一臺巨大高能耗的“時間機器”,產(chǎn)生通往第四維的通道——“時光隧道”。時空旅行者勇敢地走進“時光隧道”,來到他們想要到達的時間和空間……這是科幻電影里描述的場景,而霍金則詳細描述了未來如何建造一臺“時間機器”。
蟲洞:穿越第四維的通道
時空旅行的實質(zhì)是穿越四維空間。物理學(xué)一直在思考“時光隧道”是否存在于自然規(guī)律中;艚鹬赋,要進入未來可以透過蟲洞通道。蟲洞是根據(jù)愛因斯坦相對論預(yù)測的連接時空中兩個不同地點的假想“隧道”或捷徑,負能量將時間和空間拖入一條隧道入口,并在另一個宇宙出現(xiàn)。蟲洞無處不在,只是因為太小,肉眼看不到罷了。
任何物質(zhì)都不是平整無暇和實心的,如果仔細觀察,會發(fā)現(xiàn)它們上面都存在小孔和裂縫,這是一個基本的物理原理,同樣適用于時間。即便是像臺球一樣的東西,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,來到一個稱為量子泡沫的地方,這是蟲洞存在之處。
時空中的微小隧道或捷徑不停地在這個量子世界中形成、消失和重新形成。它們可以連接兩個隔離的空間以及兩個不同的時間。不幸的是,這種時光隧道非常狹小,即使發(fā)現(xiàn)了它們,我們也不能從這個縫隙穿過——可這正是“蟲洞時間機器”前進方向;艚鹫J為,有一天捕捉到一個蟲洞,將它無限放大,能讓人甚至飛船進入。如果擁有足夠的能量和先進的技術(shù),甚至能在太空中建造一個巨型蟲洞。
黑洞:天然的“時間機器”
100多年前,愛因斯坦提出,世上應(yīng)該存在讓時間慢下來的地方,以及讓時間加速的地方。時間在太空比在地球運行快。造成這種影響的原因是地球的質(zhì)量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn),物質(zhì)會減緩時間運行速度,就像是河的下游一樣。物體越重,對時間的阻力越大。這種驚人的事實為通向未來的時間旅行開啟了大門。
霍金認為,時空旅行的天然“交通工具”是黑洞。在銀河系中心,距離地球2.6萬光年遠的地方,擁有銀河系中最重的天體——一個質(zhì)量相當(dāng)于400萬個太陽的超大質(zhì)量黑洞,在自身引力作用下,它被壓縮為一個點。距離這個超大質(zhì)量黑洞越近,遭遇的引力就越強。一旦距離其過近,連光線都無法逃脫,會被吞噬。這樣的超大質(zhì)量黑洞對時間具有顯著的影響,令其減緩的速度遠遠超過銀河系中的任何物體。這使得它是臺“天然的時間機器”。
霍金想象宇宙飛船能充分利用這種現(xiàn)象。如果某個航天機構(gòu)正在控制從地球發(fā)射的探測器,他們會發(fā)現(xiàn)繞軌道運行一圈的時間為16分鐘。靠近超大質(zhì)量黑洞,時間就會慢下來。在這里,引力影響遠比地球引力極端。機組人員的時間將會減慢一半。對于原本每圈要耗費的16分鐘,他們其實僅經(jīng)歷了8分鐘。
想象一下,當(dāng)飛船及機組人員繞這個黑洞運行5年時,別的地方已經(jīng)過去了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時間機器。
光速:時空旅行的關(guān)鍵
宇宙中存在著速度限制,即每秒鐘18.6萬英里(約合30萬公里),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未來世界。
霍金說,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)的時間變慢,這樣飛行一個星期就等于是地球上的幾年,也就相當(dāng)于飛進未來。
在人類歷史上,速度最快的載人飛船“阿波羅”10號,速度為每小時2.5萬英里(約合每小時4萬公里),但要實現(xiàn)在時間中旅行,速度必須是“阿波羅”10號速度的2000倍。
太空飛船里面裝載著巨量燃料,不斷加速,在一周內(nèi),它就可以到達外行星。兩年后,它可以達到半光速,飛出太陽系。再兩年后它將達到光速的90%,遠離地球約30萬億英里。發(fā)射四年后,飛船就會開始穿越未來。飛船上每度過一小時,地球上將度過兩小時。再經(jīng)過兩年開足馬力的旅行,飛船將達到其最高速,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,我們的飛船就真正飛入未來了。
英國曼徹斯特大學(xué)粒子物理學(xué)教授布賴恩·科克斯說:當(dāng)我們用大型強子對撞機把粒子加速,達到光速的99%,粒子經(jīng)歷的時間,以我們時間的1/7000速率消逝。太空中的數(shù)十年,在地球上可能已過去了數(shù)萬年。
霍金還表示,時間機器只能帶人進入未來,不能帶人回到過去,因為回到過去違反了基本的因果論。 高欣然
專家連線
中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員王思潮
“霍金的猜想具備一定科學(xué)依據(jù)”。在實驗室中,相對論得到一定程度驗證,因此,假設(shè)未來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,地球上的時間可能已過去100年,而由于飛船速度非?,它所在的時間變慢,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,這也許是另一種到達未來的方式”。
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)界對時空關(guān)系尚無嚴格定論,一個理論提出后需要工程實現(xiàn)、科學(xué)論證,而人類與該假想工程實現(xiàn)、科學(xué)論證的距離太過遙遠。無論是穿越時空,還是制造“時光機器”都是完全不可能的,因為霍金假設(shè)的前提根本就不存在。現(xiàn)實中的時間、空間并不是數(shù)學(xué)形式,而是建立在人能夠感受“信號”的基礎(chǔ)上,“信號”是可感觀、可計量的,而猜想沒有把“信號”作為基本出發(fā)點。
朱曉穎
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