霍 金 著 任秋凌 譯

如何建造一臺(tái)時(shí)間機(jī)器？（上）

霍 金 著 任秋凌 譯

尋找穿越第四維的通道

大家好，我是斯蒂芬·霍金，是物理學(xué)家、宇宙學(xué)家及夢想家，盡管身體不能活動(dòng)，只能通過電腦與大家交流，但在內(nèi)心中我是自由的，自由地探索宇宙，思考以下重大問題：時(shí)間旅行是否可行？能否打開一個(gè)回到過去的通道，或找到通向未來的捷徑？我們最終能否利用自然規(guī)律成為掌控時(shí)間的主人？

在科學(xué)界，時(shí)間旅行一度被認(rèn)為是歪理邪說。過去因?yàn)閾?dān)心有人會(huì)把怪人的標(biāo)簽貼在自己身上，我對(duì)這個(gè)問題常常避而不談。但現(xiàn)在，我不再那么謹(jǐn)小慎微了。事實(shí)上，我更像是建造了巨石陣的那些人。我對(duì)時(shí)間癡迷已久，如果有一臺(tái)時(shí)間機(jī)器，我會(huì)去拜訪風(fēng)華正茂的瑪麗蓮·夢露，或是造訪將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向宇宙的伽利略。或許，我還會(huì)走到宇宙的盡頭，破解整個(gè)宇宙湮滅之謎。

為了讓這一切從虛幻變成現(xiàn)實(shí)，我們應(yīng)以物理學(xué)家的角度來重新審視時(shí)間——即第四維。這個(gè)問題沒有聽上去那么晦澀難懂。每個(gè)好學(xué)的孩子都知道，任何物體都以三維形式存在，包括坐在輪椅上的我。一切物體都有寬度、高度和長度。還有一種長度——時(shí)間的長度。

一切物體都有時(shí)間以及空間的長度，時(shí)間旅行意味著我們要經(jīng)過第四維。要想搞明白這一點(diǎn)，我們可以想象正在從事一種日?；顒?dòng)，比如開車。開車沿直線行駛，是在一維中旅行；向左轉(zhuǎn)或是向右轉(zhuǎn)，則是二維旅行；驅(qū)車上下山意味著又多增加了高度，所以是在三維空間內(nèi)。

無處不在的蟲洞

讓我們暫時(shí)從科幻電影中尋找答案吧。在此類電影中，通常會(huì)有一臺(tái)巨大而高能耗的時(shí)間機(jī)器，這臺(tái)機(jī)器產(chǎn)生通往第四維的通道——時(shí)間隧道。時(shí)間旅行者——勇敢但可能有些魯莽的人，做好我們大家所知道的準(zhǔn)備，然后走進(jìn)時(shí)間隧道，來到一個(gè)他們想要到達(dá)的時(shí)間里。

物理學(xué)家也在思考時(shí)間隧道，但我們的角度不同，我們想搞清過去或未來的通道是否存在于自然規(guī)律中。我們認(rèn)為確實(shí)是這樣的，而且，我們還給它們起了一個(gè)名字：蟲洞。其實(shí)，蟲洞無處不在，只是因?yàn)樘?，我們?nèi)庋劭床坏搅T了。蟲洞非常小，存在于時(shí)空的隱蔽處和縫隙里。你或許認(rèn)為這是一個(gè)難以理解的概念，請(qǐng)耐心聽我繼續(xù)解釋吧。

任何物質(zhì)都不是平整無暇和實(shí)心的，如果仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們上面都存在小孔和裂縫，這是一個(gè)基本的物理原理，同樣適用于時(shí)間。即便是像臺(tái)球一樣的東西，上面也有裂縫、褶皺或空洞。現(xiàn)在，大家很容易明白這種情況也存在于三維中。相信我，這一原理同樣適用于第四維，時(shí)間也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小，我們來到一個(gè)被稱為量子泡沫的地方，這便是蟲洞存在之處。

時(shí)空中的微小隧道或捷徑不停地在這個(gè)量子世界中形成、消失和重新形成，它們可以連接兩個(gè)隔離的空間以及兩個(gè)不同的時(shí)間。不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中這種時(shí)間隧道非常狹小，即使發(fā)現(xiàn)了它們，我們也不能從這個(gè)縫隙穿過——可這正是“蟲洞時(shí)間機(jī)器”概念的前進(jìn)方向。

如果我們擁有足夠的能量和先進(jìn)的技術(shù)，將來或許能在太空中建造一個(gè)巨型蟲洞。我并不是說一定可以做到，但如果真的有這種裝置，那么確實(shí)很了不起。一端在地球的附近，另一端則在遙遠(yuǎn)的星球附近。

從理論上講，蟲洞或時(shí)間隧道不僅僅能把我們帶到別的星球。如果兩端在同一個(gè)地方，經(jīng)由時(shí)間而非空間分離，在遙遠(yuǎn)的過去，飛船就能在地球附近自由出入?；蛟S，恐龍會(huì)看到飛船登陸的場景。

瘋狂科學(xué)家悖論

如今，我意識(shí)到以四維方式思考并不容易，蟲洞是一個(gè)令你絞盡腦汁的概念。我一直想做一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，揭示人類通過蟲洞的時(shí)間旅行是否可行，或是現(xiàn)在，或是未來，我喜歡簡單的實(shí)驗(yàn)和成功后的香檳酒。所以，我將自己最喜歡的兩件事情結(jié)合起來，探討時(shí)間旅行是否可行。讓我們?cè)O(shè)想一下這樣的場景，我參加一個(gè)為未來旅行者舉辦的歡迎宴會(huì)。

由于出現(xiàn)意外，我沒有讓別人知道，直至歡迎宴會(huì)結(jié)束以后。我寫好了邀請(qǐng)函，注明了準(zhǔn)確的時(shí)間和空間坐標(biāo)。我希望它能以這樣或那樣的形式存在數(shù)千年?；蛟S，未來的一天有人會(huì)發(fā)現(xiàn)邀請(qǐng)函上的信息，利用蟲洞時(shí)間機(jī)器來到我的宴會(huì)，證明時(shí)間旅行將來是可行的。

與此同時(shí)，時(shí)間旅行貴賓應(yīng)該隨時(shí)會(huì)降臨。但就在我說話的工夫，仍沒有人到來，真是慚愧。我希望至少未來的“環(huán)球小姐”能踏進(jìn)這扇門。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為何不奏效？一個(gè)原因可能是回到過去的時(shí)間旅行所存在的問題——我們稱之為悖論，一個(gè)眾所周知的問題。探討悖論是一件很有趣的事情，最著名的悖論通常被稱為“祖父悖論”。

我有一個(gè)新的簡化版本——“瘋狂科學(xué)家悖論”。這個(gè)家伙決心建立一個(gè)悖論，即便付出生命代價(jià)在所不惜。可以想見，他是在建造蟲洞。

如果這位科學(xué)家利用蟲洞向以前的自我開槍，會(huì)發(fā)生什么事情？他現(xiàn)在已經(jīng)一命嗚呼。那又是誰開的槍呢？這便是一個(gè)悖論，聽上去毫無意義，但這卻是那種讓宇宙學(xué)家做噩夢的狀況。這種時(shí)間機(jī)器會(huì)違反整個(gè)宇宙所遵循的基本規(guī)則。我認(rèn)為一切皆有可能。如果真是如此，那么就沒有任何辦法阻止整個(gè)宇宙陷入混亂。所以，我認(rèn)為有些事情總會(huì)發(fā)生以阻止這種悖論。

探索通向未來的“鑰匙”

在某種程度上，這或許是科學(xué)家永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)現(xiàn)他面臨向自己開槍境地的原因。在這種情況下，我只能遺憾地告訴大家，蟲洞本身就是一個(gè)問題。最后，我認(rèn)為像這樣的蟲洞不能存在，原因就是反饋。如果你有到搖滾演唱會(huì)現(xiàn)場觀看演出的經(jīng)歷，你可能會(huì)辨別出這種尖利的噪音。這就是反饋，引起反饋的原因很簡單：聲音進(jìn)入麥克風(fēng)，通過電線傳播，經(jīng)由擴(kuò)音器令其放大，在一個(gè)回路內(nèi)繞來繞去，每次令聲音比上一次更大。如果沒人阻止，反饋能夠破壞音響系統(tǒng)。

蟲洞也會(huì)遇到這種問題，只不過聲音換成了輻射。一旦蟲洞變大，大自然的輻射物會(huì)進(jìn)入，最終形成一個(gè)回路。反饋?zhàn)兊萌绱藦?qiáng)勁，最終摧毀蟲洞。任何通過蟲洞和其他方式回到過去的時(shí)間旅行或許都是不可能的，否則，悖論就會(huì)出現(xiàn)。

因此，遺憾的是，回到過去的時(shí)間旅行應(yīng)該永遠(yuǎn)不會(huì)上演。對(duì)于尋找恐龍的人來說，這會(huì)令他們大失所望，但對(duì)于歷史學(xué)家而言，他們可以徹底解脫。

故事到此并未結(jié)束。這并沒有使所有的時(shí)間旅行不可行。我確實(shí)對(duì)時(shí)間旅行深信不疑，對(duì)通向未來的時(shí)間旅行更是如此。時(shí)間就像河流，我們每一個(gè)人仿佛被時(shí)光的流動(dòng)無情地卷走，只不過時(shí)光是另一種形式的河流——以不同速度、在不同地點(diǎn)流動(dòng)，這是通向未來的“鑰匙”。

百余年前，愛因斯坦最早提出了這一概念。他認(rèn)為，世界上應(yīng)該存在讓時(shí)間慢下來的地方，以及讓時(shí)間加速的地方。他絕對(duì)是正確的，證據(jù)恰恰就在我們的頭頂。這便是全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS。一個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)正在地球周圍軌道運(yùn)行，它們使得衛(wèi)星導(dǎo)航成為可能，同時(shí)還表明時(shí)間在太空的運(yùn)行速度快于在地球上。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須為此做出矯正，否則，微小的差異就會(huì)擾亂整個(gè)系統(tǒng)，令地球上所有的全球定位系統(tǒng)每天都會(huì)出現(xiàn)大約9700米的誤差。你可以想象由此造成的后果。鐘表并不存在這樣的問題，走得快是因?yàn)闀r(shí)間在太空比在地球運(yùn)行快。造成這種非同尋常影響的原因是地球的質(zhì)量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)會(huì)減緩時(shí)間運(yùn)行速度，就像是河的下游一樣。物體越重，對(duì)時(shí)間的阻力越大。這種驚人的事實(shí)為通向未來的時(shí)間旅行開啟了大門。（待續(xù)）