时光机 物理定律不仅不否定时间穿越,还让穿越变得可行至少在理论上可行。这都得归功于爱因斯坦。在广义相对论中,爱因斯坦提出在不同引力作用下,时间流动的速度就会不同:引力大的地方,时间流动得慢;引力小的地方,时间流动得快。〔1〕所以,要想造一台时间机器,只用找到两处引力不同的地方。比如说,先在地球上随便找个地方,这里时间按正常速度流动;再找一个引力更大、时间流动速度更慢的地方,比如说,黑洞附近。〔2〕 然后,想象有两个钟,一个在地球,另一个在黑洞。两个钟都从周一开始嘀嗒计时。那么,地球上的钟走到周五的时候,黑洞的钟才走到周三。如果你能从黑洞瞬间回到地球,你不是就能从周五回到周三了嘛。这还真有这样的一条路呢!没想到吧?爱因斯坦的理论不仅阐述了黑洞的存在;它还证明虫洞(一条穿越时空的捷径)的存在。 钟 综上,时间机器的制作方法如下:在地球和黑洞附近各找一处地方,再用虫洞把两处连接起来。但是(故事里似乎永远都有个但是),有个困难。虫洞是很不稳定的。它们总是在眨眼间就关闭通道,十分恼人。想要让它们安分一点,就只能让带有负引力而不是引力的物质将虫洞打开。带有负引力的物质只会往外喷射而不能吸引其他物质。这种负引力物质的确存在,这里让人不得不感叹宇宙的神奇啊。事实上,这种物质在宇宙中不仅存在,数量还很庞大,约占宇宙总能量的三分之二。 虫洞 虫洞就是从高维空间抄小道,在低维空间移动。图示描述的是,扁平的二维平面弯曲成U形,而三维空间就能创建一条捷径,通往二维平面上的两个地方。 1998年,天文学家发现,由大爆炸引发的宇宙膨胀已经持续了138。2亿年,他们认为动力应该早就燃烧殆尽了。但是膨胀却仍在继续,甚至加速地膨胀。这真让人震惊!为了能合理地解释宇宙这反常的行为,科学家们被逼无奈只能推测出暗能量(在第31章中介绍过)的存在。我们知道暗能量是看不见的,但是充斥着整个宇宙。暗能量带有负引力,也正是这种负引力让宇宙继续不断膨胀。 示意图 打开虫洞需要带有负引力而不是引力的物质,正是这种物质目前正在加速宇宙的膨胀。不幸的是,暗能量过于分散,稀薄到不足以胜任开启虫洞的工作。 然而,虽然暗能量物质带负引力,但由于过于分散且力度不够,不足以开启虫洞。我们需要的是与暗能量相似但带有更强负引力的物质。那么,如果想要开辟仅供一人爬过的虫洞,需要多大能量的负引力呢?答案是:需要我们整个银河系的所有恒星在其有生之年释放的所有能量总和。 H。G。威尔斯写过一本小说,名为《时间机器》。我们前面一直在说的时间机器和他这个有两处很大的不同。小说改编电影中的男主角由罗德泰勒出演,他坐在一个新奇的发明之中,上面带着个古铜色的钟表盘。男主角一拉拉杆,就能回到过去;再一拉拉杆,就能去往未来。但爱因斯坦理论告诉我们,时间穿越的时候可不能坐着。因为,时间穿越时也会产生空间移动。第二点不同就是,爱因斯坦认为我们不能穿越回时间机器制造之前的时间点。也就是说,如果你想回去看看恐龙,那你可得找一台6600万年前外星人落在地球的时间机器了! 外星人 我总结一下,制造时间机器的零件有:黑洞、虫洞、一种未知的带有极强负引力的新物质、银河系中所有恒星有生之年所释放的能量总和。呃,我可没说过制造时间机器是件容易的事啊! 问题的关键点并不在于我们能在现实中制造出时间机器。这相当困难。呃,其实是不太可能,除非我们身处哪个科技高度发达的文明中。不说这些没用的了,问题的关键点在于我们能在理论上制造出时间机器。也正因为如此,才害得物理学家个个夜不能寐。因为,这就是一扇通往疯狂世界的大门。举个例子,如果真的有时间机器,那么人就有可能穿越回过去,在自己母亲出生之前杀死外祖父。当然,正常人都不会想要回到过去干这种事。我就是举个例子而已。这种情况足以让物理学家警惕起来,因为,他们将必须面对一个问题:一个人如果都没有出生过,怎么能回到过去杀死外祖父呢? 为了规避外祖父悖论,史蒂芬霍金提出了时序保护假说。简单说就是:时间穿越是不可能实现的。也就是说,一定还有目前未知的物理定律会站出来阻止时间穿越,顺带也就解决了那些由于时间穿越而导致的矛盾。霍金的解释简单而有力:你有见过谁是从未来回来的吗? 还有另一种避开外祖父悖论的方法,但这要求我们必须从一种十分怪异的角度去看待宇宙。量子理论中,当一个原子真正出现在实验室里之前,它能在同一时间出现在多个不同的地方。物理学家们就得对此解释一下,为什么当他们正在观测原子时,原子才会乖乖地待在一个地方。为了回答这个问题,科学家们运用量子理论推导出不下十种诠释,所有的结果都与实验室中的一致。其中,最为著名的是哥本哈根诠释,它解释说,正是观测行为让原子规矩起来,只待在一个地方(哥本哈根诠释本身也需要进一步诠释,因为它并没有说明观测者是某个仪器或是人类)。但是,多世界诠释认为,原子本身就应该同时处于多个地方,但是这些地方分别在不同或平行的世界里。因为我们只能感知到一个世界,所以我们也只能观测到原子出现在一个地方。 示意图 如果多世界诠释是正确的,那么外祖父悖论就不再是难题。人回到过去,在他母亲出生之前杀掉他的外祖父这样的事在物理学上就是可行的,因为被杀掉的人不再是杀人者的外祖父了,而是平行世界的另一个外祖父!