時間旅行究竟有可能嗎?霍金曾持“謹慎樂觀態度”
據國外媒體報導,霍金遺作《大問小答》(Brief Answers to the Big Questions)中有這麼一句話:“假如有人提出向時間旅行方面的研究捐助一筆研究資金,這個提議轉眼就會被拒絕。”這話不假。但他說的另一句話也很有道理:時間旅行可能與否是一個“非常嚴肅的問題”,不過仍然可以通過科學手段來解決。
霍金對此持謹慎樂觀態度,認為我們現有的知識暫時無法排除時間旅行的可能性。所以現在情況到底如何呢?我們暫時還造不出時間機器,但未來有這個可能性嗎?
首先來看看我們的日常體驗。我們已經習慣了隨時隨地聯繫自己分佈在全世界的親朋好友,將此視為理所應當。但我們其實永遠也弄不清其中的奧秘。攜帶親友聲音和照片的信號傳播速度快到難以理解,但仍需一定時間才能傳到我們這裡。這就是愛因斯坦時空理論的核心:我們永遠無法真正獲知遠處某人“現在”的狀態。
光速
愛因斯坦告訴我們,時間與空間其實是同一個東西——時空的兩個部分,我們應當將時間距離當成空間距離一樣看待。
雖然聽上去很奇怪,但有人問伯明翰離倫敦有多遠時,我們會很自然地回答“大概兩個半小時”。我們的意思是,如果時速每小時80公里,這段路大概要花兩個半小時。從數學角度來說,這種說法相當於“伯明翰據倫敦約200公里”
就像物理學家布萊恩•考克斯(Brian Cox)和傑夫•福修(Jeff Forshaw)在《為何E=mc²?》一書中指出的那樣,時間和距離“可以以速度為’貨幣’相互交換”。
愛因斯坦大膽地猜測,從時間到距離的“匯率”在時空中處處通用,而這一“匯率”其實就是光速。光速是任何信號能夠達到的最高速度,也因此決定了我們獲知宇宙某處信息的速度上限。這就使我們產生了“因果”的概念,認為必定先有“因”、再有“果”。而對時間旅行者而言, 這無疑是個嚴重的理論障礙。
假設光速在宇宙中處處相等,那麼無論我們自身運動速度多快,測出的光速都必定相同,在真空中始終為每秒299,792,458米。而愛因斯坦意識到,既然光速絕對不變,那麼時空本身就不可能保持不變。
事實上,高速運動的時鐘的運轉速度必定比靜止的時鐘慢得多。同理,你自己的運動速度越快,相對於被你甩在身後的人而言,時間的流逝就慢得多。“相對”一詞正是關鍵:在你看來,時間的流逝一如往常;但對其他靜止不動的人來說,你就像在做慢動作一樣。假如你的速度達到了光速,你在別人眼中就彷佛完全靜止;而從你的角度來看,其他人則都在飛速向前。
那麼,假如我們的運動速度超過光速,時間是否會像科幻小說中一樣倒流呢?
不幸的是,人類需要無窮大的能量才能達到光速,更別提超過光速了。而就算我們能超過光速,時間也不會簡簡單單地倒流。事實上,到了這個時候,“向前”或“向後”已經失去了意義。因果法則將就此被破壞,“因”和“果”也沒有了意義可言。
蟲洞
資料圖
愛因斯坦還告訴我們,引力是質量扭曲時空的結果。一塊空間中聚集的質量越大,時空被扭曲得就更厲害,附近的時鐘走得就越慢。而如果我們在一塊空間中塞入的質量足夠大,時空將被極度扭曲,就連光線也無法逃脫它的引力,這就形成了黑洞。假如你能接近黑洞邊緣,即事件視界,你攜帶的時鐘將走得無限慢。
那麼,扭曲時空是否能讓時間倒流呢?
答案是“也許吧”。要達到這一效果,時空需要扭曲成可穿越蟲洞。但我們需要創造出“負能量密度”區域,才能使蟲洞穩定下來。而19世紀的經典物理學已經杜絕了這種可能性。
現代量子力學則不盡然。根據量子力學,看似空無一物的空間其實並不“空”,而是充滿了不時出現、不時消失的粒子對。如果我們能讓一塊區域中的粒子對少於其它區域,也許該區域就擁有了負能量密度。
然而,如何將量子力學與愛因斯坦相對論結合起來,至今仍是理論物理界最大的挑戰之一。
有一種名叫“弦理論”(更準確的叫法是M理論)的理論或許能提供另一種可能性。該理論認為,時空共有11個維度:時間算1維,我們生活的空間有3維,除此之外還有7維。我們能否用這些多餘的空間維度、在時空中抄一條近道呢?至少,霍金對此持積極態度。
拯救歷史
那麼,時間旅行究竟有可能實現嗎?我們現有的知識無法排除這種可能性,但答案很可能是“不可能”。
愛因斯坦的理論無法在極小尺度上描述時空的結構。此外,雖然自然法則常常與我們的日常體驗相去甚遠,但往往都能夠自洽,因此科幻小說中擾亂因果順序造成的悖論也許並不會出現。雖然霍金對此持積極態度,但他也承認,受某些尚未發現的物理法則的影響,像你我這樣的大型物體也許永遠也不可能穿梭時空。我們將這一觀點稱作霍金的“時序保護猜想”。
無論未來我們能否造出時間機器,有一點是可以肯定的:當我們爬山或開車時,都或多或少改變了時間流逝的速度。所以你其實已經在穿梭時空了,只不過方法和你希望的不太一樣而已。