時間旅行可能嗎?霍金遺作如是說

2021-01-13 繁星之殤

「如果有人拿時間旅行課題申請研究基金,恐怕立即就會被駁回。」已故知名物理學家史蒂芬.霍金在其遺作《對幾大問題的簡答》一書中幽默地說到。

據The Conversation網站報導,霍金認為雖然人類目前造不出時間旅行機器,但他對時間旅行的可能性持「謹慎的樂觀」態度。他認為靠超光速旅行回到過去恐怕比較難;利用蟲洞較為可能實現「回到過去」;但同時他認為這個物理世界有某種機制維持著時間的順序軸,阻止這個物質世界的大的物體隨機在時間軸上的躍遷。

書中從人們每天的經歷說起。比如人們習以為常地認為,隨時致電身在世界任何地方的親友就能知道他們「此時此刻」在做什麼。

其實不是這樣的。傳到另一端的聲音和圖像雖然速度挺快,但其實兩端還是有一個時間差。這是愛因斯坦時空理論的核心部分。

光速

愛因斯坦告訴我們,時間和空間都是時空的組成部分,時間和距離「可以通過速度進行互換」。他提出的一個理論飛躍是,在整個宇宙中時間到空間的轉換率就是光速。

由於光速是信號傳播能達到的最快速度,這就限制了我們獲悉宇宙中其它地方所發生事情的速度,繼而形成「因果」定律——事情的效果總是發生在起因之後。

愛因斯坦意識到,光速的絕對性造成了空間和時間的相對性,由此他發現,運動越快的物體,上面的時間越慢。如果一個物體能以光速進行移動,其空間場的時間就會是靜止的。

那這是否意味著,如果一個物體能比光跑的快,上面的時間會倒退嗎?

不幸的是,理論認為一個物體要達到光速,需要無限大的能量,更不要說超光速了。但即便能實現超光速運動,理論也認為時間不會倒退,而是不存在未來和過去的概念而已。

蟲洞

愛因斯坦還告訴人們,引力是物質扭曲時空的結果。一個區域內擠進的物質越多,裡面的時空扭曲越大,其空間場的時間也越慢。

如果一個區域塞進的物質多到其引力大到連光線也無法逃逸,這時黑洞就形成了。黑洞邊界的時間,相對於遠離黑洞區域的時間,就會無限的慢。

那麼是否可以把時空扭曲到正好的一定程度,實現時光倒流?

這是有可能的,但需要一個可穿越的蟲洞,同時需要創造具有負能量密度區來穩定蟲洞。19世紀的經典物理理論認為這不可能,現代的量子學物理開啟了其可能性。

按照量子理論,真空並非真空,是由成對成對瞬間存在和消逝的粒子組成的。如果能造出一個出入存在態的粒子對比其它區域少的區域,就相當於造出了一個負能量密度區。

目前,如何將量子理論與愛因斯坦相對論結合仍是理論物理界最大的挑戰。目前一種M理論(M-theory)提供了一種可能性。

M理論提出了11維度時空理論,一維是時間,三維空間,另外還有次原子大小的七個維度。人們可以用這些維度在時空中「抄近道」嗎,霍金認為有可能。

時間順序保護猜想

愛因斯坦的理論對微觀世界粒子並不適用。對於時間旅行的可能性,只能說目前的理論不能排除其可能性。

儘管霍金對時間旅行持謹慎的樂觀態度,但他同時也提出一個「年曆保護論」:他認為將來可能會有新的物理理論,解釋存在某種機制在確保空間中大的物體,比如人類,不會隨機進出時間軸。

不管將來人類是否能造出時間旅行機器,至少現在我們知道,當人們搭車旅行、爬山時,我們自身空間場的時間都發生了變化。這足以令人興奮了。

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