象。我們人人都有幾次在現實中遇見夢境中的場景,或者危險的預警。許多研究科學的人,會認為這個是非常不嚴謹的猜想,並把它歸類於神經科學的醫學類。但是我們又忽視了一個現象。這個的的確確存在於人類的現實中的現象可能可以找到時空穿梭的方法。
在《星際之門-空間飛行器超光速原理》中,認為無論是物質或者信息信號傳輸,都是能量傳輸的一種形式。從未來傳遞過來的信息,不管它是電磁波形式,還是以引力波形式,在宇宙中,任何物質都可以被視為能量的一種存在形態。因此,在某種範圍的未知領域,提前預警或者夢見未來場景,就是一種簡單的時空穿梭。而這些,我們在書中有提到宇宙的演化過程,可能還存在的一種未轉化為粒子體的能量集。在量子力學中,真空,定義為0能量態。相對可以認為,它是沒有任何動能和時間的載體。因此,它可以對應無數宇宙演化過程的時間集。也許幾十上百年,真空都不會出現變化,但是,宇宙可視的星體卻不停演化,時間不停流動。所以,我們可以欣喜地看見,通過真空0能量態和0時間態的方式,可以穿越不同時空集。至少,人類的大腦有時候無意中的確做到了。這是無可爭議的事實。

發展史

自從威爾斯提出“時間機器”的構想以來,許多科幻作家都對超時間旅行這一題材感興趣。當然,除了威爾斯的啟發之外,還有很多因素促進了這類科幻作品在本世紀的繁榮。首先,愛因斯坦所提出的相對論根本改變了傳統的時間觀念,使人們意識到時間的非線性,懂得時間可以壓縮和延伸。天體物理學、物質結構學等領域的一系列重要發現,也推動著人類時間觀念的變革。
英國物理學家泰勒指出:“巨觀和微觀的時間概念是迥然不同的”;另一位物理學家弗里特喬夫·凱普拉的解說更簡單——時間“在宇宙不同的部分,流速不同”。據說,在黑洞附近的瞬間,可能相當於地球上的萬古永世。由於我們居住的星球和宇宙其它地方存在不同的規律,可能還有複數的“時間”。這些見解,和科幻作品中對多時軌的描寫有密切關係。“時光倒流”,這種科學上被認為不可能出現、作為論據以否定物體可被加速到比光運動得還快的現象,則為科幻作家所津津樂道。
第一本時間旅行的小說,大概是馬克·吐溫(1835~1910)寫的《一個在亞瑟王廷的康州美國人》(AConniticutYankeeintheCourtofKingArthur,1889),故事是一個人在被擊昏後,醒來時已在古代英格蘭,還遇上了亞瑟王梅林等人。這故事十分有名,造成類似的“回到過去”式故事風潮不斷,至今不少電視劇在沒題材時都會搬來再用,舊的比如MacGuyver(馬蓋先),新的如EarlyEdition(未卜先知、拯救未來),都乾過這種事。
當時,“前往未來”式的故事不受注目,直到H.G.威爾斯寫出《時間機器》(TheTimeMachine,1895),自從1960改編同名電影后,並將主角改為威爾斯本人之後,“威爾斯駕駛時間機器”的點子一直被重複使用,包括電影AfterTime(兩世奇人,1979,根據KarlAlexander於1976年同名小說改編),還有電視劇LoisandClarke:ANewofSuperman(新超人,1993~96)。 在小說中,我們得到了一個關於時間旅行的定義定義。牛頓將時間比諭為“時間之箭”,只有不斷前進。那么什麼叫時間旅行呢?一般上,是“從當下的時間到達另一個不連續的時間”。《時間機器》的主人翁說:“時間與其他三個向度(長、寬、高)沒什麼不同,只除了們的意識乃沿著它前進。”
(There is no difference between TIME and any of the three dimensions of space except that our conciousness moves along it.)上,我們每一個人都是時間旅行者,不斷往“未來”旅行。 接下來就讓我們看看由無數先驅者提出的各種理論吧。

其他理論

大崩墜

宇宙自大霹靂創生之後,不斷膨脹,如果宇宙是封閉的(密度大於臨界密度),根據廣義相對論,膨脹將停止,並開始收縮,時空逆轉,於是一切發生過的事都會像倒帶一般重來一遍?答案是不可能,因為“時間之箭”雖然回頭,但一切條件經已不同。BlackHole(黑洞):根據相對論,宇宙中應有一種天體,連最高速的光線也無法自它的重力場逃脫。黑洞的超高重力導致了空間扭曲,它的出口可能是“白洞”,之間以“蟲洞”(wormhole)連繫,而出口之外可能是宇宙的另一處,也可能是另一個“子宇宙”。小說“接觸”(Contact,1985,電影“接觸未來”1997)便是利用蟲洞進行宇宙旅行。如果黑洞中時間也扭曲了呢?於是,以黑洞進行時間旅行也不無可能。
連線黑洞與白洞的宇宙蟲洞圖連線黑洞與白洞的宇宙蟲洞圖

量子理論

理論中,粒子有可能在有限機率下發生“穿隧效應”(Tunneleffect)或稱“量子跳躍”(Quantumleap),因而穿透不可滲透的障礙物。利用這個理論,美國電視影集QuantumLeap(1989~1993,不輸不知道怎么翻譯)讓主角身體的粒子“穿隧”的機率增加,終於發生了時間旅行。

相對論

愛因斯坦發表的相對論中,假設“光速絕對不變”,即使你的速率逼近光速,你所觀測到的光依然以光速進行,你絕對追不上它,因為你的長度變短了,你本身的時間也變慢了。因此,進行光速宇宙旅行會是永不回頭的時間旅行,就像電影“人猿行星”(PlanetoftheApes,1968。有重拍版)一般,太空人光速旅行了一段日子,地球卻已過了數千年。

相對時間

時間單位是咱們人類劃定分割的,對宇宙而言並沒意義。當你命令時間機器“回去五月八日上午十一時正”,它會搞不懂,除非你要它倒數“回去一萬五千八百六十七秒”以前如此你需要一部能夠分隔“時間”(這裡指一個空間向度)的超級電腦,否則就只好眼睜睜看它運算過熱而燒毀。如果要去未來呢?“前往六千秒後!”很好,當電腦帶你去到那個未來,你會發覺你的手錶也正好走了六千秒。

時間因果論

一切在瞬間中發生,又是在瞬間中過去的,真正的“現在”則是處於這兩著之間,這與我們生活中所說的現在是完全不同的,生活中所指的是在某一時段中的現在,比如“現在要好好讀書”之類的,(我現在在打這段文字)但是這並非真正意義上的現在...不知道你有沒有想過我們的一切是因什麼而起的?就拿我來說,我今天的這個時候為什麼會在打這段文字,你是否會想到這與我昨天有關?與我的環境有關?(環境也是造就了我想法的產生的原因)你是否會想到與我的父母、家庭有關?你是否會想到和我母親生我有關?再接著你會想到和我的父輩母輩有關?接著你會想到和新中國的誕生有關?......你會想到和我所知道的科學理論有關?然後你是否又想到和那些科學家有關?........你會想到與戰爭有關?你是否會想到和古代中國有關?你會想到和世界有關嗎?接著你是否會想到和人類的誕生有關?你是否會想到和生命的誕生有關?然後你是否又會想到和地球的誕生,太陽系的誕生有關?與銀河系的誕生有關?你是否會想到最終的原因--就是與宇宙的誕生有關?
同樣 你也可以根據這來想想你的一切與什麼有關...
相反的,宇宙誕生了......產生了銀河系等...接著產生了太陽系,地球,然後經歷了好一段時間,地球的生命產生了,接著又產生了人類,然後相對中國來說,中國產生了,以及世界的其他國家產生了,中國的產生.....然後我的祖輩產生了,導致我的產生,同時科學發展...導致過去的我知道了一系列理論等....最後導致了今天的這個時候我在這打這些文字....看到這你是否明白了什麼?一切都是必然的不覺得嗎?你有沒有想過,我們人類的整個整體的一切也是一種規律?你本人,還有其他的科學家們,哲學家們等,在研究事物時是否有想過到底為什麼導致了去研究,其實我們都是一個規律,人類的整體是一個規律,而這規律的產生又要聯繫到宇宙的產生,我們也是宇宙的產物,宇宙的產生導致了我們的產生,我們的產生又導致了其他的產生,我們研究宇宙規律的同時,我們本身也是一種規律...人類的一切都是息息相關,由於這種關係太過微妙了,導致了“區分”的產生,比如:“物理,生物,化學,政治,......”但是這些的產生也是必然的,(它們沒產生,我也就不會寫)...

宇宙絕對密度

整個宇宙有一個密度,和諧而平穩。當你去到另一個時間,兩個時間的宇宙都同時發生密度變化,現代宇宙少了一點,另一個宇宙多了一點,於是乎,發生失衡,轟! 這是主要的集中理論,當然對錯與否,你是否認為是種偽科學,就智者見智了。

時間故事

最吸引人的是“因果律”,一旦時間旅行發生,因果律必定被擾亂。例如你回到太古時代,殺了一尾魚,而它正好在演化樹上是人類祖先,於是,現代社會中有一整批人消失了。時間旅行對因果會發生什麼影響呢?理論有四:

循環因果

理論A-Fate事實(CircularCausation循環因果):你企圖回到過去拯救一個人的命,卻發覺那人仍是無可避免的死了,甚至更糟的是,你回到過去的此一行為正是導致他死亡的原因!這個理論是四個理論中較合理的。

平行宇宙

理論B-AlternateUniverse平行宇宙:回到過去,去救了一個人的命,結果回到現代時,發現其實一切都沒改變!“量子理論”中,每一個可能的機率都可能產生另一個含有那個機率的宇宙,於是有許多“平行宇宙”。當你回到過去救了那人的命,你只不過創造了另一個平行宇宙,在那個宇宙中那人是活下來了,可是在你的宇宙中他本來就還是死的。但李連杰的電影theone里似乎不是這么定義平行空間的,在其他宇宙的“我”死了能量由其他的“我”平分。關於平行空間,大家有興趣的話可以去找找蘇毅平的小說看。(一套有無數多本的,自成體系,叫網狀時間理論)

成功

理論C-Success成功:回到過去,而且殺了你的曾祖父。你真的成功殺了他嗎?如果你成功了,你就不可能出生,因此也不可能回去殺了他,因此他就不會死,因此你會出生...?並且,如果你真的成功了,當你回到你的時間點時你又存在或許會發現你的曾祖父變成了另外一個人時,你會認為這是你的曾祖父嗎?又或者當你回到了這個時間點時你已經忘了你曾經殺死過你的“曾祖父”?這是一個矛盾的理論,也是其中最不合理的。

觀察者效應

理論D-ObserverEffect觀察者效應:回到過去,並且成功改變了歷史,但只有時間旅行者本身知道歷史改變前後有什麼不同。這個矛盾是在於,旅行者本身為什麼不受影響?在這種情形下,當他回到已經改變後的現代,他可能成了一個陌生人。比如他回到過去殺了曾祖父,回到現代時,發現沒有任何能證明他自身存在於這個世界上的紀錄。
此外,還有一種說法,即滅亡論:對於現實,人們會問:“根據理論A和B,時空穿梭的存在是合理的,但是為什麼我們從來沒有遇到從未來來訪的人呢?”人類的時間如果有足夠多,或者說人類的歷史足夠長,那么很有可能人類最終能夠掌握時空穿梭的技術回去影響歷史,但事實上並沒有看到這種跡象,為什麼呢?有一種原因,即人類並未發展到掌握時空穿梭技術的文明程度就已經滅亡了;更糟的是,任何文明物種在並未掌握到時空穿梭的技術都滅亡了(恐怕任何文明物種都對歷史有一種難以抗拒的好奇心,希望親身前去看個究竟);也許,這項技術的掌握是一個過於漫長的過程,任何一個延續的文明都沒有足夠的時間來完成它。當然,歷史發展的可能性有很多,或許未來人類已經到過我們的歷史中,只是被人們當成了怪物或外星人。單就人類滅亡這種情形而言,並非沒有可能,現代,來自人類自身的,如核威脅,以及人類行為之外的如行星撞地球,大火山噴發等威脅,隨時都有可能將人類的時空穿梭之夢化為灰燼。這真是個令人沮喪的說法,但不用過於擔憂,我相信凡致力於時空穿梭研究的科學家都不會贊同這個構想,否則他們後面的研究還有什麼意義?
讓我們集合一些事實(其實就是些電影)來分析一下:電影Terminator(1984,“終結者”)中,未來巨型電腦“天網”(Skynet)派機器人來現代,為的是殺死人類義軍領袖的母親,同時該領袖也派了部下來拯救母親,沒想到該部下與他母親發生關係,懷孕了他這是理論A,不但沒改變歷史,反而完成了歷史。在第二部(1991)中,前一部的機器人留下的手臂,引起高科技公司研究的興趣,開發了“天網”的雛型。這也是理論A天網不但促成了反對它的人誕生,也造成了它自己的誕生。但是,故事最後,那隻手臂被毀了!這馬上成了理論C,手臂毀了,因此不會有天網誕生,也不會有人類義軍,所以也不會有人派人來現代拯救母親,那義軍領袖也不會出生可是他們全都還存在!而且知道發生了什麼事!所以,這也是理論D?因果法則或許成為內在限制,然而,人類想像力的無遠弗屆卻也是你我的特權。
我們可以將此種“替人生作弊”的電影類型(無論劇中人物是否回到過去)加進時空理論的玄想,或許勉強可發現一扇較為合理的視窗。假設時空並非單一,有幾種“預先”的可能。如果你選了A,展現在你眼前的將是A的人生;如果你選了B,B世界將立刻蹦現。這原是人類自由選擇後的必然後果,每一次的“選擇”都會在生命中展現某種“關鍵性”的作用;然而加進時空元素後,所有“必然性”的過去歷史都在瞬間化為“可能性”,只要回到過去改變了一些重要事件,時空的連鎖異變會從A歷史轉換為B歷史,而且普遍於所有人,因為整組“記憶”在瞬間從A記憶轉為B記憶;且這種記憶又預設了B的“真實”發生,因為關鍵人物亦可回到B歷史的過去,甚至加以干涉。然而即使如此,邏輯矛盾似乎仍然存在。問題在於:過去中的“某一點”在那一點上究竟是往A亦或往B?因為同一點可能會被“未來”的某個力量干預,那么到底在“當時”的真相為何?其實,若依上述的非單一時空理論,我們可以這么說:不管當時的歷史往A或往B,反正一定是往“某個方向”,而這個方向卻非必然,因為人可以回到過去加以“干預”;而一旦干預成功,歷史雖會轉換跑道,卻仍往“某個方向”進行,且這個方向表現在受影響者的記憶中。

藝術

一些推薦看了上面的東西,是不是覺得有點暈了。暈的還在後面了。事實上這幾十年間有很多作家在因果律方面做了很多的藝術嘗試,這裡做一些推薦。

《絕不通融》

改寫歷史在美國作家羅伯特·西爾弗伯格的科幻小說《絕不通融》里,二十八世紀時空保衛局的首腦馬勒毫不留情地將數千名時間偷渡者送到月球上去禁閉,以防止他們所攜帶的病菌作亂,因為這一時代已經消滅了疾病,人們也相應喪失了對於任何病菌的抵抗力。當時人們還不能夠進行雙向時空旅行,可是,有一天馬勒卻意外地發現一個偷渡者使用的是雙向時間裝置。他好奇地擺弄這個裝置,結果被送到過去一個可怕的時代。他好不容易才利用同一裝置回到二十八世紀,卻被時空保衛局的自動追蹤器盯上了,被送往局長室,而坐在局長位置上的正是馬勒,這個“絕不通融”的人自然會把任何偷渡者送往月球。可這個輪迴究竟是怎么開頭的呢?成了偷渡者的馬勒百思不得其解
《你們這些回魂屍——》
自我定位讀讀美國作家羅伯特·海因萊恩發表於一九五九年的科幻小說《“你們這些回魂屍——”》是有益的。作者構想一九九三年位於美國洛基地下城的時空勞工總部的一個工作人員(“我”),利用美國製造的坐標變換器來到一九七零年的紐約,結識了一個寫懺悔故事的人,他二十五歲,本來是個雙性人,當姑娘時的名字叫珍妮,未婚而有孕,生下的女嬰被謊稱為其叔的人偷走了,自己卻動了手術變成男性。“我”答應幫助“未婚媽媽”找到玩弄過並拋棄了她(他)的男子。於是他們來到一九六四年的時空,“我”從醫院的育嬰室里偷走了嬰兒,將她送到一九四五年的一家孤兒院。然後,“我”又到一九六三年的時空里找到了那個玩弄珍妮的男子,將他送到一九八五年的洛基地下城,要那兒的軍士招募他參加工作。最後,“我”回到一九九三年的總部休息,說明“我知道我是從什麼地方來的了”——原來,“我”就是珍妮!不僅如此,“我”也是一九四五年那家孤兒院裡的嬰兒、一九六三年那個未婚而受孕的姑娘、一九七○年那位寫懺悔故事的男子。更有甚者,“我”同時是竊走嬰兒的“叔叔”,是玩弄了珍妮的男子,是被押送到一九八五年的洛基的那個傢伙。因此,在角色的意義上,我既是母親、父親,又是兒子、女兒。這些矛盾糾葛,都是在“我”所扮演的不同角色之間發生的。荒謬固然荒謬,但是,“我知道我是從什麼地方來的了——可是你們是從什麼地方來的呢,你們這些回魂屍?”加了著重點的引文,是作者借主人公之口的發問,答案自然是要由讀者來作出的。
《逆時旅行尋根記》
互相作用在時間中旅行的人,很可能會遇到以往的自己、將來的自己,作為第三者觀看甚至干預以往的自己同周邊環境的互動,或者作為第三者窺見甚至干預將來的自己和其環境的相互作用。而這樣做本身是否會影響到現在的自己呢?美國作家羅恩·克拉特的《逆時旅行尋根記》則描寫莎蕾·坦布魯克小姐租用時間機器人“螺螄殼”,帶上男友蒂姆,回到過去的時空里探寶。當他們發現了藏寶的地點之後,再回到現在的時空里來探尋。這些作品都肯定不同時代的自我相互影響的可能性。以上分析中所說的“自己”,也可以替換為“他”,換言之,我們同樣可以進入過去或未來的時代旁觀甚至參與當時的人們的生活,這樣做本身會不會改變當事人的命運呢?諸如此類的問題,對於在高度理性的教育下成長起來、充滿務實精神的人來說,自然不成問題,因為它們根本不存在;但是,二十世紀高科技以及科幻小說所薰陶出來的新一代人,熟悉這類問題並且對它們津津樂道,就沒有什麼好奇怪了。

《戒指》

時空漏洞南斯拉夫作家戈蘭·赫德克的科幻推理小說《戒指》卻是別具匠心的。作者迴避了時間旅行的具體手段,卻利用時間旅行的可能性構想了這樣的情節:主人公“我”作為科學家,不僅擁有並能駕駛時間機器,而且利用新技術五分鐘內就在計算機幫助下學會了古荷蘭語,回到十七世紀,在調味品與黃金等值的阿姆斯特丹,以一品脫的乾胡椒就換得了一枚鑽石戒指,將它帶回二十世紀。“我”不願在尋找新的珠寶商這件事上費心思,於是總是去找同一位珠寶商,只不過每次都比前一次提早一小時,這樣,對“我”來說,這位珠寶商自然是熟悉的老交情,而對珠寶商本人來說,來買戒指的“我”每次都是新顧客。而且,“我”每次來,都是買同一種(準確地說,是同一個)戒指,而同一個戒指居然可以售出多次!回到二十世紀之後,“我”同時銷出了九十四個一模一樣的鑽石戒指,發了大財,而對此大感懷疑的檢察官即使得知真相,也對“我”無可奈何。通過時間旅行來從事“投機”買賣,算是致富新方吧!
在日常生活中,我們會常常在睡夢中夢見一些事情,然而幾天之後這些事情卻奇妙的發生了。我認為這是人們在睡夢中進行的一次時空穿梭,讓我們看見未來幾天將會發生的事情。
當我們在睡夢中是否會有這樣的感覺。我們明明沒有睡了多久,但是天已經亮了,感覺自己的睡眠只是經歷了短短的幾分鐘而已。根據九維空間來說當感覺時間過的快的時候我們正在向四維空間偏移,反之向二維空間偏移。很多人在無所事事的時候常會採取睡眠這個方法來打發時光,而睡眠常會給人的感覺是從入睡到醒來只有短短的幾分鐘,這說明在睡眠中的人已經很接近四維空間了。
然而我們為什麼會看到未來的事情呢?這應該是我們在睡夢中因為自己本身的惰性使自己喜歡睡眠。這時我們正在向四維空間偏移,當我們的速度大到足以進入四維空間時,我們就會夢見在未來幾天會發生在自己身上的事情,這時的我們因為在睡夢中無法感知自己,但這時的我們或許在進行自己的時間旅行。

結論

時間旅行至今還沒有顯露其現實可能性。儘管如此,提出這一觀念是了不起的。總的說來,人類雖然還缺乏逾時間旅行的實踐,但卻已經在幻想中暢遊時間的長河,由此而產生的科幻作品就其內容而言是豐富多彩的。當然,從幻想到現實之間,而我們已知的任何主體都是一個過程(因為生命本身就有過程性)。換言之,旅行者本身存在於時空之中,並隨著時空的改變而改變,如果旅行者超越自然時間的節拍而向未來世界運動,必然立即以相應的加速度趨於衰老,並在超過一定界限後死亡;如果旅行者逆轉時間的方向而向過去世界運動,那么,必然立即以相應的速度變得幼小,甚至進入誕生前的狀態。這樣,旅行者就不再是原來意義上的主體,也就無法完成相應的旅行。從威爾斯提出關於“時間機器”的構想以來,人們並沒有在製造這種機器方面取得任何實質性進展。與此相應,科幻作家們在自己的作品中對此往往也語焉不詳。事實上,這類機器本身同樣擺脫不了時移法則的制約。人們是否能夠克服上述難題而使自己不僅能在空間自由旅行、而且獲得逾時間旅行的自由,歷史的發展終將給出答案。

蟲洞

60多年前,阿爾伯特·愛因斯坦提出了“蟲洞”理論。那么,“蟲洞”是什麼呢?簡單地說,“蟲洞”是連線宇宙遙遠區域間的時空細管。它可以把平行宇宙嬰兒宇宙連線起來,並提供時間旅行的可能性。
蟲洞形象圖蟲洞形象圖
早在20世紀50年代,已有科學家對“蟲洞”作過研究,由於當時歷史條件所限,一些物理學家認為,理論上也許可以使用“蟲洞”,但“蟲洞”的引力過大,會毀滅所有進入的東西,因此不可能用在宇宙航行上。
隨著科學技術的發展,新的研究發現,“蟲洞”的超強力場可以通過“負質量”來中和,達到穩定“蟲洞”能量場的作用。科學家認為,相對於產生能量的“正物質”,“反物質”也擁有“負質量”,可以吸去周圍所有能量。像“蟲洞”一樣,“負質量”也曾被認為只存在於理論之中。不過,目前世界上的許多實驗室已經成功地證明了“負質量”能存在於現實世界,並且通過太空飛行器在太空中捕捉到了微量的“負質量”。
據美國華盛頓大學物理系研究人員的計算,“負質量”可以用來控制“蟲洞”。他們指出,“負質量”能擴大原本細小的“蟲洞”,使它們足以讓太空飛船穿過。他們的研究結果引起了各國航天部門的極大興趣,許多國家已考慮撥款資助“蟲洞”研究,希望“蟲洞”能實際用在太空航行上。
宇航學家認為,“蟲洞”的研究雖然剛剛起步,但是它潛在的回報,不容忽視。科學家認為,如果研究成功,人類可能需要重新估計自己在宇宙中的角色和位置。人類被“困”在地球上,要航行到最近的一個星系,動輒需要數百年時間,是人類不可能辦到的。但是,未來的太空航行如使用“蟲洞”,那么一瞬間就能到達宇宙中遙遠的地方。
據科學家觀測,宇宙中充斥著數以百萬計的“蟲洞”,但很少有直徑超過10萬公里的,而這個寬度正是太空飛船安全航行的最低要求。“負質量”的發現為利用“蟲洞”創造了新的契機,可以使用它去擴大和穩定細小的“蟲洞”。
科學家指出,如果把“負質量”傳送到“蟲洞”中,把“蟲洞”打開,並強化它的結構,使其穩定,就可以使太空飛船通過。
蟲洞的概念最初產生於對史瓦西解的研究中。物理學家在分析白洞解的時候,通過一個阿爾伯特·愛因斯坦的思想實驗,發現宇宙時空自身可以不是平坦的。如果恆星形成了黑洞,那么時空在史瓦西半徑,也就是視界的地方與原來的時空垂直。在不平坦的宇宙時空中,這種結構就意味著黑洞視界內的部分會與宇宙的另一個部分相結合然後在那裡產生一個洞。該洞可以是黑洞,也可以是白洞。而這個彎曲的視界,就叫做史瓦西喉,它就是一種特定的蟲洞。
自從在史瓦西解中發現了蟲洞,物理學家們就開始對蟲洞的性質發生了興趣。
蟲洞連線黑洞白洞,在黑洞與白洞之間傳送物質。在這裡,蟲洞成為一個阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋,物質在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子,然後通過這個蟲洞(即阿爾伯特·愛因斯坦—羅森橋)被傳送到白洞並且被輻射出去。
蟲洞還可以在宇宙的正常時空中顯現,成為一個突然出現的逾時空管道。
蟲洞沒有視界,它只有一個和外界的分界面,蟲洞通過這個分界面進行逾時空連線。蟲洞與黑洞、白洞的接口是一個時空管道和兩個時空閉合區的連線,在這裡時空曲率並不是無限大,因而我們可以安全地通過蟲洞,而不被巨大的引力摧毀。理論推出的蟲洞還有許多特性,限於篇幅,這裡不再贅述。
黑洞、白洞、蟲洞仍然是目前宇宙學中“時空與引力篇章”的懸而未解之謎。黑洞是否真實存在,科學家們也只是得到了一些間接的旁證。當前的觀測及理論也給天文學和物理學提出了許多新問題,例如,一顆能形成黑洞的冷恆星,當它坍縮時,其密度已然會超過原子核核子中子……,如果再繼續坍縮下去,中子也可能被壓碎。那么,黑洞中的物質基元究竟是什麼呢?有什麼斥力與引力對抗才使黑洞停留在某一階段而不再繼續坍縮呢?如果沒有斥力,那么黑洞將無限地坍縮下去,直到體積無窮小,密度無窮大,內部壓力也無窮大,而這卻是物理學理論所不允許的。
總之,我們對黑洞、白洞和蟲洞的本質了解還很少,它們還是神秘的東西,很多問題仍需要進一步探討。天文學家已經間接地找到了黑洞,但白洞、蟲洞並未真正發現,還只是一個經常出現在科幻作品中的理論名詞。
蟲洞也是霍金構想的宇宙期存在的一種極細微的洞穴。美國科學家對此做了深入的研究。宇宙中,“宇宙項”幾乎為零。所謂的宇宙項也稱為“真空的能量”,在沒有物質的空間中,能量也同樣存在其內部,這是由愛因斯坦所導入的。宇宙初期膨脹宇宙,宇宙項是必須的,而且,在基本粒子論里,也認為真空中的能量是自然呈現的。那么,為何宇宙的宇宙項變為零呢?柯爾曼說明:在爆炸以前的初期宇宙中,蟲洞連線著很多的宇宙,很巧妙地將宇宙項的大小調整為零。結果,由一個宇宙可能產生另一個宇宙,而且,宇宙中也有可能有無數個這種微細的洞穴,它們可通往一個宇宙的過去及未來,或其他的宇宙。
物理學家一直認為,蟲洞的引力過大,會毀滅所有進入它的東西,因此不可能用在宇宙旅行之上 。但是,假設宇宙中有蟲洞這種物質存在,那么就可以有一種說法:如果你於12:00站在蟲洞的一端(入口),那你就會於12:00從蟲洞的另一端(出口)出來。
蟲洞(Wormhole),又稱愛因斯坦-羅森橋,是宇宙中可能存在的連線兩個不同時空的狹窄隧道。

蟲洞定義

一是空間的隧道,就像一個球,你要沿球面走就遠了但如果你走的是球里的一條直徑就近了,蟲洞就是直徑
二是黑洞與白洞的聯繫
三是你說的時間隧道,根據愛因斯坦所說的你可以進行時間旅行,但你只能看,就像看電影,卻無法改變發生的事情,因為時間是線行的,事件就是一個個珠子已經穿好,你無法改變珠子也無法調動順序到現在為止,我們討論的都是普通“完美”黑洞。細節上,我們討論的黑洞都不旋轉也沒有電荷。如果我們考慮黑洞旋轉同時/或者帶有電荷,事情會變的更複雜。特別的是,你有可能跳進這樣的黑洞而不撞到奇點。結果是,旋轉的或帶有電荷的黑洞內部連線一個相應的白洞,你可以跳進黑洞而從白洞中跳出來。這樣的黑洞和白洞的組合叫做蟲洞。  白洞有可能離黑洞十分遠;實際上它甚至有可能在一個“不同的宇宙”--那就是,一個時空區域,除了蟲洞本身,完全和我們在的區域沒有連線。一個位置方便的蟲洞會給我們一個方便和快捷的方法去旅行很長一段距離,甚至旅行到另一個宇宙。或許蟲洞的出口停在過去,這樣你可以通過它而逆著時間旅行。總的來說,它們聽起來很酷。
時間隧道想像圖時間隧道想像圖
還有,即使形成了一個蟲洞,它也被認為是不穩定的。即使是很小的擾動(包括你嘗試穿過它的擾動)都會導致它坍塌。
最後,即使蟲洞存在並且是穩定的,穿過它們也是十分不愉快的。貫穿蟲洞的輻射(來自附近的恆星,宇宙的微波背景等等)將藍移到非常高的頻率。當你試著穿越蟲洞時,你將被這些X射線和伽瑪射線烤焦。蟲洞的出現,幾乎何以說是和黑洞同時的。
在史瓦西發現了史瓦西黑洞以後,理論物理學家們對愛因斯坦常方程的史瓦西解進行了幾乎半個世紀的探索。包括上面說過的克爾解、雷斯勒——諾斯特朗姆解以及後來的紐曼解,都是圍繞史瓦西的解研究出來的成果。我在這裡將介紹給大家的蟲洞,也是史瓦西的後代。
蟲洞在史瓦西解中第一次出現,是當物理學家們想到了白洞的時候。他們通過一個愛因斯坦的思想實驗,發現時空可以不是平坦的,而是彎曲的。在這種情況下,我們會十分的發現,如果恆星形成了黑洞,那么時空在史瓦西半徑,也就是視界的地方是與原來的時空完全垂直的。在不是平坦的宇宙時空中,這種結構就以為著黑洞的視界內的部分會與宇宙的另一個部分相結合,然後在那裡產生一個洞。這個洞可以是黑洞,也可以是白洞。而這個彎曲的視界,叫史瓦西喉,也就是一種特定的蟲洞。
自從在史瓦西解中發現了蟲洞,物理學家們就開始對蟲洞的性質感到好奇。
我們先來看一個蟲洞的經典作用:連線黑洞和白洞,成為一個愛因斯坦——羅森橋,將物質在黑洞的奇點處被完全瓦解為基本粒子,然後通過這個蟲洞(即愛因斯坦——羅森橋)被傳送到這個白洞的所在,並且被輻射出去。
當然,前面說的僅僅是蟲洞作為一個黑洞和白洞之間傳送物質的道路,但是蟲洞的作用遠不只如此。
黑洞和黑洞之間也可以通過蟲洞連線,當然,這種連線無論是如何的將強,它還是僅僅是一個連通的“宇宙監獄”。

蟲洞性質

利用相對論在不考慮一些量子效應和除引力以外的任何能量的時候,我們得到了一些十分簡單、基本的關於蟲洞的描述。這些描述十分重要,但是由於我們研究的重要是黑洞,而不是宇宙中的洞,因此我在這裡只簡單介紹一下蟲洞的性質,而對於一些相關的理論以及這些理論的描述,這裡先不涉及。
蟲洞有些什麼性質呢?最主要的一個,是相對論中描述的,用來作為宇宙中的高速火車。但是,蟲洞的第二個重要的性質,也就是量子理論告訴我們的東西又明確的告訴我們:蟲洞不可能成為一個宇宙的高速火車。蟲洞的存在,依賴於一種奇異的性質和物質,而這種奇異的性質,就是負能量。只有負能量才可以維持蟲洞的存在,保持蟲洞與外界時空的分解面持續打開。當然,狄拉克在芬克爾斯坦參照系的基礎上,發現了參照系的選擇可以幫助我們更容易或者難地來分析物理問題。同樣的,負能量在狄拉克的另一個參照系中,是非常容易實現的,因為能量的表現形式和觀測物體的速度有關。這個結論在膜規範理論中同樣起到了十分重要的作用。
但是蟲洞並沒有這么太平。前面說的是在安靜的相對論中的蟲洞,在暴躁的量子理論中,蟲洞的性質又有了十分重要的變化。
但在你認定那個理論正確而打算去尋找它們之前,你因該知道兩件事。首先,蟲洞幾乎可以肯定不存在。正如我們上面我們說到白洞時,只因為它們是方程組有效的數學解並不表明它們在自然中存在。特別的,當黑洞由普通物質坍塌形成(包括我們認為存在的所有黑洞)並不會形成蟲洞。如果你掉進其中的一個,你並不會從什麼地方跳出來。你會撞到奇點,那是你唯一可去的地方。
蟲洞不僅可以作為一個連線洞的工具,它還開宇宙的正常時空中出現,成為一個突然出宇宙中的超空間管道。
蟲洞沒有視界,它有的僅僅是一個和外界的分解面。蟲洞通過這個分解面和超空間連線,但是在這裡時空曲率不是無限大。就好比在一個在平面中一條曲線和另一條曲線相切,在蟲洞的問題中,它就好比是一個四維管道和一個三維的空間相切,在這裡時空曲率不是無限大。因而我們可以安全地通過蟲洞,而不被巨大的引力所摧毀。
根據參照系的不同,負能量是十分容易實現的。在物體以近光速接近蟲洞的時候,在蟲洞的周圍的能量自然就成為了負的。因而以接近光速的速度可以進入蟲洞,而速度離光速太大,那么物體是無論如何也不可能進入蟲洞的。這個也就是蟲洞的特殊性質之一。
我們先來看在黑洞中的蟲洞,也就是史瓦西喉和奇點周圍形成的子宇宙。
黑洞周圍的量子真空漲落在黑洞巨大引力的作用下,會被黑洞的引力能“餵”大,成為十分的能量輻射。這種能量會毫不留情地將一切形式的蟲洞摧毀。
在沒有黑洞包圍的蟲洞中,由於同樣的沒有黑洞巨大引力的“餵養”,蟲洞本身也不可能開啟太久。蟲洞有很大幾率被隨機打開,但是有更大的幾率突然消失。蟲洞打開的時間十分短,僅僅是幾個普朗克時間。在如此短的“壽命”中,即使是光也不可能走完蟲洞的一半旅途,而在半路由於蟲洞的消失而在整個時空中消失,成為真正的四維時空組旅行者。
而且,在沒有物體通過蟲洞的時候,蟲洞還比較“長壽”,而一旦有物體進入了蟲洞,如果這個物體是負能量的,那么還好,蟲洞會被撐開;但是如果物體是正能量的,那么蟲洞會在自己“自然死亡”以前就“滅亡”掉。而在宇宙中,幾乎無時無刻不存在能量輻射通過宇宙的每一個角落,而這些輻射都是正能量的,因此幾乎可以肯定,在自然情況下是不存在蟲洞的。
蟲洞的自然產生機制有兩種:
其一,是黑洞的強大引力能;
其二,是克爾黑洞的快速旋轉,其倫斯——梯林效應將黑洞周圍的能層中的時空撕開一些小口子。這些小口子在引力能和旋轉能的作用下被擊穿,成為一些十分小的蟲洞。這些蟲洞在黑洞引力能的作用下,可以確定它們的出口在那裡,但還不可能完全完成,因為量子理論和相對論還沒有完全結合。
霍金:時空穿梭可行
英國著名物理學家史蒂芬·霍金繼日前承認外星人的存在後,又發表一個驚人論述:他聲稱帶著人類飛入未來的時光機,在理論上是可行的,所需條件包括太空中的蟲洞或速度接近光速的宇宙飛船。不過,霍金也警告,不要搭時光機回去看歷史,因為“只有瘋狂的科學家,才會想要回到過去‘顛倒因果’”。
據英國媒體報導,物理學家霍金在拍攝的一部有關宇宙的紀錄片時提到,人類其實能建造出接近光速的宇宙飛船,並且能夠進入未來。
時間也有縫隙
至於時光機的關鍵點,霍金強調就是所謂的“第四維空間”,科學家將其命名為“蟲洞”。霍金強調,“蟲洞”就在我們四周,只是小到肉眼很難看見,它們存在於空間與時間的裂縫中。
他指出,宇宙萬物非平坦或固體狀,貼近觀察會發現一切物體均會出現小孔或皺紋,這就是基本的物理法則,而且適用於時間。時間也有細微的裂縫、皺紋及空隙,比分子、原子還細小的空間則被命名為“量子泡沫”,“蟲洞”就存在於其中。
回到“遙遠過去”
而科學家們企圖穿越空間與時間的極細隧道或捷徑,則不斷在量子天地中形成、消失或改造,它們連結兩個不同的空間及時間。部分科學家認為,有朝一日也許能夠抓住“蟲洞”,將它無限放大,使人類甚至宇宙飛船可以穿越;另外若動力充足加上完備科技,科學家或許也可以建造一個巨大的“蟲洞”。
霍金指出,理論上時光隧道或“蟲洞”不只能帶著人類前往其他行星,如果蟲洞兩端位於同一位置,且以時間而非距離間隔,那么宇宙飛船即可飛入,飛出後仍然接近地球,只是進入所謂“遙遠的過去”。不過霍金警告,不要搭時光機回去看歷史。
飛船夠快也能去“未來”
霍金表示,如果科學家能夠建造速度接近光速的宇宙飛船,那么宇宙飛船必然會因為不能違反光速是最大速限的法則,而導致艙內的時間變慢,那么飛行一個星期就等於是地面上的100年,也就相當于飛進未來。
霍金舉人造衛星為例,指衛星在軌道運行時,由於受地球重力影響較小,衛星上的時間比地上時間稍快。
由此,霍金就構想出一艘大型極速宇宙船,可在1秒內加速至時速9.7萬公里,6年內加速至光速的99.99%,比史上最快的宇宙船阿波羅10號快2000倍。船上的乘客就是變相飛向未來,作出名副其實的時間旅行。
名詞解釋“第四維空間”
即使是在太空中,萬物也都有時間的長度,在時間中漫遊,意味著穿越該“第四維空間”。
霍金舉例指出,開車直線行進等於是在“第一維空間”中行進,而左轉或右轉等於加上“第二維空間”,至於在曲折蜿蜒的山路上下行進,就等於進入“第三維空間”。穿越時光隧道就是進入“第四維空間”。

單一光子

2011年迄今為止,科學家證實時光穿梭是不可能的。
單一光子無法超越光速的極限單一光子無法超越光速的極限
香港科技大學物理學家杜勝望帶領的研究團隊表示他們已經證實了一個單一的光子,也就是光的最基本量子,亦遵循宇宙的“交通法規”。“愛因斯坦斷言光速是宇宙的交通法規,或者更簡單點說,在宇宙中,沒有什麼比光更快。”研究團隊表示。由此論證了時光穿梭是不可能的。在十年前,就有科學家提出過時光旅行的可能性,當時他們發現光的脈衝在某些特殊媒介中的快速傳播可能超越光速,但後來這一結果被證明僅是一種視覺效果,科學家此時依然認為一個單獨的光子可能超越光速。然而,杜教授認為愛因斯坦是正確的,並且決定通過測量一個單獨光子的最終速度來結束這場爭論。最終,實驗結果顯示單一光子同樣遵循光速定律。
(源自Discovery News)

邏輯悖論

按照常規思考,如果一個時間段成功建造了可以穿梭時光的機器,那么會有人到前面的時代製作同樣的機器繼續回到過去,於此同時帶到之前時代的還有那個時代的科技。那么每個時代都應該有時光機存在,包括現在,但是事實並非如此,所以可以建設時光機器是不可行的。
光的最小構成也是三維結構,以速度的方式永遠無法超越時間,因為速度存在於時間內,沒有0時間的速度,也沒有負時間的速度,就如霍金所說第4維時間,目前包容了前3維是同時存在的。但時間實際上是停滯或者無限大速度的要想旅行只有在思維感知上了,通過外界所有量的運行經驗方向,計算下一個時間點所達到的。例如,當你拋出一塊石頭,你可以看到運行軌跡,再迅速的計算出落下後運動軌跡~直到它停下,這是一切有感知物體特有的能力。

慣性思維

克服這種思維或許會有更多另人意想不到的新發現。愛因斯坦斷言光速是宇宙的交通法規,那么也就是說造出一艘超過光速的宇宙飛船是不可行的,那么,我們就換一種思維去研究他,在研究範圍之內的區域我們讓時間的速度變慢,直至接近凝結,此時,在範圍之外只要相對於他給一個速度,超越光速就成為可能,這個速度可能就是你迎著這個被凝結時空並向前走一步。

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