2011-04-29 06:31:05幻羽

**讓我們來瞭解『時間』及『超越』的時光機是如何**

           

    **讓我們來瞭解『時間』及『超越』的時光機是如何**

 

現今科技時代的人類對“時光倒流、回到過去”這樣的名詞非常熟悉,大部分也都來自於科幻電影、小說等等的薰陶,爾今這樣天方夜譚的事情也都逐漸將會成為事實。當能略知關於光的知識後,也明白在陽光或其他的光照射到物體上,然後反射到眼睛裏時,這樣就能看見了這個物體的原理。

 

光的傳播是有速度的,光的速度在空氣中是每秒約3.0×10^8m/s,太陽到地球的平均距離為1.5Km,太陽發出的光要大約500秒才能到達地球,也就是說現在看到的太陽是它8.3分鐘前的樣子。換句話來講,也就是我們已經穿越了時空,看到了8.3分鐘前的太陽光。

 

從上面的理論來講,若想要穿越時空回到過去是可行的,但需要造出能超越光速的飛行器,只要能超越光速就能追上過去,回到從前。

 

霍金的時間旅行理論雖是不可以回到過去,只可以穿越未來,並且他認為宇宙的一切物質都不會超越光速,只能達到接近光速的速度,任何企圖超越光速的行為都會由於時間自動放慢的原因,而無法超越光速。要回到過去是必須超越光速,超越光速了,才能追上過去反射出去的光。

 

然而在新科技之下,超越光速也是可行的了!既然霍金的理論在第四維空間(三維空間即長度、寬度、高度;四維空間即“時間長度。)的時間是有長度的,並且在不同的地方時間的快慢也不同,那麼就有可能在時間最快的地方超越光速了。

 

當駕著超越光速的時光機器時,追上了設定好了的時間,那時就有可能看到那個時間的影像。但這也只是一幅由光線組成的圖像而已,你無法和當時的人說話交流,更不能摸到這個人。當然他們也肯定看不到你,因為它們就像是電影院裏由光線投影到電影布上面的畫面而已。

 

還有另一種可能就是你追上的是那個年代的光,而這光因為種種原因有些光束被阻擋了,或被吸收了,那麼你追上了的那個年代的光,所呈現出來的圖像就會是殘缺的...

 

因此要想回到過去或穿越未來,是要不斷的研究和論證以及實驗,就一定能在某個時間段找到超越光速的辦法,只要能夠超越光速就可以回到過去、和穿越未來。

 

在這世間『時間』是司空見慣的,也是最難捉摸的!不僅普通人對時間感到迷惘,也令科學家迷惘,在現代自然科學誕生以前,除哲學家以外,自然科學家一般都迴避對時間的研究。人們對時間的感受是從主觀心理上得來的,那就是:

時間不斷向前流逝,一去而不復返!

時間有無限的過去,也有無限的未來!

時間是普遍的、絕對的、平等的、萬物皆具!

時間是宇宙中萬事萬物發生、發展的舞臺背景且獨立於萬事萬物之外!

宇宙中各處的時間都是同步流動著,時間和空間也是在不斷地相互分離著.....

 

當牛頓在研究物體的運動速度和速度變化時,接觸到了時間,並首先給出了時間和空間的數學模型。在牛頓的數學模型中,時間仍然是事件發生的背景,不受事件影響,而且獨立於空間,時間向兩端無限延伸,是無限的。

 

而愛因斯坦的狹義相對論,在客觀上打破了絕對時間的觀念,因為每個人都有自己的時間度量尺度,運動速度不同,所度量的時間不同,時間是彈性的,可以伸長和壓縮...廣義相對論把時間維和空間的三維合併成四維時空,時空是彎曲的並難分難解地糾纏在一起,時空不再只是事件發生的背景,而是動力,是參與者!

 

在量子力學中,時間是可以創生!但無論是在牛頓力學或是愛因斯坦相對論中,還是在海森堡和薛丁格的量子力學中,時間方向無關緊要,在他們的方程式中,時間向前向後都是成立的。

 

1927年,英國天體物理學家愛丁頓首先提出「時間箭頭」的觀念,時間是有方向的。人人都在時間中旅行,時間有長有短,時序有先有後,其旅程,有的波瀾壯闊,有的平淡無奇...

1564年旅行到1642年的伽利略,旅程充滿著革新和磨難;

1642年旅行到1727年的牛頓,旅程中豎立起里程碑式的成就;

1879年旅行到1955年的愛因斯坦,旅程中充滿著輝煌和自我矛盾;

1942年開始時間旅行的史蒂芬·霍金,則充滿著智慧、艱辛和毅力。

 

但是,人們嚮往的時間旅行,絕不是這種屬於自己人生經歷中的時間旅行,時間旅行是指超越時空,能穿越到未來的時空中去旅行;也使時間倒流,回到過去的時空中旅行回到過去,看一看祖輩們生活的山河世界,會見夢想中的祖先,這多麼令人嚮往!回到過去,萬一有一個雜種作了攪亂歷史的蠢事,比如說幫助德、日法西斯殺害別人的祖父和父親,並使法西斯贏得第二次世界大戰的勝利,那現時人類的狀況將是多麼悲慘!凡此種種,都需要我們對時間旅行給予關注,它是科幻還是科學?在新科技的科學水準上,時間旅行的可能性到底有多大?

 

有一種說法認為,超光速可以使時間倒流,如果乘坐超光速飛船飛行,就可以回到過去。但是相對論指出,任何物體的運動速度不可能達到和超過光速,因為能量和質量等價,高速運動物體的動能使它的質量增加,當無限接近光速時,物體的質量趨向無限大,要使無限大的質量加速是不可能的。因此相對論是禁止超光速,時間旅行就必須在低於光速的速度下進行。要在低於光速的速度下達到去過去時空旅行的目的,目前唯一可借助的是“彎曲時空”理論。因此廣義相對論是時間旅行的基礎!

 

牛頓指出物質具有引力,愛因斯坦則進一步指出,引力只不過是時空彎曲的表現!宇宙中充滿物質,而物質使時空彎曲,彎曲時空使一些物質集中在一起,形成恆星等天體。如果找到或製造一個彎曲得足夠厲害的時空,就可以到過去的時間中旅行,因為在那裡你的飛行船在出發之前,就可能已處在過去的時空中,當然可以乘飛船在過去的時空中旅行!而能使時空產生最大彎曲的是“黑洞”!

 

黑洞吞食包括光線在內的一切物質,那正是由於黑洞使時空向內彎曲得特別厲害,因而連光線都向內運動的結果。光線和其他物質不斷向內集中,形成物質密度和時空曲率都無限大的奇點,也就是時間和空間在黑洞奇點處終結。

 

當一艘向黑洞靠近的飛船,其上的航太員以相同的時間間隔向地球發出聯絡信號,但我們收到聯絡信號的時間間隔卻越來越長,在飛船非常接近黑洞時,時間幾乎凝滯,當我們再也收不到聯絡信號時,那就是飛船進入了黑洞,聯絡信號也被黑洞吞食了,而當飛船到達奇點時,可憐的航太員的時間結束了!

 

但是理論研究證明,旋轉黑洞中心不是一個空間為零的奇點,而是一個“奇異環”,奇異環連著蟲洞,它是“蟲洞”的出入口。

 

蟲洞是物理學家約翰·惠勒首先提出來的,它是廣義相對論方程的一個解。現代著名物理學家羅傑·彭羅斯的研究表明,旋轉黑洞把無數個蟲洞連接在時空的不同部分上,這樣蟲洞就是連接不同時空區域的時空管道,如果找到一條連接過去時空的蟲洞,那麼就可以通過它到過去的時空中去旅行了。那麼蟲洞在哪裡?特別是能連接過去時空的蟲洞存在嗎?連接過去時空的蟲洞,必然是一條封閉的類時曲線,即一次又一次地返回出發點的時間圈環。

 

狹義相對論不允許時間旅行,包含引力、有彎曲時空的廣義相對論也行不通。但到1949年時著名哲學家庫爾特·哥德爾找到廣義相對論方程的一個數學解,發現一個充滿旋轉物質的轉動宇宙模型,在那裡,每一點都有“時間圈環”存在。但是,哥德爾解需要一個宇宙常數。在當時,宇宙常數是否存在還不清楚。同時,哥德爾用可能發生「新生兒自謀殺」這種荒謬的事作為反證,證明回到過去是不可能的。其他人也認為轉動宇宙模型與我們生活的宇宙沒有任何相似之處,因而只把哥德爾解作為廣義相對論方程的一個沒有物理意義的解。

 

多數人都同意牛津大學天文學家C·雷西的意見:「時間旅行在任何合理的宇宙模型中都是不容許的!」當然必須在我們的宇宙中被排除。可是接著又找到其他不需要宇宙常數的解,其中一個是兩條宇宙弦相互快速穿越時空,就會形成時間圈環。

 

粒子理論暗示,宇宙弦是在宇宙早期階段產生的,它是具有微小截面的重物體,後來隨宇宙膨脹而伸展,而現時的一根單獨宇宙弦,則可以橫貫整個宇宙!

 

霍金對此提出懷疑:「這種產生時間圈環的捲曲,一直延伸到空間的無窮處,並且回到時間的無限過去。這樣,這些時空是和在其中的時間旅行一同被創生的。我們沒有理由相信我們的宇宙是以這種捲曲的方式創生的,況且我們也沒有來自將來的訪客的可靠證據。」在霍金看來,利用天然的時間圈環進行時間旅行的可能性不大,由此霍金轉而提出:「某個先進的文明能建造時間機器,進行時間旅行嗎?」

 

1895年,英國人赫伯·喬治·威爾斯發表了名為《時間機器》的科幻小說。不過,那時相對論、黑洞和蟲洞等科學理論還沒有誕生,他的時間機器卻沒有物理學基礎背景。80年代初,著名天文學家和科普作家卡爾·薩根,在寫科幻小說《接觸》時遇到一個難題,就是如何能迅速地與外星人接觸,他去向老朋友、加州理工學院的基帕·索恩教授求教。

 

索恩教授在1988年設想了一種時間機器,他是利用速度效應(速度增加,時間膨脹)和蟲洞理論,讓蟲洞一端的出入口以近光速運動,然後減速,回到原來的地方。這樣,它與蟲洞另一端的出入口就產生了時間延遲,飛船如果以近光速的速度在兩個出入口之間飛行,就可以回到過去的時間中去旅行。

 

其實,索恩教授本人並不認同時間旅行,索恩的時間機器需要蟲洞的出入口和飛船以近光速飛行,以低速進行的時間旅行的時間機器。那麼,如何建造這樣的時間機器呢?霍金在2000年出版的《果殼中的宇宙》一書中指出,需要負能量才能建造有限的時間機器。這實際上又回到了哥德爾解,因為哥德爾解需要的宇宙常數,即暗能量,其值正是負的!

 

我們知道,物質具有正能量。因而在充滿物質的時空中,要建造時間機器進行時間旅行是不可能的。但是,霍金認為,從他對黑洞輻射的研究中可以證明,出現能量為負的局部區域是可能的。量子理論認為,在宇宙真空中也有能量起伏。這使虛粒子對可以從這種能量起伏中,用借貸能量的方法產生。

 

這樣在表觀上空虛的空間也充滿著虛粒子對,這些虛粒子對成員,一個具有正能量,一個具有負能量,其總能量是平衡的。由於借貸來的能量需要馬上歸還,而且越快越好,才能再借不難。這就是虛粒子對同時出現,然後相互分開,再迅速相遇湮滅消失,將能量歸還。

 

在有黑洞存在的地方,帶有負能量的虛粒子對成員能夠進入黑洞,而帶有正能量的虛粒子對成員趁機逃之夭夭,而成為實粒子(組成物質的粒子),這正是黑洞的輻射。

 

黑洞因吸收帶負能量的虛粒子對成員而損失質量,使質量慢慢蒸發,黑洞視界逐漸縮小。黑洞的輻射蒸發表明,在量子水準上,黑洞視界上的能量有時可以是負的。這時,彎曲時空不是使光線向內彎曲而集中,而是相互發散開去,即時空向建造時間機器需要的方向彎曲。這樣一個先進的文明,就有可能建造一艘飛船,使它的邊界上的能量是負的,就像黑洞的視界上具有負能量一樣。這艘飛船就是一部時間機器。憑藉這部時間機器,就可到過去的時間旅行了!

 

霍金認為,存在著粒子在時空中的一個閉合圈環上不斷循環的歷史,這雖然不能用粒子檢測器直接觀測到,但在許多實驗中已經測量到它們的間接效應。由此可見,時間旅行確實發生在微觀尺度上,但我們觀察不到。

 

量子理論雖然允許在微觀尺度上的時間旅行,但霍金分析指出,像人和飛船這樣的宏觀物體實現時間旅行的概率是很小的,因為在宏觀時空尺度上形成時間圈環的概率極其微小。霍金估計,進行時間旅行的概率小於10-60。但霍金幽默地說:『這不等於某個從未來的時間回來的雜種殺死其祖父可能性的微弱。』

 

或許如此,一些科學家提出「自恰律」,用以對回到過去時間旅行的人進行約束;另一些科學家提出歷史年表保存(時序防衛)假說,主張物理定律應協同防止宏觀物體的時間旅行;更有一些科學家一聽說時間旅行就去拿槍...當然即使造出了時間機器,進行時間旅行也是很危險的。

 

霍金指出,時間機器的邊界與黑洞的視界是有差別的。其中一個重要差別是,時間機器的邊界上是不斷轉圈的閉合光線,其中的虛粒子會不斷重複地把能量帶回到同一點,這就使時間機器邊界上形成無限大的能量。在載人飛船或宇宙探測器穿過邊界,進入時間機器時,會被那裡的輻射閃電所摧毀。

 

當然先進文明可用高技術將在閉合圈環中運動的虛粒子驅逐一部分,使時間機器邊界上的能量變成有限的,以避免輻射閃電發生。但霍金仍然擔心,這樣一來時間機器是否穩定。像蟲洞不穩定會瞬息閉合一樣,時間機器因飛船進入時的微小擾動,可能啟動虛粒子的循環,從而引發輻射閃電。

 

霍金還指出,建立時間機器,不僅要考慮物質場的量子起伏,還應考慮時空場的量子起伏。由於我們還沒有完整的量子引力理論,還很難說清楚時空場的起伏效應是怎樣的,是否會給時間旅行帶來更大的不確定性?看來時間旅行尚是渺茫的,至少到現時是渺茫的,每個人還是科學地把握好自己「現在」的時間才是最最重要的....活在當下唄!