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穿越到未来

2018-07-06

奥秘(创新大赛) 2018年2期
关键词:引力霍金黑洞

2009年6月,英国著名物理学家史蒂芬·霍金举办了一场“时间旅行者”的聚会。这是一次特别奇怪的聚会,因为霍金是在聚会结束一年后才发出请柬,所以只有来自“未来”的宾客才能知道这次聚会的举办地和时间,也就是说霍金邀请的宾客来自未来。但直至聚会结束,也没有任何客人出现。

霍金称,爱因斯坦的广义相对论认为扭曲的时空可以让人回到过去,但时空扭曲产生的辐射可能毁掉太空船甚至时空本身。霍金认为人们要想回到过去进行时空旅行是不太可能的。即使有可能,也要等到人类发明出真正穿越时空的时间机器。

看来,回到过去是不可能了,那么去往未来世界呢?这或许是截然不同的两种“穿越旅行”。有些研究人员认为从物理角度上穿越时间去未来世界是可行的。

当然,从某种程度上来说,我们每个人都是时间的旅行者,因为我们都在沿着现在的时间一直往前走,从现在走向未来。而在科学上,有几种方法或许能让我们快速进入未来世界。

方法1:改变速度——极速前进

这是去往遥远未来的最容易和最实用的方式——达到相当快的速度。因为根据爱因斯坦的狭义相对论,当你以接近光的速度行驶时,你相对于外界的时间就会慢下来。当你如此快速到达某个地方后,你会发现你只用了几个小时的时间,但目的地已经是几十年之后了。

这不是一个猜想或思想实验,因为已经有人做过类似的实验了。物理学家利用两个原子时钟(一个放在一架喷气式飞机上,另一个则在地面上),证明了喷气式飞机上的那个“飞行的原子时钟”运行得相对慢些。飞机上相对于地面流逝的时间慢,就意味着飞机上的人降落后穿越了一点点未来。

当然,在飞机飞行的条件下,时间变慢的效果是微不足道的。但是如果你是在一艘宇宙飞船中,以90%的光速行驶,你所经历的时间会比地球上的时间慢2.6倍。当你的速度越接近光速,时间旅行成功的机会就越大。

目前,人类技术能实现的最快速度,是围绕大型强子对撞机旋转的质子们所拥有的速度。大型强子对撞机的加速器能让质子加速到99.9999991%光速的“极限”速度。利用狭义相对论,我们可以计算出质子的1秒相当于日常地球的27777778秒,也就是11个月左右。

方法2:利用虫洞穿越时空

利用虫洞实现时空穿越是科幻小说中最常见的场景了,而广义相对论也说明了宇宙中可能存在的“捷径”,物体通过捷径可以在瞬间进行时空转移,这条捷径就是虫洞。

1916年,奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出虫洞这个概念,1930年爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时做出假设,认为通过虫洞可以做瞬时的空间转移或者时间旅行。它或许能缩短十亿光年以上的空间距离,或者穿越到时间上的不同点。

许多物理学家(包括史蒂芬·霍金)认为虫洞会在量子尺度上不断地出现和不断地消失,它比原子要小得多。根据量子理论,我们可以“捕捉”到一个虫洞,并令它膨胀到人类体型的尺度——这需要聚集大量的能量,但这些能量可能最终会“摧毁”虫洞,导致无法穿越时空。

这就是广义相对论和量子力学之 间的不相容性,因此想要以虫洞这条捷径进行时间旅行,科学家们需要花时间去研究广义相对论和量子理论之间的问题。

目前,还没有实验证据表明虫洞的真实存在,“虫洞”仍是一种假设,但科学的进步离不开大胆的假设。

方法3:假死,暂停你的生命

在小说《三体》中,三体人能通过进入脱水状态实现假死,来熬过地狱般的“乱纪元”,并在环境正常的“恒纪元”苏醒,继续生活;而地球人则能通过进入超低温冬眠状态,暂停大部分生理机能运作,最终以健康年轻的体魄在未来“复活”。

以上设想绝非天马行空,也绝不仅只拥有理论依据。在自然界中,便可找出类似的例子。面对恶劣的生存环境,细菌的孢子可以实现假死状态,并生存数百万年,直到温度、湿度等条件适宜时,才再次启动新陈代谢顽强复苏;而一些哺乳动物,如熊和松鼠,也可以在冬眠期间减慢新陈代谢速度,大大减少它们对食物和氧气的需求。

那么,人类能否通过类似的“假死术”,暂停生命,并在未来复活呢?

以目前的科学研究进度,科学家认为在不久的将来,可以让人类实现短期的“冬眠”,至少持续几个小时。这短短几个小时的“冬眠”时间价值非凡,它可以让需要紧急救治的危重病人抵达手术室,捡回一条命。

方法4:引力越强,时间就越慢

引力也可以成为穿越的工具。

此种方式的理论依据同样离不开广义相对论。根据该理论,物体所受的引力越强,所经历的时间流逝得也就相对更慢。

若是我们想要让自己经历的时间比地球世界慢得多,以穿越到遥远的未来,那么就需要进入一个引力非常强大的区域,比如黑洞。在电影《星际穿越》中,宇航员到达了一个黑洞附近的行星,受黑洞强大引力的影响,宇航员登陆该行星仅仅一个小时,地球上就已经渡过了7年。

然而,通过黑洞表面引力场穿越时间长河,是一种非常危险的举动。假如你不小心越过黑洞边界,将被黑洞的可怕引力拉入万丈深远,陷入无尽的黑暗之中,永世不得逃脱。

况且,就算人类的科学技术真能将自己送达黑洞的附近,由于距离地球最近的黑洞也在3000光年之外,恐怕抵达黑洞前耗费的漫长时光,也并非通过黑洞穿越后所能弥补的,可谓得不偿失。

无论如何,目前看来,黑洞穿越法都是风险最大、性价比最低的选择,理应“慎用”。

方法5:利用光束穿越时空

最后一种方法,是由美国物理学家罗恩·马利特提出的。一般我们认为时间是一条直线,从过去走到现在,再从现在走向未来。但马利特认为,如果空间能被足够的外力扭曲,那么时间也能扭曲成圈,这样我们就能时间旅行了。

他的灵感是利用光,制造一个以光为基础的时间机器——利用高能的漩涡状圆柱体光束来激活和扭曲时间的结构。理论上,任何掉进旋转圆柱体内的东西,其空间和时间都会被延迟,就有机会穿越时间回到到过去或去往未来。

2000年,马利特发表了该理论,并且一直筹集资金,希望能以实验来证明这个理论(其中包括将中子投到旋转激光器里),其研究仍在继续。不过,他的想法并没有得到物理学界其他科学家的认同。

以上这五种穿越时空的方法,各有千秋,让人大开眼界,我们无法得知其中的哪一个将最早被实现,也可能它们最终都只能停留在理论阶段。无论如何,这一系列尝试,都是人类在探究宇宙最深层机密的长征中走出的一大步。

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