大洋網(wǎng)訊 “時(shí)間旅行是可行的，而且我們知道如何去完成它。”保羅-戴維斯(Paul Davies)，這位或許是繼斯蒂芬-霍金(Stephen Hawking)之后最知名的物理學(xué)家一邊這樣說(shuō)，一邊把我們請(qǐng)進(jìn)他位于悉尼的辦公室，他目前在澳洲工作和生活。為了與他會(huì)面，記者一直飛到了澳大利亞，因?yàn)檫@位英國(guó)科學(xué)家已經(jīng)構(gòu)想出了世界上第一臺(tái)時(shí)間機(jī)器，并在他最新出版的書中描述了制造這臺(tái)機(jī)器的方法。

時(shí)間機(jī)器當(dāng)然還沒(méi)有被造出來(lái)，因?yàn)檫€有一些尚待解決的技術(shù)和政治問(wèn)題。不過(guò)這部機(jī)器所需的大部分零件已經(jīng)散布在世界上最先進(jìn)的研究實(shí)驗(yàn)室里了。

保羅-戴維斯身著方格襯衫，頭發(fā)和胡子梳理得整齊講究，表情堅(jiān)定自信，讓人一眼就能看出是個(gè)典型的英國(guó)人。他在談起時(shí)間旅行就像在談?wù)撘粋€(gè)人們僅僅因?yàn)閼卸瓒鴽](méi)有去充分利用的機(jī)會(huì)，好像這臺(tái)機(jī)器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，只等首批“時(shí)間旅行家”去駕馭它。

相關(guān)理論源自這樣一個(gè)觀念：像三維空間一樣，時(shí)間是一個(gè)可變的維數(shù)。這也是1905年愛(ài)因斯坦提出的《相對(duì)論》的核心思想，在戴維斯看來(lái)，正因?yàn)檫@樣，我們已經(jīng)掌握了時(shí)間旅行的公式將近一個(gè)世紀(jì)。

人們?nèi)绾尾拍苓M(jìn)行時(shí)間旅行呢?

“相對(duì)論為我們提供了在未來(lái)時(shí)光中旅行的兩種方法。一個(gè)是以高速進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，由于這種運(yùn)動(dòng)而造成的時(shí)間扭曲，狹義相對(duì)論對(duì)此做出了解釋。如果我們有一艘速度達(dá)到光速99.99999%的飛船，就可以在6個(gè)月內(nèi)進(jìn)入公元3000年。”這種旅行是相對(duì)論的結(jié)果，它與著名的“雙生子佯謬”有關(guān)，也是愛(ài)因斯坦理論的一個(gè)直接結(jié)果。孿生兄弟中的哥哥以接近光速開始其太空旅行，而弟弟留在家里。哥哥到達(dá)10光年以外的目的地之后立即以同樣的速度返航。

對(duì)于留在地球上的弟弟來(lái)說(shuō)，時(shí)光流逝了20年，也就是哥哥以近光速旅行所花去的時(shí)間。但對(duì)于旅行中的哥哥來(lái)說(shuō)，時(shí)光流逝的速度卻要慢得多。事實(shí)上，相對(duì)論告訴我們，時(shí)間會(huì)隨著速度的增加而放慢步伐。對(duì)于哥哥來(lái)說(shuō)時(shí)間僅僅過(guò)去了3年，當(dāng)他回到地球上時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)跨進(jìn)了17年后的未來(lái)時(shí)光中。

按照這些理論，人們能夠以非常接近光速的速度旅行，但實(shí)際上可以達(dá)到這么高的速度嗎?

在這方面沒(méi)有任何禁區(qū)，只是一個(gè)成本問(wèn)題。為了把一個(gè)10噸重的負(fù)載加速到光速的99.9%，需要使用100億億焦耳，這相當(dāng)于全人類幾個(gè)月的能源生產(chǎn)總量。”

進(jìn)一步接近每秒30萬(wàn)公里速度的成本當(dāng)然會(huì)更高。

因此，只要我們擁有必要的資本就可以向未來(lái)出發(fā)?

“我不排除我們能做到這一點(diǎn)，在太空中有取之不盡用之不竭的能源，只要我們?nèi)ラ_發(fā)它們。這實(shí)際上成了一個(gè)政治問(wèn)題：做出對(duì)太空進(jìn)行必要的技術(shù)研究和開發(fā)的決定，以便使人類能夠利用宇宙中大量的能源。但是還有另外一個(gè)問(wèn)題：以高速系統(tǒng)進(jìn)行的時(shí)間旅行或許只能進(jìn)入未來(lái)卻沒(méi)有辦法回來(lái)。事實(shí)上，假如我們的超級(jí)宇宙飛船到達(dá)了公元3000年后再返航，有可能只會(huì)在地球的未來(lái)時(shí)光中又跨出了一大步。”

這是因?yàn)闀r(shí)間旅行并不取決于運(yùn)動(dòng)的方向，而只取決于它的速度。

相對(duì)論提供的另一個(gè)時(shí)間旅行的方法是什么?

“這個(gè)方法是愛(ài)因斯坦1908年以廣義相對(duì)論提出來(lái)的，這個(gè)理論將狹義相對(duì)論進(jìn)行擴(kuò)展，其中包含了重力對(duì)時(shí)光產(chǎn)生的多種效應(yīng)。新理論令人驚訝的結(jié)論在于重力會(huì)使時(shí)間放慢，而我們也可以驗(yàn)證這一點(diǎn)，比如地球的重力每300年可以讓鐘表慢1微秒。1976年，物理學(xué)家羅伯特-維索特(Robert Vissot)和馬丁-列文(Martin Levine)向太空中發(fā)射了一枚載有時(shí)鐘的火箭，他們觀察到這個(gè)時(shí)鐘與放置在地球上同樣的時(shí)鐘相比，多獲得了1/10微秒。為了在未來(lái)的時(shí)光中旅行，只要利用那些強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地球重力的引力場(chǎng)，比如中子星的引力場(chǎng)。中子星是那些在耗盡自身的燃料之后，由于受自身質(zhì)量的影響而收縮到只相當(dāng)于原來(lái)體積很小一部分的天體，但它們的總體質(zhì)量仍維持在一個(gè)很高的水平;其中一些中子星僅比地球上的一座城市大一點(diǎn)兒，但其質(zhì)量卻超過(guò)了太陽(yáng)。它們自身強(qiáng)大的重力使其原子變成了一堆中子，這種重力作用會(huì)產(chǎn)生比地球重力影響要明顯得多的時(shí)間扭曲：中子星上的7年相當(dāng)于地球上的10年，因此，只要讓我們的飛船到達(dá)這樣一顆中子星上(比如位于巨蟹星云中的那一顆)就會(huì)在未來(lái)的時(shí)光中邁出一大步。但問(wèn)題是我們?nèi)绾文茉斐鲆凰夷艿挚怪凶有歉浇鼧O其惡劣條件的飛船來(lái)。在這種情況下，我們同樣也無(wú)法從未來(lái)時(shí)光中返航。”

假如我們想進(jìn)入過(guò)去的時(shí)光中呢?

“相對(duì)論也允許在過(guò)去的時(shí)光中旅行。對(duì)于廣義相對(duì)論來(lái)說(shuō)，時(shí)空可以被彎曲到與其自身聯(lián)接的地步，因此可以在時(shí)間和空間中創(chuàng)造‘封閉曲線’。

第一個(gè)勾劃出封閉時(shí)間曲線的人是愛(ài)因斯坦的一個(gè)朋友、奧地利數(shù)學(xué)家?guī)鞝柼?middot;戈德?tīng)?Kurt Goedel)。他在解算相對(duì)論中關(guān)于引力場(chǎng)的方程式時(shí)，發(fā)現(xiàn)在空間中可以找到一條通向旋轉(zhuǎn)著的宇宙的螺旋體軌道。不過(guò)他解出的方程式答案需要假定宇宙處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，而今天人們卻認(rèn)為宇宙并不旋轉(zhuǎn)。但他的功勞在于證明了相對(duì)論并不排除物質(zhì)的一個(gè)粒子，從理論上也包括人類，可以到達(dá)過(guò)去的時(shí)光以及從將來(lái)的時(shí)光中返回。”

事實(shí)上，戈德?tīng)枌懙溃?ldquo;乘座一艘飛船沿著一條足夠?qū)拸V的航線往返旅行，我們可以到達(dá)過(guò)去、現(xiàn)在以及未來(lái)時(shí)光中的任一個(gè)地區(qū)并返回。”在看完朋友解方程式的結(jié)果后，愛(ài)因斯坦也承認(rèn)，在構(gòu)思廣義相對(duì)論的過(guò)程中，這種時(shí)空中存在可讓人回到過(guò)去的封閉曲線的可能性曾折磨了他很久。

但是戈德?tīng)柕南敕ń⒃谝粋€(gè)錯(cuò)誤的前提上，即宇宙是旋轉(zhuǎn)的。這樣的話，我們又該如何進(jìn)入到過(guò)去的時(shí)光中呢?

“戈德?tīng)柼岢龅男D(zhuǎn)說(shuō)法并不是我們拜訪祖先的惟一手段。最新的理論當(dāng)中就有‘蟲洞’說(shuō)(wormhole)，這是給黑洞起名的美國(guó)天文物理學(xué)家約翰·維勒(John Wheeler)提出來(lái)的。蟲洞是空間結(jié)構(gòu)中的一條捷徑，它可以在光到達(dá)之前將兩個(gè)非常遙遠(yuǎn)的點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)，因此這也是通過(guò)一條捷徑進(jìn)入過(guò)去時(shí)光的一個(gè)方法。”

光速實(shí)際上是一個(gè)無(wú)法逾越的極限，任何物體，甚至包括信息也無(wú)法以更快的速度運(yùn)動(dòng)。所以，如果我們能夠搶先在出發(fā)地的信息到來(lái)之前到達(dá)某個(gè)地方，那我們就可以說(shuō)完成了一個(gè)進(jìn)入過(guò)去時(shí)光的旅行，這是因?yàn)槲覀儎偟侥康牡夭痪茫覀兊倪^(guò)去就會(huì)追上我們，或者更精確地說(shuō)，是我們出發(fā)時(shí)那個(gè)時(shí)刻的信息追上了我們。可是如果信息是以光速旅行，我們又能如何在它之前到達(dá)某個(gè)地點(diǎn)呢?我們走一條光不認(rèn)識(shí)的捷徑，走更短的路。這就是蟲洞的含義所在：它是聯(lián)結(jié)宇宙中兩點(diǎn)的、光無(wú)法通行的捷徑。但是人們能隨心所欲地制造蟲洞嗎?

從科學(xué)幻想到科學(xué)

在由美國(guó)天文物理學(xué)家卡爾·薩根(Carl Sagan)于上世紀(jì)80年代創(chuàng)作的小說(shuō)《接觸未來(lái)》(Contact)中，一組科學(xué)們收到了一個(gè)來(lái)自外星人更先進(jìn)文明的無(wú)線電信息，這個(gè)信息包含的內(nèi)容指導(dǎo)人類制造一臺(tái)機(jī)器，它可在地球與相距26光年的天琴座α星之間建立一個(gè)蟲洞。這部小說(shuō)后來(lái)被改編為同名電影，由朱迪-福斯特(Judy Foster)擔(dān)任主角。

在電影中，女主人公登上了一艘飛船，它被一個(gè)類似巨型離心機(jī)的渦輪吞沒(méi)，然后飛船飛速穿過(guò)一條隧道，在幾分鐘內(nèi)就來(lái)到了天琴座α星所處的銀河系中心。在小說(shuō)中，薩根并沒(méi)有進(jìn)一步描述制造那樣一條時(shí)光隧道的細(xì)節(jié)，為此他請(qǐng)教自己的朋友、加州理工學(xué)院的理論物理學(xué)家基普·索恩(Kip Thorne)，自己在小說(shuō)中關(guān)于利用蟲洞作為穿越時(shí)空捷徑的幻想是否有理論依據(jù)。在薩根科學(xué)幻想的激勵(lì)之下，索恩及其合作者們開始研究這種可聯(lián)接兩個(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)空區(qū)域的蟲洞的功能細(xì)節(jié)。最后他們成功地創(chuàng)建了蟲洞的理論模型，這些蟲洞保持開放的時(shí)間，足以讓“時(shí)光飛船”穿越它們而又不會(huì)讓其內(nèi)部巨大的重力將飛船摧毀。

需要某種能抵抗重力、保持蟲洞暢通的東西。索恩的解決辦法就是反重力，反重力物質(zhì)(廣義相對(duì)論實(shí)際上對(duì)此也有過(guò)論述)可以讓蟲洞保持暢通。索恩及其同事們創(chuàng)建的模型與眾所周知的物理學(xué)理論沒(méi)有任何對(duì)立之處，這項(xiàng)探索還引發(fā)了大量延續(xù)至今的研究。

在這些研究中就包括保羅·戴維斯的構(gòu)思，他想制造一臺(tái)能在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造蟲洞的機(jī)器，它們是進(jìn)行時(shí)間旅行所必需的通道。

時(shí)間旅行的悖論

可在過(guò)去的時(shí)光中旅行的可能性引發(fā)了一些真正的、令人著迷的、從表面上看又無(wú)法解決的矛盾。最簡(jiǎn)單的就是：一名時(shí)間旅行者回到了過(guò)去，殺死了當(dāng)時(shí)還是個(gè)女孩的親生母親，可這樣一來(lái)，他卻無(wú)法出生也就無(wú)法完成這個(gè)謀殺了。這些矛盾讓因果關(guān)系概念陷入困境，建立在因果邏輯關(guān)系上的科學(xué)也同樣難以立足。斯蒂芬·霍金以他的“時(shí)序保護(hù)臆測(cè)”給這個(gè)問(wèn)題劃上了一個(gè)句號(hào)：自然界總會(huì)找到一個(gè)阻止人們到過(guò)去的時(shí)光中去旅行的辦法。

保羅·戴維斯則相信隨后的事件可以影響先前的事件，但前提是只有那些沒(méi)有因果關(guān)系的事件之間才能形成一些閉合的時(shí)間線。比如，一位富豪的財(cái)富來(lái)自于1個(gè)世紀(jì)前幫助過(guò)他曾祖母的施恩者，他乘時(shí)光飛船到過(guò)去的時(shí)光中去尋找這位好心人，在見(jiàn)到曾祖母之后他向?qū)Ψ秸f(shuō)明自己是個(gè)時(shí)間旅行者，為使對(duì)方相信，他給曾祖母看了一張他從未來(lái)時(shí)光帶來(lái)的報(bào)紙，曾祖母看到了報(bào)紙上面的股票價(jià)格后開始投資股市并因此而給后代帶來(lái)巨大財(cái)富，富商終于明白自己就是那位施恩者。這個(gè)例子對(duì)于戴維斯來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)問(wèn)題，但弒母的那位時(shí)間旅行者帶來(lái)的難題就無(wú)法解決了，任何人都不可能殺死自己的先輩。時(shí)間旅行問(wèn)題專家大衛(wèi)·多伊奇(David Deutsch)則用量子物量學(xué)的一些定律來(lái)解答這些矛盾。在亞原子世界里，量子的不確定性占主導(dǎo)地位：一個(gè)電子撞擊一個(gè)質(zhì)子既可能轉(zhuǎn)向左邊也可能轉(zhuǎn)向右邊，其間并無(wú)規(guī)律可循。在一些物理學(xué)家看來(lái)，這種不確定性造成了宇宙的多重性，每次一個(gè)電子轉(zhuǎn)向右邊的時(shí)候就和一個(gè)轉(zhuǎn)向左邊的電子形成一個(gè)新的宇宙。在多伊奇看來(lái)，前述的矛盾可以同樣的方式來(lái)解決：如果時(shí)間旅行者干預(yù)了歷史，宇宙就會(huì)分成兩個(gè)或更多的分支，那個(gè)被殺死的母親就會(huì)到另一個(gè)平行的宇宙里，而不會(huì)進(jìn)入到弒母者歸屬的那個(gè)宇宙中。(科學(xué)世界雜志 )