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时间旅行究竟有可能吗?霍金曾持“谨慎乐观态度”
2018-11-13 09:04:08  出处:新浪科技  作者:叶子 编辑:万南   点击可以复制本篇文章的标题和链接

北京时间11月13日消息,据国外媒体报道,霍金遗作《大问小答》(Brief Answers to the Big Questions)中有这么一句话:“假如有人提出向时间旅行方面的研究捐助一笔研究资金,这个提议转眼就会被拒绝。”

这话不假。但他说的另一句话也很有道理:时间旅行可能与否是一个“非常严肃的问题”,不过仍然可以通过科学手段来解决。

霍金对此持谨慎乐观态度,认为我们现有的知识暂时无法排除时间旅行的可能性。所以现在情况到底如何呢?我们暂时还造不出时间机器,但未来有这个可能性吗?

首先来看看我们的日常体验。我们已经习惯了随时随地联系自己分布在全世界的亲朋好友,将此视为理所应当。

但我们其实永远也弄不清其中的奥秘。携带亲友声音和照片的信号传播速度快到难以理解,但仍需一定时间才能传到我们这里。这就是爱因斯坦时空理论的核心:我们永远无法真正获知远处某人“现在”的状态。

光速

爱因斯坦告诉我们,时间与空间其实是同一个东西——时空的两个部分,我们应当将时间距离当成空间距离一样看待。

虽然听上去很奇怪,但有人问伯明翰离伦敦有多远时,我们会很自然地回答“大概两个半小时”。我们的意思是,如果时速每小时80公里,这段路大概要花两个半小时。从数学角度来说,这种说法相当于“伯明翰据伦敦约200公里”

就像物理学家布莱恩考克斯(Brian Cox)和杰夫?福修(Jeff Forshaw)在《为何E=mc??》一书中指出的那样,时间和距离“可以以速度为‘货币’相互交换”。

爱因斯坦大胆地猜测,从时间到距离的“汇率”在时空中处处通用,而这一“汇率”其实就是光速。光速是任何信号能够达到的最高速度,也因此决定了我们获知宇宙某处信息的速度上限。这就使我们产生了“因果”的概念,认为必定先有“因”、再有“果”。而对时间旅行者而言, 这无疑是个严重的理论障碍。

假设光速在宇宙中处处相等,那么无论我们自身运动速度多快,测出的光速都必定相同,在真空中始终为每秒299,792,458米。而爱因斯坦意识到,既然光速绝对不变,那么时空本身就不可能保持不变。

事实上,高速运动的时钟的运转速度必定比静止的时钟慢得多。同理,你自己的运动速度越快,相对于被你甩在身后的人而言,时间的流逝就慢得多。

“相对”一词正是关键:在你看来,时间的流逝一如往常;但对其他静止不动的人来说,你就像在做慢动作一样。假如你的速度达到了光速,你在别人眼中就仿佛完全静止;而从你的角度来看,其他人则都在飞速向前。

那么,假如我们的运动速度超过光速,时间是否会像科幻小说中一样倒流呢?

不幸的是,人类需要无穷大的能量才能达到光速,更别提超过光速了。而就算我们能超过光速,时间也不会简简单单地倒流。事实上,到了这个时候,“向前”或“向后”已经失去了意义。因果法则将就此被破坏,“因”和“果”也没有了意义可言。

虫洞

爱因斯坦还告诉我们,引力是质量扭曲时空的结果。一块空间中聚集的质量越大,时空被扭曲得就更厉害,附近的时钟走得就越慢。

爱因斯坦还告诉我们,引力是质量扭曲时空的结果。一块空间中聚集的质量越大,时空被扭曲得就更厉害,附近的时钟走得就越慢。而如果我们在一块空间中塞入的质量足够大,时空将被极度扭曲,就连光线也无法逃脱它的引力,这就形成了黑洞。假如你能接近黑洞边缘,即事件视界,你携带的时钟将走得无限慢。

那么,扭曲时空是否能让时间倒流呢?

答案是“也许吧”。要达到这一效果,时空需要扭曲成可穿越虫洞。但我们需要创造出“负能量密度”区域,才能使虫洞稳定下来。而19世纪的经典物理学已经杜绝了这种可能性。

现代量子力学则不尽然。根据量子力学,看似空无一物的空间其实并不“空”,而是充满了不时出现、不时消失的粒子对。如果我们能让一块区域中的粒子对少于其它区域,也许该区域就拥有了负能量密度。

然而,如何将量子力学与爱因斯坦相对论结合起来,至今仍是理论物理界最大的挑战之一。

有一种名叫“弦理论”(更准确的叫法是M理论)的理论或许能提供另一种可能性。该理论认为,时空共有11个维度:时间算1维,我们生活的空间有3维,除此之外还有7维。我们能否用这些多余的空间维度、在时空中抄一条近道呢?至少,霍金对此持积极态度。

拯救历史

霍金遗作《大问小答》(Brief Answers to the Big Questions)中有这么一句话:“假如有人提出向时间旅行方面的研究捐助一笔研究资金,这个提议转眼就会被拒绝。”这话不假。但他说的另一句话也很有道理:时间旅行可能与否是一个“非常严肃的问题”,不过仍然可以通过科学手段来解决。

那么,时间旅行究竟有可能实现吗?我们现有的知识无法排除这种可能性,但答案很可能是“不可能”。

爱因斯坦的理论无法在极小尺度上描述时空的结构。此外,虽然自然法则常常与我们的日常体验相去甚远,但往往都能够自洽,因此科幻小说中扰乱因果顺序造成的悖论也许并不会出现。虽然霍金对此持积极态度,但他也承认,受某些尚未发现的物理法则的影响,像你我这样的大型物体也许永远也不可能穿梭时空。我们将这一观点称作霍金的“时序保护猜想”。

无论未来我们能否造出时间机器,有一点是可以肯定的:当我们爬山或开车时,都或多或少改变了时间流逝的速度。所以你其实已经在穿梭时空了,只不过方法和你希望的不太一样而已。

时间旅行究竟有可能吗?霍金:可通过科学手段解决

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