時光旅行:夢想成真之路上的「蟲洞」和量子

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Image caption 藝術構想圖:蟲洞可能是連接時空不同地方的捷徑。

一千多年前中國就有"山中方一日,世上幾千年"的故事,涉及了時間相對性的概念。1895年英國小說家喬治·威爾斯(H. G. Wells)發表《時間機器》,講述了時光旅行。評論認為這部書是科幻小說的開始。

一百多年過去後,時光機器是否仍然停留在科幻領域,科學家是否已經摸索到製造時間機器的線索呢?

著名物理學教授馬里特(Ron Mallett)說,時光旅行不是夢想:"我認為我是個有熱情的普通人,能激發我熱情的就是有可能做時光旅行。"

他一直想建造一個時光機器。他解釋說,他這方面的熱情和他早年的痛苦經歷有關。

馬里特的父親煙癮很重,33歲就死於心肌梗塞,當時馬里特年僅10歲。

這位康涅狄格大學的物理學者對BBC記者說,在父親死後的第二年、也就是他11歲的時候,他看到一本改變他人生的書,那就是威爾斯的《時光機器》。

馬里特說,那時候他想,如果他也能造一台時光機器,他就能回到過去,再和他父親相聚,他可以挽救父親生命,改變一切。

雖然時光旅行看上去還十分遙遠,但是科學家正在探索一些自然謎團,這些探究終有一天能會讓時光旅行的夢想成為現實。

Image caption 著名物理學教授馬里特(Ron Mallett)說,時光旅行不是夢想,他還做出了一個時光機器的方案。

愛因斯坦認為三維空間和時間相連,就相當於四維空間。這種系統被他稱作時空,這也就是我們現在理解的宇宙模式。

但愛因斯坦還認為時空可能捲曲,產生一個"橋"。這種現象就是所謂的"蟲洞",這就像一個連結兩端的隧道,每一邊都和時空的不同點相連。

宇宙中可能自然存在"蟲洞",俄羅斯科學家正試圖用射電望遠鏡探測"蟲洞"。但是利用"蟲洞"進行時光旅行並不容易。

最近的蟲洞可能遠在許多光年以外。即使你能到達"蟲洞",而且在裏面旅行後生還,還是不能確定最後你能到達哪裏。

有物理學家推測,將來人們可能像量體裁衣那樣定制"蟲洞",不過現在我們對如何能夠做到這點仍然一無所知。

物理學還預測說"蟲洞"可能會坍塌,把裏面的東西擠碎。如果時光機器能夠利用"蟲洞",那麼人們必須想辦法解決"蟲洞"這個能帶來麻煩的特性。

神秘的暗能量可能解決這個問題。在1990年代,科學家發現宇宙在加速擴張,而不是像之前估計的那樣擴張速度在減慢。

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Image caption 英國小說家喬治·威爾斯(H. G. Wells)的科幻小說《時間機器》在1960年代被拍成電影。

澳大利亞昆士蘭大學的宇宙學家塔瑪拉·戴維斯(Tamara Davis)說,"宇宙中存在的一些物質具有'反引力'效果,它有排斥力,而非吸引力。我們不知道它是什麼,但是宇宙的大部分由這種物質構成。我們將它叫做暗能量。"

只有「蟲洞」的"洞口"持續足夠長時間,允許物體穿過,時光旅行才有可能。這需要類似負能量的東西,而這在日常世界中並不真正存在。

但是宇宙中到處都有的暗能量符合這個要求,如果我們能夠弄明白這是什麼東西,我們就可能打開一個"蟲洞",並且讓它持續打開,從一邊進去,從另外一邊出來。

塔瑪拉·戴維斯教授說,"雖然我們不知道是否能夠作出一個"蟲洞",我們是否有這個技術能力…但是,誰也不知道未來人類文明的能力","技術進步如此迅速,可能時空本身也能成為受人控制的現象。"

「蟲洞」屬於物理學推測範疇,是實現時光旅行的一種方法。但是馬里特還有其他辦法。他做出了一個時光機器的方案,其概念靈感來自他12歲時讀過的一本關於愛因斯坦公式的書 。

馬里特教授建造了一個桌面裝置來說明這些原理。他認為,按此原理能夠造出真實有效的時光機器。首先,用激光生成環形光線。在這個"環形激光"內應該是被扭曲的空間,他解釋說,那"就像攪拌杯裏的咖啡一樣"。

因為空間和時間緊密相連,空間變形應該也令時間扭曲。按照馬里特教授的理論,在小空間內的激光強度足夠大,就應該可能改變我們生活中正常的時間線路。

Image caption 澳大利亞昆士蘭大學的宇宙學家塔瑪拉·戴維斯認為「蟲洞」可能是時光旅行的途徑。

不過為了讓他的理論付諸實踐,這個概念需要巨大的能量,也需要把一切縮小、微觀化的途徑。

但是一旦我們有了時光機器,而且能夠成功地使用時光機器,就需要我們對時間本身有透徹的了解。

一般的看法是宇宙是個恆定的時空"塊";這個概念直接來自愛因斯坦公式。

澳大利亞悉尼大學的時間研究中心的主任克里斯蒂·米勒(Kristie Miller)博士說,"這個模型的重要性在於以下概念,即過去、現在和將來都同樣真實。因此你能想得到的一切,也就是曾經存在過的、現在存在的、和將來存在的東西,它們都在這個時空裏面。"

"恐龍仍然在過去的某個地方做恐龍應該做的事情,我們現在都在這裏,未來所有的東西也存在於時空的某個地方。"

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Image caption 時空塊的概念的基礎是愛因斯坦的著名公式。

想像這種時空塊模式的一個辦法是,像空間的其他地方那樣想像時間中的其他位置:"我們在悉尼,但是其他人在新加坡和倫敦。那些地方也一樣真實,只不過我們沒有和他們在一起而已。"

對於那些嚮往時間旅行的人來說,這是個好消息,因為這意味著沒有什麼能阻止我們把我們現在的位置換成其他某個地方或其他某個時間。

但重要的是,這還意味著過去、現在和未來都已經確定(寫好),因此,如果我們穿越時光回到過去,我們不能改變過去。援引一個常說的例子,我們應該不能回到過去殺死某人的祖父母,那樣,他們的子孫在未來就不存在了。

"時空塊"理論認為我們日常的時間概念是個錯覺,是人們合理化理解現實的途徑。不過加拿大滑鐵盧圓周理論物理研究所的裏·斯莫林(Lee Smolin)教授則不同意這種看法。他認為時間流逝是個真實的、基本的現象。

他說"時間旅行也許實現不了","如果把現在的東西當作真實的,過去的東西只是在現在的記憶和記錄意義上才是真實的,未來的還沒有存在…...(時光旅行)無處可去。"

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Image caption 裏·斯莫林教授認為時間流逝是個真實的、基本的現象,而不是像"時空塊"理論所說的「錯覺」,因此"時間旅行也許實現不了。"

他的同事尼爾·圖洛克(Neil Turok)教授是圓周理論物理研究所的主任。他認為,令人匪夷所思的量子物理可能會為此問題提供答案。

這是涉及微觀世界的物理學,我們在學校教科書上學到的古典物理學規則在那裏並不適用。例如,在量子世界裏面,一個粒子可能同時存在於多個地方。

"顯然存在某種可能,我們能在時間上退回去,"他說。"在量子世界中,沒有不可能的事情--粒子能夠穿牆而過。"

圖洛克教授解釋說,時光旅行仍然是十分遙遠的希望,因為"對於如何能夠從現在回到過去,沒人真有任何可行的想法。"但是他又說:"話不能說死,因為將來會有某個聰明人出來,告訴你如何打破已有規則。"

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