“時間機器”：可以看到未來？

付秀宏

前一段時間，英國著名物理學(xué)家斯蒂芬？霍金不斷發(fā)出驚人的言論。他說，人類完全有能力利用自然規(guī)律實現(xiàn)“穿越時空”，他還極力推崇制造“時間機器”。他甚至顯得有些急切：“我們的人口和地球上的資源成反比，而技術(shù)的更新，也不一定會讓我們的環(huán)境變得更好，因為我們?nèi)祟惖倪z傳基因中決定了自己的自私，所以我們生存的更多機會是將目光瞄準其他星球，尋找適合人類居住的行星?！?/p>

“時間旅行”，僅僅是一個夢嗎？

從地球出發(fā)，載人向宇宙深處尋找“人類的第二家園”，是非常困難的。在很短的時間內(nèi)幾乎難以做到。霍金說：“困難是肯定的，但人類必須具備這種探索意識，我們可以花30年在月球上建立基地，花50年到達火星，花 200年探索系外行星等。”

霍金在新著《大設(shè)計》中，首次否定上帝創(chuàng)造宇宙的認識。“上帝在宇宙中沒有位置，我們身處的宇宙，只不過是自發(fā)地從無到有出現(xiàn)的許多宇宙中的一個?！被艚痍U述，“假設(shè)宇宙中真有上帝存在的話，其實也只是一部關(guān)于科學(xué)的法律書，并非一個你提出要求就幫助你滿足的神?！?/p>

霍金不承認上帝，他認為物理上的時空挪轉(zhuǎn)比上帝更無限。首先他把時間看成第四維。任何物體都有特定的長度、寬度和高度，但除此以外還有另外一種“度”，這個度就是時間。而“時間旅行”就意味著要穿過第四維時空。

要理解這個概念并不難，就拿開汽車來打比方吧。直進是第一維度，轉(zhuǎn)左或轉(zhuǎn)右是第二維度，在山路上爬上爬下帶來高度的變化，就是第三維度。但穿越第四維度時間，怎樣才能實現(xiàn)？俄羅斯物理學(xué)家認為：歐洲的大型強子對撞機，可用來幫助進行“時間旅行”。但啟動這種超級功能，只會發(fā)生在對撞機能量滿負荷運行時。現(xiàn)在僅僅是一種設(shè)想。

大家都知道，關(guān)于“時間旅行”的科幻電影，離不開一個能耗極高的巨型機器，這臺機器能打開一個穿越第四維時空的通道，也就是“時間隧道”。一個改寫時間的勇敢旅行者，或許有些莽撞，但他完全可以踏進“時間隧道”前往下一個未知的時代……這個概念，現(xiàn)在已不屬于空想，而有些“腳踏實地”，因為在一些物理學(xué)家的計算中不斷出現(xiàn)。

很多物理學(xué)家在為進入“時間隧道”做著努力，并為此設(shè)定了一個新名詞——“蟲洞”。他們的基本認識是：任何物質(zhì)都不是徹底平滑沒有空隙的，如果近距離看，一樣會發(fā)現(xiàn)上面有小洞和裂痕，這是一個基本的物理法則，就連時間也是如此。

蟲洞，就是一些細小的通道，也可以說是穿越時空的“捷徑”。它們在整個量子世界中不斷地形成、消失、再形成連接。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小，我們來到一個稱為量子泡沫的地方，這便是蟲洞存在之處。但這些真實存在的“時空隧道”，只有10的負33次方厘米大小。可這么小，人類根本不可能借此通行呀！

有些科學(xué)家認為，人類可以截獲這樣一個蟲洞，然后將它擴大數(shù)億億億倍，足以讓一個人、甚至是一艘太空船從中通過，只要有足夠的能源和超前的科技，或許還可以在宇宙中制造出巨大的蟲洞來。

按照理論物理學(xué)的解釋，蟲洞是連接不同時間和空間的隧道，它的入口可能只有一粒塵埃那樣大，也完全可以有一座房子、一顆行星，甚至有一顆恒星大。

到目前為止，這僅僅是一種不斷升級的設(shè)想，或許很難實現(xiàn)。但如果真的可行，那將是一項非常了不起的創(chuàng)舉，它的一端在距離地球不遠的地方，另一端則位于一顆離我們無比遙遠的行星附近。

“時間機器”，漸行漸近的科學(xué)構(gòu)想

如果說，早些時候“時間旅行”還被認為是科幻小說里的幻想，今天，它已突然成為理論物理學(xué)家最寵愛的項目。在20世紀以前的科學(xué)界，“時間旅行”一度被認為是歪理邪說；但21世紀來臨后，完全不同了。加利福尼亞技術(shù)學(xué)院著名物理學(xué)家基普？索恩曾在他的演講中說道：“時間旅行曾是作家的專屬領(lǐng)域，嚴肅的科學(xué)家像躲避瘟疫一樣避開它?？扇缃?，在嚴肅的科學(xué)期刊中，可以經(jīng)?？吹絻?yōu)秀理論物理學(xué)家撰寫的對時間旅行的分析文章?！?/p>

源于“時間旅行”概念的推出，很多科學(xué)家正在設(shè)計各種各樣的“時間機器”。最主要的一種就是歐洲的大型強子對撞機，對撞機建成于2008年秋季，位于法國和瑞士交界處。科學(xué)家們試圖用接近光速的速度讓質(zhì)子束相撞。正如所料，此設(shè)備可以提供有關(guān)粒子和能量在太空運行的新契機，以及模擬大爆炸后宇宙的再生條件。

對撞機啟動后，人們害怕形成可以吞噬地球的巨型黑洞。但是科學(xué)家們很快發(fā)表聲明說，運行粒子對撞機可能造成的黑洞非常有限，這些黑洞要么小得用顯微鏡才能看到，要么大得可以讓人們穿越時空，僅僅能成為“時間旅行”的工具而已。

這個新奇的觀點，是由兩位斯捷克洛夫物理和數(shù)學(xué)研究所的博士提出的；一位叫伊麗？阿雷菲耶娃，另一位叫伊戈爾？沃洛維奇。沃洛維奇說：“‘時間旅行符合現(xiàn)代理論數(shù)學(xué)物理的原理。而當(dāng)高能量的粒子相撞時，就有可能使這種‘蟲洞出現(xiàn)，甚至將‘蟲洞有一定限度地放大。但應(yīng)該看到，依靠現(xiàn)有頂尖技術(shù)，即使能量再高，也是有極限的。這就是說，歐洲大型強子對撞機未來一旦成功爆發(fā)出足夠能量，或許是促成‘時間機器出籠的直接原因?！?/p>

科學(xué)家指出，要想造出這樣的“時間機器”，必須讓時間和空間像一個圓環(huán)一樣封閉，大型強子對撞機能做到這一點。而有關(guān)“蟲洞”或“時間隧道”的入口大小，就像建設(shè)“時間機器”的起落機場一樣，取決于它通航的時空路線和運送規(guī)模。畢竟，運送一個光子穿越時空與運送一群游客穿越時空，是完全不同的。

在物理性質(zhì)方面，“蟲洞”的入口與“黑洞”的入口非常相似。完全不同的是，人被“黑洞”吸走就回不來了，而穿越“蟲洞”之后，你還可以再回來。有些科學(xué)家預(yù)測，通過穿越“蟲洞”，你可以到另一個星系或另一個宇宙，甚至你也可以回到過去。

“回到過去”，最終被否

“回到過去”，這簡直有點兒不可思議。新的物理理論假想是這樣的，如果“蟲洞”的兩個端口，設(shè)置的地點相同，但時間不同，那飛船穿越蟲洞之后，你將回到遙遠的過去，或許遙遠年代的恐龍還可以目睹這艘飛船的從天而降。

但是，“回到過去”的“時間旅行”，本身就存在問題——一個人通過蟲洞，可以看到他一分鐘以前的自我嗎？如果他利用蟲洞向以前的自我開槍，會發(fā)生什么事情？他現(xiàn)在已經(jīng)一命嗚呼了，那又是誰開的槍呢？這是一個說不清的悖論。有這種“時間機器”，就完全違反整個宇宙所遵循的基本規(guī)則。

回到過去的時間旅行，應(yīng)該永遠不會上演。對于尋找恐龍的人來說，這會令他們大失所望；對于歷史學(xué)家而言，他們可以徹底解脫了。

其實，時間就像河流，我們每一個人仿佛被時光的流動無情地卷走。從“蟲洞”回到過去？此路顯然不通。時間就是一條直線，向前奔流，永不回頭。時光以不同速度、在不同地點流動，人倒是完全可以搭上前行的一班車，找到通向未來的“金鑰匙”。

“快與慢”：問題的核心所在

“時間機器”一詞，最早出現(xiàn)在1895年威爾斯的小說《時間機器》里，那時的設(shè)想只是作者的幻想，直到狹義相對論與廣義相對論相繼問世，這一設(shè)想開始有了一定的物理學(xué)根據(jù)。

1975年，美國馬里蘭州大學(xué)的卡洛爾？阿利教授制造了兩個原子鐘，將其中一個放在地面，另外一個放在飛機上在空中飛行數(shù)小時。當(dāng)機載的原子鐘回到地面時，阿利教授將兩個原子鐘進行了對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地面上的原子鐘比空中的慢了不到一秒的時間。再如，每一艘太空飛船內(nèi)部都有一臺運行精確的鐘表。雖然如此精確，但每天仍會比地球快十億分之一秒左右。

100多年前，愛因斯坦最早提出了“快與慢”這一概念。他認為，世上應(yīng)該存在讓時間慢下來的地方，以及讓時間加速的地方?；艚鹫f，在近地球的太空范圍，越靠近地球，越會使時間變慢一些?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)會減緩時間運行速度，就像是河的下游一樣。物體越重，對時間的阻力越大。這種驚人的事實，為通向未來的時間旅行開啟了大門。

恰恰在銀河系中心，距離地球2.6萬光年遠的地方，擁有銀河系中最重的天體——一個質(zhì)量相當(dāng)于400萬個太陽的超大質(zhì)量黑洞，在自身引力作用下，它被壓縮為一個點。這樣的超大質(zhì)量黑洞，對時間具有顯著的影響，令時間變慢的速度遠遠超過銀河系中的任何物體。這個超大質(zhì)量黑洞，是一臺“天生的時間機器”。

如果某個航天機構(gòu)正在控制從地球發(fā)射的探測器，他們會發(fā)現(xiàn)繞運行軌道一圈的時間為16分鐘的地球時間。對于飛船上的勇敢者來說，因靠近這個超大質(zhì)量物體，相對地球時間就會慢下來。在這里，引力影響遠比地球引力來得更極端。機組人員的所用時間（參照地球）將會減慢一半。原本每圈要耗費地球時間16分鐘，他們其實僅經(jīng)歷了8分鐘，因為那里的時間走得非常慢，秒針慢騰騰的，像被什么東西拉住了。

想象一下，當(dāng)飛船及機組人員繞這個黑洞運行5年的地球時間時，地球上已經(jīng)過去了10年。當(dāng)他們回到家鄉(xiāng)，地球上的人比他們老了5歲。所以，超大質(zhì)量黑洞，就是一臺變形的“時間機器”。

接近光速，飛向未來

以接近于光的速度飛行，可以將人類送達未來世界，走入宇宙新家園。這是科學(xué)家最大的夢想。人類先在地球上建造貨真價實的“時間機器”后，然后在里面裝載著巨量燃料，令其加速至接近于光速，在全負荷動力運行下，無故障地駛出太陽系，最短仍需要6年時間。

由于酷似“時間機器”的飛船比較龐大和沉重，最初的加速度相對平緩。隨著時間的推移，飛船速度非?？臁Ｒ荒暌院?，到達系外行星。兩年后，它的速度將達到光速的一半，距離太陽系越來越遙遠，再過兩年它可能會已經(jīng)達到光速的90%。在發(fā)射4年后，飛船距離地球48萬億公里遠，這意味著飛船將開始“時間旅行”，飛船變成了“時間機器”。屆時，它的速度接近于光速，在船上待1天，相當(dāng)于在地球上待兩天。

再經(jīng)過另外兩年全負荷動力飛行，飛船將到達其最高速度——相當(dāng)于光速的99%。在這一速度下，在船上待1天，那就意味著在地球上度過1年的時間。飛船確實“飛進”了未來世界。從理論上講，這意味著我們一生當(dāng)中可以跨越無盡的距離。

遐想一下，當(dāng)人從太空再次返回地球、走出飛船時，你也許只衰老了7歲，可是地球卻已經(jīng)過去了難以數(shù)計的萬年歷程。所以從某種意義上說，你穿越時空來到了地球的未來。

“時間機器”，或僅僅是一種偉大的夢想

“穿越時空”，前往未來是有可能性的，但目前人類文明遠遠達不到這個能力。一些美國科學(xué)家說，“時間機器”純粹只是一種偉大的夢想而已。打開“時間隧道”，進入“蟲洞”，需要一顆恒星的能量，人類眼下無法辦到。

美國紐約城市大學(xué)物理學(xué)家、《多維空間》和《平行世界》一書的作者米奇奧·卡庫說：“蟲洞能通向未來，但我們必須非常謹慎，操作一臺‘時間機器所需的‘汽油，遠遠不是我們的現(xiàn)代科技所能控制的事。”

卡庫解釋稱，在時空結(jié)構(gòu)中制造出一個“蟲洞”，所需能量非常巨大，或者需要掌控負能量，這顯然都不是人類可以辦到的事情。

某些物理學(xué)理論認為，宇宙大爆炸時所產(chǎn)生的威力，應(yīng)該形成了無數(shù)細長并且能量高度集聚的細管，這種管子被稱做“宇宙弦”，它有點像蜘蛛絲，但遠比原子細小，一厘米的宇宙弦比整座喜馬拉雅山的質(zhì)量還大，根據(jù)這一理論，宇宙弦要么伸展到無窮遠處，要么形成閉合的無限長的環(huán)圈。這種特殊時刻產(chǎn)生的能量，可以把當(dāng)時無秩序狀態(tài)的人，送入太空旅行。但這個時候，人是無法生存下去的。那種能量大爆發(fā)，往往是大災(zāi)難的來臨。

由于“宇宙弦”擁有龐大的能量，所以科學(xué)家認為它也能彎曲附近的時空，據(jù)美國普林斯頓大學(xué)天體物理學(xué)家理查德·戈特稱，當(dāng)兩個“宇宙弦”互相平行時，將會造成時空的特別彎曲，在這樣的條件下，“時空旅行”和“時空機器”都將成為可能?？墒?，如果沒有超級文明，是很難控制這種宇宙大爆炸的走向，它遠遠超出了人類的技術(shù)能力?？刂频厍蛸Y源與能量的科技文明，還需要跨越漫長的時日才能解決，況且如何度過這么具有挑戰(zhàn)性的突發(fā)事件也是巨大的難題。