霍金遗作解读:时间旅行可行吗?

2018年11月10日 13:34 次阅读 稿源:凤凰网科技 条评论

据《每日邮报》北京时间11月10日报道,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在其遗作《大问题的简答》(Brief Answers to the Big Questions)一书中称,“如果有人申请科研基金研究时间旅行,这样的申请应当被立即驳回。”

霍金是对的。

霍金认为,我们目前的知识不能排除时间旅行,这表明他对时间旅行的态度似乎是谨慎乐观的。

那么问题来了:我们目前不能打造时间机器,但未来可以吗?

我们先从日常生活经验开始谈起。我们对给无论身在何地的亲朋好友打电话都已经习以为常。

包含他们声音和图像的信号传输速度非常快,但我们收到信号仍然需要一定时间。

我们无法知道一个身在远方的人的“现在”,是爱因斯坦时空理论的核心。

光速

光速是信号可以传输的最快速度,也对我们了解宇宙中事件的速度形成了一个基本的约束。

这也导致了因果关系——效果总是出现在起因之后。在时间旅行这个问题中,这是一个重要的理论基础。

人要穿越回去,阻止自己出生的事件,是将效果(人)放在起因(自己出生)之前。

根据爱因斯坦的相对论,物体运动速度越快,时间就会越慢。

如果物体以光速运动,时间似乎就冻结了,但对于该物体而言,其他物体的时间都在快速流逝。

那么,如果我们的运动速度比光速还快,时间会像科幻小说中那样倒流吗?

令人遗憾的是,把人运动的速度加速到光速,需要极大的能量,更不用说超越光速了。但即使我们可以以超过光速的速度运动,时间也不会简单地倒退。相反,届时谈论时间前进和倒退根本就没有意义。

这违背了因果定律,因果概念也失去了意义。

虫洞

爱因斯坦的理论还表明,引力是质量扭曲空间和时间的结果。空间区域的质量越大,时空扭曲得就越严重,附近的时间就越慢。

如果质量足够大,时空扭曲的程度很大,即使光线也不能逃脱其引力,就形成了黑洞。

在靠近黑洞边缘——事件视界的地方,时间与远离它的其他地方相比将无限地慢。

那么,我们能否以恰当的方式扭曲时空,使时间倒流呢?

答案是:可能。我们需要的扭曲是一个可穿越的虫洞。但我们还需要产生负能量密度区域来使它保持稳定,十九世纪的经典物理学认为这是不可能的。

霍金利用量子理论来说明这一问题。量子理论是物理学的一个分支,在亚原子水平上探索宇宙奥秘。

根据量子力学,空的空间区域并非是空无一物,而是存在瞬间存在、瞬间消失的粒子对。

如果我们可以建立一个瞬间存在、瞬间消失的粒子对数量比其他区域少的区域,那么该区域将具有负能量密度。

然而,找到一种能统一量子力学与爱因斯坦引力理论的理论,仍然是理论物理学领域最大的挑战之一。

一种可能统一量子力学与爱因斯坦引力理论的理论是弦理论,或许会提供另外一种可能性。

弦理论要求时空有11个维度:物体运动的时间和三维空间,以及另外七个维度。我们可以使用这些额外的空间维度来缩短空间和时间吗?至少霍金认为是有希望的。

保存历史

那么时间旅行真的可能吗?我们目前的理解不能排除它,但答案可能是否定的。

尽管态度乐观,但霍金意识到,尚未发现的物理理论有朝一日会取代爱因斯坦的理论,它可能使得像你、我这样的大型物体,不能在时间中随意跃迁。

我们把这一观点称作“时序保护猜想”。

无论人类未来是否会开发出时间机器,我们都知道,当我们爬山或乘坐汽车飞速前进时,时间发生了变化,这足以令人欣慰。

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