一臺(tái)巨大高能耗的“時(shí)間機(jī)器”,產(chǎn)生通往第四維的通道——“時(shí)光隧道”。時(shí)空旅行者勇敢地走進(jìn)“時(shí)光隧道”,來(lái)到他們想要到達(dá)的時(shí)間和空間……這是科幻電影里描述的場(chǎng)景,而霍金則詳細(xì)描述了未來(lái)如何建造一臺(tái)“時(shí)間機(jī)器”。
蟲(chóng)洞:穿越第四維的通道
時(shí)空旅行的實(shí)質(zhì)是穿越四維空間。物理學(xué)一直在思考“時(shí)光隧道”是否存在于自然規(guī)律中;艚鹬赋,要進(jìn)入未來(lái)可以透過(guò)蟲(chóng)洞通道。蟲(chóng)洞是根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)論預(yù)測(cè)的連接時(shí)空中兩個(gè)不同地點(diǎn)的假想“隧道”或捷徑,負(fù)能量將時(shí)間和空間拖入一條隧道入口,并在另一個(gè)宇宙出現(xiàn)。蟲(chóng)洞無(wú)處不在,只是因?yàn)樘,肉眼看不到罷了。
任何物質(zhì)都不是平整無(wú)暇和實(shí)心的,如果仔細(xì)觀察,會(huì)發(fā)現(xiàn)它們上面都存在小孔和裂縫,這是一個(gè)基本的物理原理,同樣適用于時(shí)間。即便是像臺(tái)球一樣的東西,上面也有裂縫、褶皺或空洞。這一原理同樣適用于第四維。時(shí)間也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小,來(lái)到一個(gè)稱為量子泡沫的地方,這是蟲(chóng)洞存在之處。
時(shí)空中的微小隧道或捷徑不停地在這個(gè)量子世界中形成、消失和重新形成。它們可以連接兩個(gè)隔離的空間以及兩個(gè)不同的時(shí)間。不幸的是,這種時(shí)光隧道非常狹小,即使發(fā)現(xiàn)了它們,我們也不能從這個(gè)縫隙穿過(guò)——可這正是“蟲(chóng)洞時(shí)間機(jī)器”前進(jìn)方向;艚鹫J(rèn)為,有一天捕捉到一個(gè)蟲(chóng)洞,將它無(wú)限放大,能讓人甚至飛船進(jìn)入。如果擁有足夠的能量和先進(jìn)的技術(shù),甚至能在太空中建造一個(gè)巨型蟲(chóng)洞。
黑洞:天然的“時(shí)間機(jī)器”
100多年前,愛(ài)因斯坦提出,世上應(yīng)該存在讓時(shí)間慢下來(lái)的地方,以及讓時(shí)間加速的地方。時(shí)間在太空比在地球運(yùn)行快。造成這種影響的原因是地球的質(zhì)量。愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn),物質(zhì)會(huì)減緩時(shí)間運(yùn)行速度,就像是河的下游一樣。物體越重,對(duì)時(shí)間的阻力越大。這種驚人的事實(shí)為通向未來(lái)的時(shí)間旅行開(kāi)啟了大門(mén)。
霍金認(rèn)為,時(shí)空旅行的天然“交通工具”是黑洞。在銀河系中心,距離地球2.6萬(wàn)光年遠(yuǎn)的地方,擁有銀河系中最重的天體——一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的超大質(zhì)量黑洞,在自身引力作用下,它被壓縮為一個(gè)點(diǎn)。距離這個(gè)超大質(zhì)量黑洞越近,遭遇的引力就越強(qiáng)。一旦距離其過(guò)近,連光線都無(wú)法逃脫,會(huì)被吞噬。這樣的超大質(zhì)量黑洞對(duì)時(shí)間具有顯著的影響,令其減緩的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)銀河系中的任何物體。這使得它是臺(tái)“天然的時(shí)間機(jī)器”。
霍金想象宇宙飛船能充分利用這種現(xiàn)象。如果某個(gè)航天機(jī)構(gòu)正在控制從地球發(fā)射的探測(cè)器,他們會(huì)發(fā)現(xiàn)繞軌道運(yùn)行一圈的時(shí)間為16分鐘?拷筚|(zhì)量黑洞,時(shí)間就會(huì)慢下來(lái)。在這里,引力影響遠(yuǎn)比地球引力極端。機(jī)組人員的時(shí)間將會(huì)減慢一半。對(duì)于原本每圈要耗費(fèi)的16分鐘,他們其實(shí)僅經(jīng)歷了8分鐘。
想象一下,當(dāng)飛船及機(jī)組人員繞這個(gè)黑洞運(yùn)行5年時(shí),別的地方已經(jīng)過(guò)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,可以利用超大質(zhì)量黑洞原理造就一臺(tái)時(shí)間機(jī)器。
光速:時(shí)空旅行的關(guān)鍵
宇宙中存在著速度限制,即每秒鐘18.6萬(wàn)英里(約合30萬(wàn)公里),亦稱光速。任何物體不能超越這一速度。以接近于光速的速度旅行可以將你送達(dá)未來(lái)世界。
霍金說(shuō),如果科學(xué)家能夠建造速度接近光速的太空船,那么太空船必然不能違反光速是最大速限的法則,導(dǎo)致艙內(nèi)的時(shí)間變慢,這樣飛行一個(gè)星期就等于是地球上的幾年,也就相當(dāng)于飛進(jìn)未來(lái)。
在人類(lèi)歷史上,速度最快的載人飛船“阿波羅”10號(hào),速度為每小時(shí)2.5萬(wàn)英里(約合每小時(shí)4萬(wàn)公里),但要實(shí)現(xiàn)在時(shí)間中旅行,速度必須是“阿波羅”10號(hào)速度的2000倍。
太空飛船里面裝載著巨量燃料,不斷加速,在一周內(nèi),它就可以到達(dá)外行星。兩年后,它可以達(dá)到半光速,飛出太陽(yáng)系。再兩年后它將達(dá)到光速的90%,遠(yuǎn)離地球約30萬(wàn)億英里。發(fā)射四年后,飛船就會(huì)開(kāi)始穿越未來(lái)。飛船上每度過(guò)一小時(shí),地球上將度過(guò)兩小時(shí)。再經(jīng)過(guò)兩年開(kāi)足馬力的旅行,飛船將達(dá)到其最高速,也即光速的99%。在這種速度中,飛船上的一天,等于地球上的一年。這時(shí),我們的飛船就真正飛入未來(lái)了。
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)粒子物理學(xué)教授布賴恩·科克斯說(shuō):當(dāng)我們用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)把粒子加速,達(dá)到光速的99%,粒子經(jīng)歷的時(shí)間,以我們時(shí)間的1/7000速率消逝。太空中的數(shù)十年,在地球上可能已過(guò)去了數(shù)萬(wàn)年。
霍金還表示,時(shí)間機(jī)器只能帶人進(jìn)入未來(lái),不能帶人回到過(guò)去,因?yàn)榛氐竭^(guò)去違反了基本的因果論。 高欣然
專家連線
中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員王思潮
“霍金的猜想具備一定科學(xué)依據(jù)”。在實(shí)驗(yàn)室中,相對(duì)論得到一定程度驗(yàn)證,因此,假設(shè)未來(lái)地球能造一艘速度為光速的飛船飛往其他星球,10年后再回到地球,地球上的時(shí)間可能已過(guò)去100年,而由于飛船速度非?欤诘臅r(shí)間變慢,飛船駕駛者回到地球后其子孫都已去世,但他自己還非常年輕!耙簿褪钦f(shuō),這也許是另一種到達(dá)未來(lái)的方式”。
南京理工大學(xué)理學(xué)院物理系教授卞保民
目前學(xué)術(shù)界對(duì)時(shí)空關(guān)系尚無(wú)嚴(yán)格定論,一個(gè)理論提出后需要工程實(shí)現(xiàn)、科學(xué)論證,而人類(lèi)與該假想工程實(shí)現(xiàn)、科學(xué)論證的距離太過(guò)遙遠(yuǎn)。無(wú)論是穿越時(shí)空,還是制造“時(shí)光機(jī)器”都是完全不可能的,因?yàn)榛艚鸺僭O(shè)的前提根本就不存在。現(xiàn)實(shí)中的時(shí)間、空間并不是數(shù)學(xué)形式,而是建立在人能夠感受“信號(hào)”的基礎(chǔ)上,“信號(hào)”是可感觀、可計(jì)量的,而猜想沒(méi)有把“信號(hào)”作為基本出發(fā)點(diǎn)。
朱曉穎
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