时间旅行究竟有可能吗？霍金曾持“谨慎乐观态度”

Daphane

來源: 新浪科技


已逝物理学家霍金对时间旅行持谨慎乐观态度。


新浪科技讯 北京时间11月13日消息，据国外媒体报道，霍金遗作《大问小答》（Brief Answers to the Big Questions）中有这么一句话：“假如有人提出向时间旅行方面的研究捐助一笔研究资金，这个提议转眼就会被拒绝。”　　这话不假。但他说的另一句话也很有道理：时间旅行可能与否是一个“非常严肃的问题”，不过仍然可以通过科学手段来解决。
　　霍金对此持谨慎乐观态度，认为我们现有的知识暂时无法排除时间旅行的可能性。所以现在情况到底如何呢？我们暂时还造不出时间机器，但未来有这个可能性吗？
　　首先来看看我们的日常体验。我们已经习惯了随时随地联系自己分布在全世界的亲朋好友，将此视为理所应当。但我们其实永远也弄不清其中的奥秘。携带亲友声音和照片的信号传播速度快到难以理解，但仍需一定时间才能传到我们这里。这就是爱因斯坦时空理论的核心：我们永远无法真正获知远处某人“现在”的状态。
　　光速
　　爱因斯坦告诉我们，时间与空间其实是同一个东西——时空的两个部分，我们应当将时间距离当成空间距离一样看待。
　　虽然听上去很奇怪，但有人问伯明翰离伦敦有多远时，我们会很自然地回答“大概两个半小时”。我们的意思是，如果时速每小时80公里，这段路大概要花两个半小时。从数学角度来说，这种说法相当于“伯明翰据伦敦约200公里”
　　就像物理学家布莱恩•考克斯（Brian Cox）和杰夫•福修（Jeff Forshaw）在《为何E=mc²？》一书中指出的那样，时间和距离“可以以速度为‘货币’相互交换”。
　　爱因斯坦大胆地猜测，从时间到距离的“汇率”在时空中处处通用，而这一“汇率”其实就是光速。光速是任何信号能够达到的最高速度，也因此决定了我们获知宇宙某处信息的速度上限。这就使我们产生了“因果”的概念，认为必定先有“因”、再有“果”。而对时间旅行者而言， 这无疑是个严重的理论障碍。
　　假设光速在宇宙中处处相等，那么无论我们自身运动速度多快，测出的光速都必定相同，在真空中始终为每秒299，792，458米。而爱因斯坦意识到，既然光速绝对不变，那么时空本身就不可能保持不变。
　　事实上，高速运动的时钟的运转速度必定比静止的时钟慢得多。同理，你自己的运动速度越快，相对于被你甩在身后的人而言，时间的流逝就慢得多。“相对”一词正是关键：在你看来，时间的流逝一如往常；但对其他静止不动的人来说，你就像在做慢动作一样。假如你的速度达到了光速，你在别人眼中就仿佛完全静止；而从你的角度来看，其他人则都在飞速向前。
　　那么，假如我们的运动速度超过光速，时间是否会像科幻小说中一样倒流呢？
　　不幸的是，人类需要无穷大的能量才能达到光速，更别提超过光速了。而就算我们能超过光速，时间也不会简简单单地倒流。事实上，到了这个时候，“向前”或“向后”已经失去了意义。因果法则将就此被破坏，“因”和“果”也没有了意义可言。
　　虫洞




爱因斯坦还告诉我们，引力是质量扭曲时空的结果。一块空间中聚集的质量越大，时空被扭曲得就更厉害，附近的时钟走得就越慢。


爱因斯坦还告诉我们，引力是质量扭曲时空的结果。一块空间中聚集的质量越大，时空被扭曲得就更厉害，附近的时钟走得就越慢。而如果我们在一块空间中塞入的质量足够大，时空将被极度扭曲，就连光线也无法逃脱它的引力，这就形成了黑洞。假如你能接近黑洞边缘，即事件视界，你携带的时钟将走得无限慢。　　那么，扭曲时空是否能让时间倒流呢？
　　答案是“也许吧”。要达到这一效果，时空需要扭曲成可穿越虫洞。但我们需要创造出“负能量密度”区域，才能使虫洞稳定下来。而19世纪的经典物理学已经杜绝了这种可能性。
　　现代量子力学则不尽然。根据量子力学，看似空无一物的空间其实并不“空”，而是充满了不时出现、不时消失的粒子对。如果我们能让一块区域中的粒子对少于其它区域，也许该区域就拥有了负能量密度。
　　然而，如何将量子力学与爱因斯坦相对论结合起来，至今仍是理论物理界最大的挑战之一。
　　有一种名叫“弦理论”（更准确的叫法是M理论）的理论或许能提供另一种可能性。该理论认为，时空共有11个维度：时间算1维，我们生活的空间有3维，除此之外还有7维。我们能否用这些多余的空间维度、在时空中抄一条近道呢？至少，霍金对此持积极态度。
　　拯救历史



霍金遗作《大问小答》（Brief Answers to the Big Questions）中有这么一句话：“假如有人提出向时间旅行方面的研究捐助一笔研究资金，这个提议转眼就会被拒绝。”这话不假。但他说的另一句话也很有道理：时间旅行可能与否是一个“非常严肃的问题”，不过仍然可以通过科学手段来解决。


那么，时间旅行究竟有可能实现吗？我们现有的知识无法排除这种可能性，但答案很可能是“不可能”。　　爱因斯坦的理论无法在极小尺度上描述时空的结构。此外，虽然自然法则常常与我们的日常体验相去甚远，但往往都能够自洽，因此科幻小说中扰乱因果顺序造成的悖论也许并不会出现。虽然霍金对此持积极态度，但他也承认，受某些尚未发现的物理法则的影响，像你我这样的大型物体也许永远也不可能穿梭时空。我们将这一观点称作霍金的“时序保护猜想”。
　　无论未来我们能否造出时间机器，有一点是可以肯定的：当我们爬山或开车时，都或多或少改变了时间流逝的速度。所以你其实已经在穿梭时空了，只不过方法和你希望的不太一样而已。