霍金遺作解讀:時間旅行可行嗎?
據《每日郵報》北京時間11月10日報導,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在其遺作《大問題的簡答》(Brief Answers to the Big Questions)一書中稱,“如果有人申請科研基金研究時間旅行,這樣的申請應當被立即駁回。”
霍金是對的。
霍金認為,我們目前的知識不能排除時間旅行,這表明他對時間旅行的態度似乎是謹慎樂觀的。
那麼問題來了:我們目前不能打造時間機器,但未來可以嗎?
我們先從日常生活經驗開始談起。我們對給無論身在何地的親朋好友打電話都已經習以為常。
包含他們聲音和圖像的信號傳輸速度非常快,但我們收到信號仍然需要一定時間。
我們無法知道一個身在遠方的人的“現在”,是愛因斯坦時空理論的核心。
光速
光速是信號可以傳輸的最快速度,也對我們了解宇宙中事件的速度形成了一個基本的約束。
這也導致了因果關係——效果總是出現在起因之後。在時間旅行這個問題中,這是一個重要的理論基礎。
人要穿越回去,阻止自己出生的事件,是將效果(人)放在起因(自己出生)之前。
根據愛因斯坦的相對論,物體運動速度越快,時間就會越慢。
如果物體以光速運動,時間似乎就凍結了,但對於該物體而言,其他物體的時間都在快速流逝。
那麼,如果我們的運動速度比光速還快,時間會像科幻小說中那樣倒流嗎?
令人遺憾的是,把人運動的速度加速到光速,需要極大的能量,更不用說超越光速了。但即使我們可以以超過光速的速度運動,時間也不會簡單地倒退。相反,屆時談論時間前進和倒退根本就沒有意義。
這違背了因果定律,因果概念也失去了意義。
蟲洞
愛因斯坦的理論還表明,引力是質量扭曲空間和時間的結果。空間區域的質量越大,時空扭曲得就越嚴重,附近的時間就越慢。
如果質量足夠大,時空扭曲的程度很大,即使光線也不能逃脫其引力,就形成了黑洞。
在靠近黑洞邊緣——事件視界的地方,時間與遠離它的其他地方相比將無限地慢。
那麼,我們能否以恰當的方式扭曲時空,使時間倒流呢?
答案是:可能。我們需要的扭曲是一個可穿越的蟲洞。但我們還需要產生負能量密度區域來使它保持穩定,十九世紀的經典物理學認為這是不可能的。
霍金利用量子理論來說明這一問題。量子理論是物理學的一個分支,在亞原子水平上探索宇宙奧秘。
根據量子力學,空的空間區域並非是空無一物,而是存在瞬間存在、瞬間消失的粒子對。
如果我們可以建立一個瞬間存在、瞬間消失的粒子對數量比其他區域少的區域,那麼該區域將具有負能量密度。
然而,找到一種能統一量子力學與愛因斯坦引力理論的理論,仍然是理論物理學領域最大的挑戰之一。
一種可能統一量子力學與愛因斯坦引力理論的理論是弦理論,或許會提供另外一種可能性。
弦理論要求時空有11個維度:物體運動的時間和三維空間,以及另外七個維度。我們可以使用這些額外的空間維度來縮短空間和時間嗎?至少霍金認為是有希望的。
保存歷史
那麼時間旅行真的可能嗎?我們目前的理解不能排除它,但答案可能是否定的。
儘管態度樂觀,但霍金意識到,尚未發現的物理理論有朝一日會取代愛因斯坦的理論,它可能使得像你、我這樣的大型物體,不能在時間中隨意躍遷。
我們把這一觀點稱作“時序保護猜想”。
無論人類未來是否會出時間機器,我們都知道,當我們爬山或乘坐汽車飛速前進時,時間發生了變化,這足以令人欣慰。