看見未來 第43章 超弦時代,「蟲洞」旅行
    隱身披風和隱形傳送可能會在本世紀變成現實,時間旅行至少在幾千年後才能實現。

    蟲洞是宇宙中的隧道,它能扭曲空間,可以讓原本相隔億萬公里的地方近在咫尺。黑洞和黑洞之間也可以通過蟲洞連接,當然,它還是僅僅是一個連通的「宇宙監獄」。

    1.「隱形傳送」,四維空間裂縫

    2008年,世界高能物理和理論物理學中超弦理論的發明者之一,美國紐約城市大學物理學教授,世界著名物理學家加來道雄,在《不可能的物理學》一書中預測,隱身披風和隱形傳送可能會在本世紀變成現實,時間旅行至少在幾千年後才能實現。

    物理學家已經在進行隱形傳送的研究。這種科技主要依賴一種被稱作量子糾纏的現象,物理學家已經利用這種現象,在加那利群島上的拉帕爾瑪島和特納裡夫島之間,將一粒光子「隱形傳送」89英里。加來道雄指出,實際上並沒有將光子從一個地方轉移到另一個地方,因為這樣的話,就破壞了原物。它在另一端接收到的其實是原物的複製體,只不過帶有原物的所有信息罷了。

    在物理學上,時間被認為是除了長、寬、高之外的第四度空間。當一個人從家裡走到零售店時,他在空間的三個維度都作了位移:長度、寬度、高度。其實,也在第四維度——時間維度——進行了運動。

    物理學家發現,時空可以不是平坦的,而是彎曲的。在這種情況下,人們會十分的發現,如果恆星形成了黑洞,那麼時空在史瓦西半徑,也就是視界的地方是與原來的時空完全垂直的。在不是平坦的宇宙時空中,這種結構就以為著黑洞的視界內的部分會與宇宙的另一個部分相結合,然後在那裡產生一個洞。這個洞可以是黑洞,也可以是白洞。而這個彎曲的視界,叫史瓦西喉,也就是一種特定的蟲洞。

    美國紐約城市大學天體物理學家、《空間:我們在宇宙中的家》一書的作者查爾斯提到,時間和空間在時空四維構造中密不可分。時空可以看作是一塊四維的彈性纖維。當任何有質量的物體,以至一顆行星或其他星星,落到這塊纖維上時,它就會激起一片漣漪。這個漣漪,相當於由帶質量的物體引起的時空彎曲。時空彎曲使物體沿著一條彎曲的路線運動,空間的曲率就是人們所熟知的重力加速度。

    查爾斯指出,根據天體物理學理論進行的推測表明,對於空間上的三個維度,人們可以來去自如。但對於時間維度,人們就無法如此自由了。在四維時空中,對於時間維,人們只能向前,不可能向後倒退。從數學上講,可以說某種東西正沿著時間軸往後退。但上,無論如何,都無法回到過去。

    2.「蟲洞」連接著「黑洞」

    科學家認為蟲洞是宇宙中的隧道,它能扭曲空間,可以讓原本相隔億萬公里的地方近在咫尺。黑洞和黑洞之間也可以通過蟲洞連接,當然,它還是僅僅是一個連通的「宇宙監獄」。

    蟲洞不僅可以作為一個連接洞的工具,它還在宇宙的正常時空中出現,成為一個突然出現在宇宙中的超空間管道。蟲洞沒有視界,踏有的僅僅是一個和外界的分解面。蟲洞通過這個分解面和超空間連接,但是在這裡時空曲率不是無限大。就好比在一個在平面中一條曲線和另一條曲線相切,在蟲洞的問題中,它就好比是一個四維管道和一個三維的空間相切,在這裡時空曲率不是無限大。因而人們現在可以安全地通過蟲洞,而不被巨大的引力所摧毀。

    2008年,《多維空間》和《平行世界》作者,世界著名物理學家,美國紐約城市大學教授米奇奧·卡庫在一篇報告中指出,蟲洞連接著將來,也連接著過去,但別太樂觀了,因為供應時間機器的燃料絕不是人類目前的技術所能達到的。在時空這個物體上「鑽孔」,需要一顆星星那麼大的能量,或者相反,需要來自比「無」還要少的其他星體上的「負能量」。

    英國倫敦瑪麗皇后學院物理學教授邁克爾·格林提到,最樂觀的估計是,如果能打開這樣一個孔,就能從一個地點快速到達另一個地點,或者從一個時刻迅速趕往另一個時刻。超弦理論主張宇宙萬物都是由一連串緊密排列的微細能量組成,隨著它們不同的震動模式而衍生出不同的狀態和現象。

    世界著名天文物理學家,美國普林斯頓大學教授裡查德·格特提出,宇宙弦或者是無限長,或者是成環形,它們沒有起始點。它們就像意大利麵條那樣,或者是圍成圓形的意大利麵條。兩種弦理論是互不干涉的。由於它們都能給時空帶來巨大彎曲,因此它們在理論上都給時光旅行提供了可能性。但這是一個只有超級文明才有可能達到的目標。

    愛因斯坦曾經指出:「如果剛開始這個想法聽起來不荒謬可笑,那麼它就沒有希望變成現實。」愛因斯坦的說法為那些研究宇宙理論的科學家帶來了希望。後來他又證明了黑洞確實存在,並證明運行速度越快,時間過得越慢的觀點是正確的。

    裡查德·格特指出,人類可以在地球上看到某些短暫的宇宙粒子。對於人類來說,這些粒子的行程大約有數千年,但粒子感覺其穿越太空、到達地球的過程僅僅用了幾分鐘時間。實際上,這些宇宙粒子已經進入了未來。基於愛因斯坦的理論,可以將空間充分扭曲來製造一個局部的重力場,就如同一個能夠以任意大小呈現的炸麵包圈一樣。重力場繞著這一炸麵包圈圍成一個圓圈,這樣就使得空間和時間都能緊緊地「彎曲」到過去。儘管很難描述這一「炸麵包圈」在現實生活中的樣子,但數學公式顯示,時光機器中每一階段的時間都將在「炸麵包圈」內的某一個空間內產生。格特舉例,建造一艘宇宙飛船。以光速行駛一定的時間,然後再回到地球。當一個人走出飛船的那一刻,他可能就在一百萬年之後的地球上了,而他本人,可能才只長了一歲。這樣,去未來地球旅行的願望就實現了。

    美國哥倫比亞大學理論粒子物理教授,物理學家布萊恩·格林指出,很多人都有過時間倒退的想法,他們或者是為了與故去的親密愛人重逢,或者是希望能制止慘絕人寰的殺戮等。但是從回到過去這點上,幾乎無一成立。

    3.時間生成器,時間還原

    將時間重新恢復到某一個節點,最早還被認為是科幻小說裡才會出現的東西,今天,它已突然成為理論物理學家最關注的項目。2010年,世界物理學大師史蒂芬·霍金在英國《每日郵報》撰文預測,帶著人類飛入未來的時間機器,在理論上是可行的,所需條件包括太空中的蟲洞或速度接近光速的宇宙飛船。不過,不要搭時間機器回去看歷史。

    霍金指出,在科學界,時間旅行一度被認為是歪理邪說,但現在不同了。為了讓這一切從虛幻變成現實,人們應以物理學家的角度來重新審視時間——即第四維。這個問題沒有聽上去那麼晦澀難懂。每個人都知道,任何物體都以三維形式存在。一切物體都有寬度、高度和長度。此外,還有一種長度——時間的長度。時間機器的關鍵就是第四維。一切物體都有時間以及空間的長度。時間旅行意味著人們要經過第四維。要想搞明白這一點,可以想像自己正在從事一種日常活動,比如開車。開車沿直線行駛,是在一維中旅行。向左轉或是向右轉,則是二維旅行。驅車上下山路意味著又多增加了高度,所以是在三維空間內。那麼怎樣才能實現時間旅行?怎樣才能發現穿越第四維的通道呢?

    蟲洞是穿越第四維的通道,蟲洞就在人們周圍,只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫,這種基本規律同樣適用於時間。時間也有細微的裂縫和空隙,比分子、原子還要小的空隙被稱作「量子泡沫」,而蟲洞就存在於「量子泡沫」中。

    有朝一日,人類也許能夠捕獲某一個蟲洞,將它放大到足以使人類甚至宇宙飛船從中穿過。時間就像是一條河流,在不同的地段會有不同的流速,而這正是實現通往未來之旅的關鍵。比整個銀河系還要重的超大黑洞可以更明顯地降低時間流逝的速度。這種超大黑洞就像是一部天然的時間機器。如果一艘宇宙飛船進入超大黑洞,在超大黑洞內執行5年任務,返回地球時會發現已過去了10年。

    如果人們想踏上未來之旅,那麼速度必須快。如果能夠建造出速度接近光速的宇宙飛船,那麼宇宙飛船必然會因為不能違反光速最快的法則,而致使艙內的時間放慢。在太空飛行數年後飛船將到達其最高速度——相當於光速的99%。在這一速度下,在船上待一天,就意味著在地球上度過一年。船上的乘客就是變相飛向未來,作出名副其實的時間旅行。從理論上講,蟲洞或時光隧道不僅僅能把人們帶到別的星球。如果兩端在同一個地方,且由時間而非距離分離,在遙遠的過去,飛船就能在地球附近自由出入,或許恐龍會看到飛船登陸。

    但霍金同時提出一個「瘋狂科學家」悖論:一個科學家在建造蟲洞——僅需一分鐘就來到過去,通過蟲洞,科學家可以看到一分鐘前的自己。如果這位科學家利用蟲洞向以前的自己開槍,會發生什麼?他現在已經一命嗚呼。那又是誰開的槍呢?這便是悖論。這種時間機器會違反整個宇宙所遵循的基本規則。據此,霍金認為任何通過蟲洞和其他方式回到過去的時間旅行或許都是不可能的。但這並不意味著所有的時間旅行不可行。他對時間旅行深信不疑,對通向未來的時間旅行更是如此。

    2010年7月,美國麻省理工學院的物理學家發佈了一份報告:量子態隱形傳輸會決定此人在時間旅行中「有所為」且「有所不為」,即使重返歷史之旅能夠實現,人們也不可能改變歷史。新理論的關鍵是封閉類時曲線這一概念,封閉類時曲線就像一個封閉的時間圓環,出發後還會返回到起始時間點。量子態隱形傳輸就是遠距離傳輸,是在無比奇特的量子世界裡,量子呈現的「糾纏」運動狀態。該狀態的光子如同有「心電感應」,能使需要傳輸的量子態「超時空穿越」,在一個地方神秘消失,不需要任何載體的攜帶,又在另一個地方瞬間出現。在「超時空穿越」中它傳輸的不再是經典信息,而是量子態攜帶的量子信息,這些量子信息是未來量子通信網絡的組成要素。研究人員指出,「量子態隱形傳輸」與「後選擇」模型疊加的P-CTCs形式下,量子的表現可看作是量子所做的一種時間旅行,同時,這一現象也會發生在任何一個常規量子力學實踐中,進一步為經典的「祖父悖論」提供了「首尾必相一致」的論斷,理論上使時間機器可邁出「祖父悖論」的夢魘。

    美國麻省理工大學物理學家羅埃德指出,「後選擇模型」,即允許人回溯過去時空,但禁止一切干預歷史的行為。如果能到過去去旅行,你不能對歷史做出任何改變。羅埃德又展示了一項採用光子進行基於「後選擇模型」的實驗。此項實驗旨在模擬穿越時空的奇特路徑:封閉時間狀曲線(CTCs),它們可以攜帶任何東西一起回到過去再送回現在。這個奇異路徑就是一個人回到過去又回到現在,在時間上形成的一個閉合路徑。這種閉合路徑就像一個封閉的時間圓環,出發後還會返回到起始時間點。

    科學家正在設計各種各樣的與時間相關聯的機器,最主要的一種就是歐洲的大型強子對撞機,2010年3月,項目投資約合56億美元歐洲大型強子對撞機項目實施迄今最高能量的質子束對撞實驗,隨著大型強子對撞機質子束流以比此前粒子加速器所獲得的高出3.5倍的能量實現首輪對撞,全球粒子物理學家正在期盼著物理學新領域內可能到來的偉大成果。

    該項目位於日內瓦附近瑞士和法國交界地區地下100米深處、總長約合27公里的環形隧道內,建造用以尋找暗物質、反物質等現象,最終揭開宇宙形成之謎。

    斯捷克洛夫物理和數學研究所的科學家伊麗·阿雷菲耶娃和伊戈爾·沃洛維奇指出,時間旅行符合現代理論數學物理的原理,而當高能量的粒子相撞時,就有可能促使『蟲洞』出現。物理學中這種現象被稱為『像曲線一樣封閉的時間』,它起碼從理論上允許人們回到過去,在人們的傳統觀念中,時間是一條直線,只能向前,不能回頭。

    【本章專家】

    阿爾文·托夫勒世界最著名未來學家

    斯圖亞特·皮姆美國杜克大學生物多樣性專家

    林克萊特英國科學家

    西恩·索斯塔克美國太空智能探索研究所天文學家

    彼得·沃德美國華盛頓大學古生物學家

    威爾森美國哈佛生物學家

    道格·迪克遜英國地質學家

    史蒂夫·斯坦利美國約翰·霍普金斯大學地理生物學家

    艾倫·韋斯曼美國亞利桑那大學教授

    斯蒂夫·瓊斯英國倫敦大學教授

    布魯克斯美國麻省理工大學教授

    保羅·薩弗美國斯坦福大學學者
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