英國物理學(xué)家霍金刊文探討建造時間機器方式

　　英國著名天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家斯蒂芬-霍金日前在英國《每日郵報》上刊文，探討了人類建造時間機器的方式。以下是他的文章全文：

　　大家好，我是霍金，一個物理學(xué)者、宇宙學(xué)者和夢想家。盡管我不能動，必須通過計算機講話，但我的思想是自由的。我自由地探索宇宙，并且思考諸多問題，比如：時間旅行可能嗎？我們能找到回到過去或者通往未來的入口嗎？人類能夠使用自然法則，成為時間的主人嗎？

　　時間旅行曾被認為是科學(xué)幻想，我過去避免談?wù)撨@個問題，擔(dān)心自己被貼上怪人的標(biāo)簽。但近來，我不再小心翼翼。實際上，我自己非常希望拜訪修建史前巨石柱的人類。我對時間十分困惑。如果有時間機器，我一定去拜訪瑪麗蓮-夢露，或者去看看伽利略和他的望遠鏡?；蛟S我還能前往宇宙的盡頭，尋找整個宇宙的終點。

　　這些幻想都是可能的，物理學(xué)家們需要關(guān)注所謂的“四維空間”。我們知道，每個物體，包括我乘坐的輪椅，都有長度、寬度以及高度等三維空間，但實際上還有另外一種長度，即“時間的長度”。人類可以存活80年，而史前巨石柱屹立了數(shù)千年，太陽系則存在了數(shù)十億年。即使在太空中，萬物也都有時間的長度，在時間中漫游，意味著穿越四維空間。

　　讓我舉例說明，開車直線行進等于是在第一度空間中行進，而左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)等于加上第二度空間，至于在曲折蜿蜒的山路上下行進，就等于進入第三度空間，而穿越時光隧道就是進入四維空間，科學(xué)家將這條時間隧道命名為“蟲洞”。實際上，蟲洞就存在于我們周圍，只是太小以至于肉眼很難看見，它們存在于空間與時間的隱密裂縫中。

　　理論上，蟲洞也是一種隧道或者捷徑，愛因斯坦在其《相對論》中就已經(jīng)預(yù)測其存在，用于連接兩個時空。負能量將空間和時間吸入隧道口，然后從另一個宇宙出現(xiàn)。但這些現(xiàn)在依然是假設(shè)，顯然沒人曾看到過蟲洞，但已經(jīng)用人利用這一理論拍攝電影，比如《星際之門》和《時光大盜》。

　　世間萬物并非是平坦或固體狀的。如果你距離足夠近的進行觀察，會發(fā)現(xiàn)一切物體上出現(xiàn)小孔或皺紋，這是就是基本的物理法則，而且適用于時間。如同在第三度空間中一樣，在四維空間中，時間也有細微的裂縫、皺紋及空隙，而比分子、原子還細小的空間則被命名為“量子泡沫”，蟲洞就存在于其中。而科學(xué)家們企圖穿越的空間與時間隧道或捷徑，則不斷在量子世界中形成、消失或重組，它們實際上連結(jié)兩個不同的空間及時間。

　　但不幸地是，這些真實存在的隧道直徑只有一厘米的百萬億分之一，小到人類無法穿越，不過也就是“蟲洞時光隧道機器”的核心概念。一些科學(xué)家認為，有朝一日，人類也許能夠抓住一個蟲洞，再將它無限放大，使人類甚至太空船可以穿越；若給予足夠的動力加上先進科技，科學(xué)家或許也可以在太空中建造一個巨大的蟲洞。這條蟲洞的一個端點在地球附近，而另外一個端點可能在極其遙遠的星球上。

　　理論上說，時光隧道或蟲洞能夠帶著人類前往其他行星。如果蟲洞兩端位于同一位置，且以時間而非距離間隔，那么太空船就能飛入，并在地球附近重新出現(xiàn)，只是回到了“遙遠的過去”，或許恐龍能夠看到太空船著陸。

　　但是現(xiàn)在，我意識到在四維空間思考并不輕松，蟲洞也許就在你的思維中，但卻摸不著頭腦。我曾設(shè)想用簡單的實驗揭示，現(xiàn)在或者將來人類的時間旅行穿越蟲洞是可能的。我將兩件我最喜歡的事情組合，看是否從未來到過去的時間旅行是可能的。

　　讓我們想象一下，我正要舉行宴會，歡迎未來游客。我會將一份邀請按照時間和空間的延伸，復(fù)制出很多份。或許未來某一天，住在未來的某人會發(fā)現(xiàn)邀請函上的信息，使用蟲洞時間機器回來參加我的宴會，以此證明時間旅行是可能的，而我的時間訪客可能在任何時候到達。但正如我恰年所說的，沒人出現(xiàn)。我希望至少未來的宇宙小姐能夠邁進我的宴會大門。

　　為什么這個實驗沒能成功呢？原因之一可能是前往過去的時間旅行問題，我們稱之為“悖論”。 其中，最為著名的就是祖父悖論（假設(shè)你回到過去，在自己父親出生前把自己的祖父母殺死；因為你祖父母死了，就不會有你的父親，你就不會出生；你沒出生，就沒有人會把你祖父母殺死；若是沒有人把你的祖父母殺死，你就會存在并回到過去且把你的祖父母殺死，于是矛盾出現(xiàn)了）。但我有一個更簡單的“瘋狂科學(xué)家悖論”，即某人建立了蟲洞，時間隧道延伸到過去一分鐘之前。通過蟲洞，這名科學(xué)家看到了一分鐘前的自己。但是如果他利用蟲洞殺死了一分鐘前的自己，會發(fā)生什么問題呢？結(jié)論是，現(xiàn)在的他也跟著死亡。那么是誰開的槍呢？這就是一種矛盾。

　　這種時間機器可能違反了支配整個宇宙的基本原理，即以往種下的因成為今日的果。我認為，事情不可能自己發(fā)生，如果實際上如此，可能沒有什么能夠阻止宇宙逐漸陷入混亂。因此，我想，應(yīng)該有某些東西在預(yù)防這種自相矛盾的悖論。也就是說，肯定有某種原因阻止科學(xué)家回到過去殺死自己。我認為，蟲洞本身就是一個問題。我認為，這樣的蟲洞幾乎是不可能存在的，理由是反饋效應(yīng)。

　　當(dāng)聲音通過麥克風(fēng)，沿著線路傳遞到達喇叭時，你會發(fā)現(xiàn)，每經(jīng)過一次循環(huán)，從喇叭傳出的聲音就增大一分。如果沒有東西阻止這個聲音，其反饋效應(yīng)最后將毀掉音響系統(tǒng)。同樣的事情也發(fā)生在蟲洞身上，只是射線代替了聲音。一旦蟲洞擴張，自然射線就會進入，循環(huán)后這種射線變得十分強大，足以毀掉整個蟲洞。因此，盡管小蟲洞存在，但很難將其擴展足夠大，也不足以支持時間機器穿過。這是沒人能夠從將來回到過去的真實原因。

　　似乎任何通過蟲洞或者其他方法回到過去的時間旅行都幾乎是不可能的，否則悖論就會發(fā)生。因此，前往過去的時間旅行似乎從未發(fā)生過。但是這并不是故事的結(jié)尾，這并不意味著所有時間旅行都是不可能的。我相信時間旅行，相信能夠進入未來。時間流動就像河流一樣，似乎我們每個人都在隨著時間流身不由己地前進。但時間流在不同的空間也有不同的速度，這是未來時間旅行的關(guān)鍵。愛因斯坦曾意識到，時間流應(yīng)該有速度緩慢的地方。他是對的，地球軌道上方的衛(wèi)星上，其時間流動就比地球上快。每艘太空船上都有精確的時鐘，但它們每天比地球上快三十億分之一秒。

　　問題并非出在時鐘上，而是因為地球的質(zhì)量巨大。愛因斯坦認為，物體越重，時間就變得越慢，這個理論為未來時間旅行打開一扇門。在銀河系中心、距離我們26000光年的地方，停留著銀河系最重的天體，相當(dāng)于四百萬個太陽，那里的時間過得最慢，使它成為一臺天然時間機器。太空船可以利用這種現(xiàn)象。地球上控制任務(wù)的太空機構(gòu)觀察到，太空船繞行其軌道花費時間16分鐘。但船上的人會發(fā)現(xiàn)，他們的時間減慢一半。16分鐘的軌道飛行，他們感覺只用了8分鐘。實際上，這時候他們就已經(jīng)在進行時間旅行。想象一下，他們圍繞黑洞飛行了五年，其他地方卻已經(jīng)過了十年。但他們回家時，發(fā)現(xiàn)比地球上的人年輕五歲。因此，如果太空船能夠靠近這種質(zhì)量巨大的天體，時間就會變慢。但是這種黑洞式的時間機器太過危險，需要我們花費太長時間才能到達未來。

　　幸而我們還有另外一種時間旅行的方式。你的速度只要快到擺脫宇宙速度的限制，即超越光速（每秒30萬公里），你就能免于被吸入黑洞，進入未來。人類史上最快的載人飛船是阿波羅十號，它的時速可達40000公里。但是要想進行時間旅行，這個速度必須再快2000倍。

　　讓我們暢想一下，如果地球周圍有一列超高速火車在鐵軌上運行。一旦這列火車接近光速，它也就成了時間機器，火車上的乘客正乘坐單程票前往未來。火車先是開始加速，越來越快，最后圍繞地球飛速運轉(zhuǎn)。接近光速意味著這列火車每秒鐘要繞地球飛轉(zhuǎn)7圈，但是無論添加多少動力，火車永遠不可能達到光速，因為物理法則限制了它。讓我們想象火車接近光速的情景。相對于其他世界來說，火車上的時間開始減緩，就像在黑洞附近。船上人度過7天，相當(dāng)于地球人度過100年。

　　當(dāng)然建立達到如此速度的火車時不可能的，但我們可以建設(shè)類似火車的、世界上最大的粒子加速器。當(dāng)動力開啟式，粒子的速度可以達到每秒鐘10萬公里。增加動力，粒子的速度就會越來越快，直到最后達到接近光速。但與火車類似，粒子也永遠達不到光速，最多只能達到光速的99.99%。但此時，已經(jīng)開始時間旅行。因此時間旅行也變得很簡單，只要我們達到足夠快的速度即可實現(xiàn)。

　　為此，我們需要巨大的太空船，上面裝滿大量燃料，支持其加速到光速。在全負荷運轉(zhuǎn)六整年后，擺脫宇宙速度限制后，飛船一周內(nèi)就可以到達帶外行星，兩年后達到半光速到達太陽系外圍，四年后達到光速的90%，距離地球48萬億公里，并實現(xiàn)時間旅行，飛船上每小時相當(dāng)于地球上過了兩小時。再過兩年，飛船將達到光速的99%，這時船上的一天相當(dāng)于地球時間的一年，飛船真正進入未來。

　　時間變慢是另外一個好處，意味著人類可以利用有限的生命，到極遠的地方旅行，到銀河系邊緣的旅行只要約80年。最后，我們可能通過對物理學(xué)的理解，成為通過四維空間的真正太空航行者。（李雪）