时光旅行:梦想成真之路上的“虫洞”和量子

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Image caption 艺术构想图:虫洞可能是连接时空不同地方的捷径。

一千多年前中国就有"山中方一日,世上几千年"的故事,涉及了时间相对性的概念。1895年英国小说家乔治·威尔斯(H. G. Wells)发表《时间机器》,讲述了时光旅行。评论认为这部书是科幻小说的开始。

一百多年过去后,时光机器是否仍然停留在科幻领域,科学家是否已经摸索到制造时间机器的线索呢?

著名物理学教授马里特(Ron Mallett)说,时光旅行不是梦想:"我认为我是个有热情的普通人,能激发我热情的就是有可能做时光旅行。"

他一直想建造一个时光机器。他解释说,他这方面的热情和他早年的痛苦经历有关。

马里特的父亲烟瘾很重,33岁就死于心肌梗塞,当时马里特年仅10岁。

这位康涅狄格大学的物理学者对BBC记者说,在父亲死后的第二年、也就是他11岁的时候,他看到一本改变他人生的书,那就是威尔斯的《时光机器》。

马里特说,那时候他想,如果他也能造一台时光机器,他就能回到过去,再和他父亲相聚,他可以挽救父亲生命,改变一切。

虽然时光旅行看上去还十分遥远,但是科学家正在探索一些自然谜团,这些探究终有一天能会让时光旅行的梦想成为现实。

Image caption 著名物理学教授马里特(Ron Mallett)说,时光旅行不是梦想,他还做出了一个时光机器的方案。

爱因斯坦认为三维空间和时间相连,就相当于四维空间。这种系统被他称作时空,这也就是我们现在理解的宇宙模式。

但爱因斯坦还认为时空可能卷曲,产生一个"桥"。这种现象就是所谓的"虫洞",这就像一个连结两端的隧道,每一边都和时空的不同点相连。

宇宙中可能自然存在"虫洞",俄罗斯科学家正试图用射电望远镜探测"虫洞"。但是利用"虫洞"进行时光旅行并不容易。

最近的虫洞可能远在许多光年以外。即使你能到达"虫洞",而且在里面旅行后生还,还是不能确定最后你能到达哪里。

有物理学家推测,将来人们可能像量体裁衣那样定制"虫洞",不过现在我们对如何能够做到这点仍然一无所知。

物理学还预测说"虫洞"可能会坍塌,把里面的东西挤碎。如果时光机器能够利用"虫洞",那么人们必须想办法解决"虫洞"这个能带来麻烦的特性。

神秘的暗能量可能解决这个问题。在1990年代,科学家发现宇宙在加速扩张,而不是像之前估计的那样扩张速度在减慢。

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Image caption 英国小说家乔治·威尔斯(H. G. Wells)的科幻小说《时间机器》在1960年代被拍成电影。

澳大利亚昆士兰大学的宇宙学家塔玛拉·戴维斯(Tamara Davis)说,"宇宙中存在的一些物质具有'反引力'效果,它有排斥力,而非吸引力。我们不知道它是什么,但是宇宙的大部分由这种物质构成。我们将它叫做暗能量。"

只有“虫洞”的"洞口"持续足够长时间,允许物体穿过,时光旅行才有可能。这需要类似负能量的东西,而这在日常世界中并不真正存在。

但是宇宙中到处都有的暗能量符合这个要求,如果我们能够弄明白这是什么东西,我们就可能打开一个"虫洞",并且让它持续打开,从一边进去,从另外一边出来。

塔玛拉·戴维斯教授说,"虽然我们不知道是否能够作出一个"虫洞",我们是否有这个技术能力…但是,谁也不知道未来人类文明的能力","技术进步如此迅速,可能时空本身也能成为受人控制的现象。"

“虫洞”属于物理学推测范畴,是实现时光旅行的一种方法。但是马里特还有其他办法。他做出了一个时光机器的方案,其概念灵感来自他12岁时读过的一本关于爱因斯坦公式的书 。

马里特教授建造了一个桌面装置来说明这些原理。他认为,按此原理能够造出真实有效的时光机器。首先,用激光生成环形光线。在这个"环形激光"内应该是被扭曲的空间,他解释说,那"就像搅拌杯里的咖啡一样"。

因为空间和时间紧密相连,空间变形应该也令时间扭曲。按照马里特教授的理论,在小空间内的激光强度足够大,就应该可能改变我们生活中正常的时间线路。

Image caption 澳大利亚昆士兰大学的宇宙学家塔玛拉·戴维斯认为“虫洞”可能是时光旅行的途径。

不过为了让他的理论付诸实践,这个概念需要巨大的能量,也需要把一切缩小、微观化的途径。

但是一旦我们有了时光机器,而且能够成功地使用时光机器,就需要我们对时间本身有透彻的了解。

一般的看法是宇宙是个恒定的时空"块";这个概念直接来自爱因斯坦公式。

澳大利亚悉尼大学的时间研究中心的主任克里斯蒂·米勒(Kristie Miller)博士说,"这个模型的重要性在于以下概念,即过去、现在和将来都同样真实。因此你能想得到的一切,也就是曾经存在过的、现在存在的、和将来存在的东西,它们都在这个时空里面。"

"恐龙仍然在过去的某个地方做恐龙应该做的事情,我们现在都在这里,未来所有的东西也存在于时空的某个地方。"

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Image caption 时空块的概念的基础是爱因斯坦的著名公式。

想象这种时空块模式的一个办法是,像空间的其他地方那样想象时间中的其他位置:"我们在悉尼,但是其他人在新加坡和伦敦。那些地方也一样真实,只不过我们没有和他们在一起而已。"

对于那些向往时间旅行的人来说,这是个好消息,因为这意味着没有什么能阻止我们把我们现在的位置换成其他某个地方或其他某个时间。

但重要的是,这还意味着过去、现在和未来都已经确定(写好),因此,如果我们穿越时光回到过去,我们不能改变过去。援引一个常说的例子,我们应该不能回到过去杀死某人的祖父母,那样,他们的子孙在未来就不存在了。

"时空块"理论认为我们日常的时间概念是个错觉,是人们合理化理解现实的途径。不过加拿大滑铁卢圆周理论物理研究所的里·斯莫林(Lee Smolin)教授则不同意这种看法。他认为时间流逝是个真实的、基本的现象。

他说"时间旅行也许实现不了","如果把现在的东西当作真实的,过去的东西只是在现在的记忆和记录意义上才是真实的,未来的还没有存在…...(时光旅行)无处可去。"

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Image caption 里·斯莫林教授认为时间流逝是个真实的、基本的现象,而不是像"时空块"理论所说的“错觉”,因此"时间旅行也许实现不了。"

他的同事尼尔·图洛克(Neil Turok)教授是圆周理论物理研究所的主任。他认为,令人匪夷所思的量子物理可能会为此问题提供答案。

这是涉及微观世界的物理学,我们在学校教科书上学到的古典物理学规则在那里并不适用。例如,在量子世界里面,一个粒子可能同时存在于多个地方。

"显然存在某种可能,我们能在时间上退回去,"他说。"在量子世界中,没有不可能的事情--粒子能够穿墙而过。"

图洛克教授解释说,时光旅行仍然是十分遥远的希望,因为"对于如何能够从现在回到过去,没人真有任何可行的想法。"但是他又说:"话不能说死,因为将来会有某个聪明人出来,告诉你如何打破已有规则。"

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