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人类能否进行时空旅行

 东篱南山图书馆 2013-01-27

人类能否进行时空旅行  

2013-01-25

人类能否进行时空旅行

作者:候涛 来源:原创 日期:2012-9-28 
 

    时空旅行是指人或其他物体从某个时间点移动到另一个时间点。在人类的现有观念中。所有的人都顺着时间一分一秒自然前进,这种所谓的时空旅行违背了自然时间变化的法则,它的疑点是要么前往未来,要么回到过去,实现时空穿梭。
时空旅行与相对论
    几千年来,人类一直梦想着进行时空旅行,从古印度史诗《摩诃婆罗多》到1895年赫伯特.乔治.威尔斯的科幻小说《时间机器》,无不体现着各个时期人们对时空旅行的向往。不过,在古代,人类对时空旅行并没有进行过理论分析,各种时空旅行的想象中掺杂着民间故事和神话成分。进入20世纪之后,随着科技的发展,有关时空旅行的理论也开始丰富起来,其中以爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论最为著名。
    爱因斯坦意识到,伽利略变换实际上是牛顿经典时空观的体现,如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基本原理,可以建立起一种新的时空观(相对时空观)。在这一时空观中,由相对性原理即可导出洛伦兹变换。1905年,爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》,提出狭义相对论,成功描述了在亚光速领域宏观物体的运动。推导中的时间膨胀(当物体运动时,它内部所有一切的物理化学变化反应都会变慢的这种假说,就是时间膨胀,简称时慢)又被称为爱因斯坦延缓。时慢假说认为,带在等速运动的物体身上的时钟,用静系观察者的时钟去测量,无论运动方向如何,动钟都随着运动速度的增加而变慢。
    相对而言,爱因斯坦的广义相对论对于时空旅行概念来说具有更为重要的意义。在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率);而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系,其联系方式即爱因斯坦的引力场方程。
实现时空旅行的方法
    现在普遍认为,有三种方法可以回到过去,分别是速度超过光速、使用宇宙弦和黑洞、使用虫洞和阿库别瑞引擎。
    在相对论中,如果速度超过光速,就会出现时间倒流的现象,但现在一些科学家认为速度达到或超过光速是不可能的。使用宇宙弦和黑洞也只是假设性的。首先,宇宙弦是理论上可能存在的时空。再者,黑洞质量相当大,产生的引力场又是如此之强,以至于任何物质和辐射都无法逃逸,就连光也逃逸不出来,人类又如何利用黑洞实现时光倒流转?
    这样,三种方法中只剩下虫洞和阿库别瑞引擎可供选择。虫洞又被称为“爱因斯坦-罗森桥”,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。1916年,奥地利物理学家路德维希.弗莱姆首次提出了这个概念,紧接着在20世纪30年代,爱因斯坦和纳森.罗森在研究引力场方程时推断,透过虫洞可以做瞬时间的空间转移或时间旅行。尽管到目前为止,科学家还没有找到虫洞存在的证据,但“爱因斯坦-罗森桥”这一概念已经被越来越多的人所接受。著名科学家霍金在其经典名作《时间简史》中,也认定虫洞是进行时空旅行的关键,只要有一种巨大的能量打开虫洞,就可以实现时空旅行。

时空旅行
    阿库别瑞引擎是一个推敲性的时空数学模型,经常出现在国外的物理学期刊论文之中,它遵循广义相对论中的一项特别的时空度规。1994年,物理学家米尔-阿库别瑞提出以波动方式延展空间,导致航行器(简称为“船”)前方的空间扩张,前后所连成的轴向即为想要航行的方向。船在一个敬意内乘着波动前进,这区间称为曲速泡,是一段平坦时空。既然船在曲速泡内并不是真的在移动,而是由曲速泡带着船走,广义相对论中对于物体速度不可超过光速的限制就派不上用场。目前,科学家还不清楚怎样去引发了这样的波动,或者一旦引发了,船要怎样离开它。因此,阿库别瑞引擎至今仍处于理论概念范畴。  
    最近几年,又有一种完全抛开相对论的时空旅行概念应运而生,这一理论适用于对未来世界的探索,但同时也遭到了各界的强烈批评。这就是争议颇大的“暂停生命”理论,即通过外在的方法(例如医疗科技),把生命过程减慢至近乎暂停的迹象;但在事实上,生命并没有死亡,心跳和呼吸可仍然存在,不过只能透过机器才能测量。西方媒体认为,通过这一方法可以使人类访问数百年后的世界。从2005年起,西方国家陆续进行了一系列这样的实验。2005年7月,科学家对几只狗进行了实验。他们把狗血抽走,再把冷冻的保护液放进它们的循环系统,尝试在暂停血液流动的情况下保存它们的生命。经过3小时的临床死亡后,科学家再把狗血重新输进它们的循环系统,用电击使它们恢复心跳。在这次实验中,大部分都成功复原,不过也有不少部分狗出现脑部损伤。2006年1月,科学家又成功在猪身上进行了实验,成功率达到90%。


    可问题是,人类当中又有谁愿意暂停生命,离开熟悉的现实社会,等待几十年或几百年后复原呢?再者,通过“暂停生命”只能前往未来,却不能回到过去。
进行时空旅行的各种悖论推想
    诚然,即使今后条件成熟,进行时空旅行仍面临着诸多挑战。1943年,法国科幻家赫内-巴赫札维勒在小说《不小心的旅游者》中提出了这么一个假设:如果你回到过去,在自己父亲出生前就把自己的祖父母杀死;这样,你的祖父母死了,就不会有你的父亲;没有了你的父亲,你就不会出生;你没有出生,就没有人会把你的祖父母杀死,你就会存在和回到过去,并且把你的祖父母杀死,于是矛盾出现了。以上就是时空旅行中所要面临的著名的“祖父饽论”。
    物理学家认为“祖父悖论”自有解决途径。他们推论,世界也许是由无数个平行宇宙组成的,当你回到过去杀死你的祖父母时,你杀死的其实是另一个宇宙的人,而你的这个行为可能又创造了一个新的平行宇宙。你的祖父母的死只会使那个平行宇宙的你不复存在,而这个平行宇宙的你则平安无事。
    具体在量子物理中,“多个世界”理论可以这样理解:对于每一个似乎随机的事件而言,只要它的可能性不为零,那么它所有可能的情形都会在不同的平行世界中发生,造成历史的分支。物理学家戴维-多伊奇认为,当你回到过去杀死你的祖父母时,你其实已经进入了另一个世界,杀死的是另一个世界的人。而且,那个世界与你的世界的差别仅在于你的祖父母死了。
    当今世界最有可能结合五种不同弦论的理论——M理论,对平行宇宙作了如下解释:多个三维的膜可以同时在一个四维空间(不是爱因斯坦的三维空间加一维空间,而是宇宙其实是镶在一些更高维度的膜上)中存在;这些膜之间的撞击能在膜中产生大量的能量——这同样可以解释大爆炸是如何起源的。不过,M理论并不能解释不同膜的历史之间的关系,也无法肯定当你回到过去时,你会进到另一个膜当中。
    同“祖父悖论”相反的有一个“命定悖论”,而这一悖论显示出时空旅行其有根大的危险性。“命定悖论”认为,如果你返回过去,将自己的祖父杀死,那么你的父亲就不会出现,简单地说,你自己也会消失,从(从这个平行宇宙分支的)“时间洪流中消去”。“命定悖论”又称因果循环,其“历史事实不因时空旅行中所做出的改变而受到影响”的概念是:改变历史的做法,不论其意图如何,最终都会引起历史所“命定”的结果,而并不能做也之外的改变。
    关于“命定悖论”,中国历史上有一个著名的例子。唐朝天文学家李淳风编写了一本谶,上面说:“唐中弱,有女武代王。”李淳风预知武后将称帝,如果强行改变,就会造成不预期的后果。在不经意间,唐太宗李世民知道了这个消息,他杀死了一个疑似“女武”的将军,但真正会代唐称帝的武则天并没有被害。这意味着回到过去并不能改变我们这个世界的历史发展进程。
    既然有回到过去的悖论,自然也有前往未来世界的悖论。与这两个悖论相应的是“先知悖论”;即你来到未来,得知将发生的不幸结果A;你在现在做出了避免导致结果A的行动,最终造成了结果B。那么,结果A在未来根本没有发生,你又是如何得知结果A的呢?(A与B不可能相遇的悖论。)
    诚然,在人类目前的科学水平下,有关时空旅行带存在着太多的未解难题,但这并不意味着时空旅行仅仅只是理论。在现今解密的一些档案中,大家或许能看到时空旅行的影子。

扩展阅读:

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