霍金:穿越时间隧道的三种猜想

【新唐人2010年5月22日讯】据大纪元报导,《时间简史》的作者,英国著名科学家霍金(Stephen Hawking)在《每日邮报》最新发表的文章中阐述了穿越时间隧道的三种猜想。这三种猜想在理论上都是可行的,其中有一个在霍金看来甚至是非常现实的。



霍金的猜想分别是:通过量子泡沫世界中的“狭小隧道” 可以穿越时间;时间是一条会变速的河流;黑洞是天然的时间机器。

要理解如何穿越时间,首先需要建立起第四维空间的概念,也就是说能够想像时间和长、宽、高一样,代表了空间的一个维度。霍金用开车作比方:向前开,是一个方向;向左或向右转,是第二个方向;向山上开,是第三个方向;而时间就是第四个维度。而“时间穿行在一个宽广的、消耗巨大能量的机器。这个机器创造了一个通过第四维度空间的通道,这就是时间隧道。”在霍金的想像中,“穿越时间的人,应该是一个勇敢的,可能还有些许莽撞的人,进入隧道前,只知道当下的空间,而从隧道出来时,就理解不同的时间了。”

猜想一:通过量子泡沫世界中的“狭小隧道”可以穿越时间

在霍金看来,量子泡沫世界是用比分子和原子还要小的最小度量单位来衡量的空间,这也是虫洞所存在的空间。所谓虫洞,就是接两个不同时空的狭窄隧道,通过这些隧道可以穿越时间。在量子泡沫世界里,连接在不同时空当中的狭小隧道和捷径不断地形成、消失和改变。

霍金认为,通过“虫洞”穿越时间的设想完全符合现代物理理论。他在文章写道:“真实的情况是虫洞无处不在,它们隐藏在时间和空间的角落里,只是太小了我们看不见。”而物理学家相信,所有的东西都不是平面的,也都不是严实无缝的。如果你仔细看,就会发现任何东西上都是有洞和缝隙的。这一定理对时间也是适用的。

这些隧道只有亿万分之一厘米宽,人是不可能通过的,但霍金认为还是有可能捕捉到一个虫洞,并放大到足以容纳人或者宇宙飞船。他说:“理论上说,时间隧道或虫洞不仅是把我们带到其他星球上。如果虫洞的两端处在同一个空间,只有被时间而不是空间隔离,那么飞船就可以在地球附近出入隧道,但却可以回到遥远的过去。说不定恐龙就看到飞船着陆呢。”

不过,从因果逻辑关系上看,回到过去是不可能的,只有可能进入未来。假如一个人真能回到过去并让自己不要降生到这个世界,那么又如何能够从现在回到过去呢?

猜想二:时间是一条会变速的河流

时光如流水这个概念对我们并不陌生,孔子曰:“逝者如斯夫,不舍昼夜。”人们对于时间的流逝是爱莫能助的。但霍金的猜想却有另有深意,他认为“时间这条河流在不同的地方奔流的速度是不一样,而正是因为这一点,才能够进入未来。”

爱因斯坦早在100年前就第一个提出这个概念:即时间在有的地方会慢一些,而在另一个地方却会加快速度。霍金认为这个说法绝对正确。

霍金提出的证据就是目前广为使用的GPS系统。除了利用GPS定位导航之外,人们通过这个系统已经发现,时间在太空中的速度比地球上要快。 “每个飞船里面都是一个十分精确的时钟。尽管如此,这些钟每天还是会快三十亿分之一秒,系统不得不调整,否则这样一个小小的误差就会扰乱整个系统,最终导致地球上的每一个GPS设施每天错位6英里。”

那么是什么原因造成速度的不同呢?就是地球引力。爱因斯坦早就意识到,宇宙中存在着某种物质拖住时间的脚步让它慢下来,而这个物质越重,时间走得就越慢。霍金指出:“正是这个令人吃惊的现实为我们打开了穿越时间通向未来的大门。”

猜想之三:黑洞是天然的时间机器

我们都知道,黑洞的密度非常高,连光都无法逃过其巨大的引力。但黑洞却是穿越时间旅行的关键,它对时间的作用是银河系其他任何物质无法比拟的。正是因为其庞大的引力才让时间放慢了速度,在这个意义上,黑洞就是一个天然的时间机器。

如何理解这个过程呢?霍金首先让人们想像一个在银河系的中心围绕黑洞绕行的宇宙飞船。这个中心距离地球大约两万六千光年,从地球上看,飞船每16分钟绕行一周。然而,如果坐上飞船飞到黑洞附近,会发现时间到了那里就变慢了:[本来绕一周要16分钟,现在却只需要8分钟。 ]也就是说,如果在那里呆5年,地球上却已经过了10 年了。

听上去有点不可思议?霍金也承认,虽然这和虫洞理论并不矛盾,但还是很不实际的。这是因为光速是宇宙中最快的速度,但光速也是有极限的,每秒不会超过18,600英里,这也是科学界最坚实的定理之一,没有任何物体能够超过这个速度。

霍金继续启发我们的想像,写到:“想像有那么一个轨道正好环绕地球一周,火车在轨道上以光速飞驶。火车上的乘客都买了开往未来的单程票。火车开始加速,越来越快,绕着地球飞了一圈又一圈。”但无论火车如何加速,都不可能超过光速。假设火车以接近光速的速度行驶,就在这时,“不同寻常的事情发生了:火车上的时间相对于地球上其它地方的时间开始变慢,就像接近黑洞的时候那样,其程度有过之无不及。火车上的一切都变得很慢。”

这时,假设有一个孩子在火车上向前奔跑,那么她奔跑的速度是不是会加到火车本身的速度上,从而凑巧能够打破速度极限呢?霍金的回答是否定的。宇宙的规律是不会被打破的,这时候火车上的时间会放慢,无论她的速度怎么快,时间总会慢到刚好能够保持在速度极限的那一点上。

那么我们如何能够进入未来呢?霍金描述了这样一个情景:想像火车在2050年1月驶出站台,围绕地球转了一圈又一圈,整整过了100年,最终在2150年的新年这一天停了下来。而车上的乘客只过了一个星期,因为火车内部的时间就是这么慢。当他们走出车厢的时候,会发现一个和离开那天完全不一样的时间,也就是说,“他们在一周内,行驶了100年,从而进入了未来。”

这个猜想其实已经在实验室里得到证实了。目前,地球上最快的速度发生在日内瓦世界最大的粒子加速器环形隧道里。一旦启动加速器,里面的粒子可以在几分之一秒内从零加速到每秒6万米。如果加大功率,粒子转得越来越快,最终每秒可以环绕隧道1万1千次,这已经接近光速了。但是和前面所说的火车一样,粒子永远也不会达到宇宙的终极速度,最多是光速的99.99%。这个时候,粒子也开始穿越时间了。证据就是生命周期极短的π介子:这种粒子的生命只有 4000万分之一秒,但是当它们以接近光速的速度绕行时,它们的周期延长了30倍。

人要达想到这个速度,只有乘上宇宙飞船才有可能。目前最快的载人飞船阿波罗十号达到的速度只有每小时 25,000英里,而要想穿越时间,还得比这快上2000倍才行。霍金说:“要想达到这一点,得有一艘真正意义上的大船,能容纳足够的燃料让速度提升到接近光速的水平。”而且“需要加足整整六年的马力才能达到”。

虽然听上去难以实现,但霍金还是非常乐观的。 “我们飞到银河系的边缘需要80年的时间”,因此, “理论上,人一生中穿越一次时间还是可能的。”

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