有時,它如離弦之箭;有時,它像老牛拉破車;有時,它又好似蝸牛般爬行。我們惜時如金,我們又隨意拋撒,但我們總是希望更多地擁有它。對我們來說,時間是那樣自然,以至于很容易使人忘記。實際上,它是多么奇特,奇特得簡直令人震驚。
我們對時間了解得越多,就越是對它感到焦躁不安,就像一團亂麻,剪不斷,理還亂。為什么它只往一個方向流動?它是真實的存在,抑或只是我們想象中的幻覺?時間旅行有可能嗎?它是怎樣開始的?它會結束嗎?它能夠提供晦澀難懂的萬物至理嗎? 時間為何物? 時間是什么?正是這個問題,一直困擾著從古代哲學家到啟蒙運動以及之后的許多科學家。然而,歷經幾千年的思索和科學進步,人們對有關時間的屬性仍未達成共識。我們能夠認識時間卻不理解時間,甚至在調查時間的方法上,都還存在嚴重的分歧。
時間之謎
人類全部歷史證明,設計出精確的歷法和時鐘以測定時間的流動,是一項既艱難又曠日持久的智力探索。許許多多年來,人們根據天體的運動和季節(jié)的變化編制過多種歷法:蘇美爾人將一年分為360天,每年有12個太陽月,每月30天;埃及人則把一年延續(xù)到365天;后來羅馬人又做了些改期動,加上教皇格雷果里十三世于1582年精心的改進,才有了今天的格雷果里歷法,其3323年的誤差還不足一天。
在早期人類社會里,人們出于與我們現在同樣的目的——知道自己何時身居何地,將日又分成更小的時間單位,毫無疑問,白天頭頂上的太陽就是人類最早的計時器,繼之人們是靠插在地上的棍棒投下的影子來計時的,直立的棍棒成了原始的日晷儀。
時間的兩個概念
時間同人們日常生活密不可分。從天文學角度來講,時間主要有兩個不同的概念:“時刻”與“間隔”。
“時刻”就是某事發(fā)生在什么時候,即在某年某月某日的某時刻;“間隔”就是發(fā)生這兩件事之間的時間間隔有多少年、多少天等等。
普通人對時刻和時間間隔的精度要求不高,準確到分鐘,最多到秒就夠了??墒窃谏a和科學實驗中,既需要非常精確的時刻和時間間隔,又需要很長的時間標準,于是就帶來了新的問題:如何來建立——
時間的精確標準
從古代起就很自然選擇了天(日)為時間間隔標準,最初以太陽升到最高點(日影最短)為中午,連續(xù)兩次中午之間的時間間隔為1日,叫太陽日。后發(fā)現太陽日的長度在變化,就用某恒星連續(xù)兩次經過子午圈的時間作為1日,稱為恒星日。它比太陽日均勻多了,再按一定比例折算為太陽日,稱為平太陽日;相應的時間系統就稱為平太陽時,也就是世界時(UT)。這實際上是以地球自轉周期作為時間間隔標準;如果地球自轉是絕對穩(wěn)定的,那就沒有問題??墒请S著授時工具(鐘)的不斷改進,在20世紀初期就從天文觀測中發(fā)現地球自轉周期不夠穩(wěn)定。
自1960年起,科學家開始用原子鐘來記錄時間。后來發(fā)現以銫原子的同位素制造的原子鐘穩(wěn)定性最好。據說現在最精確的鐘表是氫原子鐘。其精度為1千萬年誤差1秒鐘,非常精確。銫原子鐘的精度為約162000年相差1秒鐘,雖然從精度上來說不如氫原子鐘,但就實用和商業(yè)角度而言,銫原子鐘已成為世界各國的鐘表標準器。
原子鐘也不斷在改進,但不會是絕對穩(wěn)定的,因此還要尋找更穩(wěn)定精確的時間標準。1982年,發(fā)現了第一顆毫秒脈沖星,即快速自轉的中子星,其自轉周期為毫秒量級或更短。經初步研究后發(fā)現它們的自轉周期非常穩(wěn)定,其穩(wěn)定程度可達到原子鐘水平;于是幾年后就有人提出是否可考慮建立以毫秒脈沖星作為時間計量的新標準??茖W家們一面尋找更多更穩(wěn)定的新毫秒脈沖星,一面建立實現用脈沖星計時的理論和技術。20年來已取得了很大進展。已發(fā)現幾十顆毫秒脈沖星,其中穩(wěn)定度很高的十幾顆,可以考慮作為脈沖星計時的候選對象,但是要實現脈沖星計時,現在還不成熟。
時間和空間關系如何
從物理學上來講,時間是與空間、物質緊密相聯的。時間是物質的一個特性,也是所有物質的一個共性。所有的空間、物質、能量都離不開時間,沒有物質、能量、空間、運動,也就沒有時間。
牛頓和以前的大多數科學家,都認為時間是絕對的,像一條均勻流淌著的長河。除太陽系中的行星等繞太陽轉動外,遙遠的恒星均勻靜止地分布在無限平直的空間中,這就是牛頓等人的宇宙觀。但理論上的研究和實際觀測很快否定了這種觀點。牛頓自己就是引力的發(fā)現者。恒星在相互引力作用下,不可能靜止;隨著恒星位置觀測精度的提高,發(fā)現恒星也在運動(在天球上的移動稱為自行)。星團、星系的發(fā)現,說明恒星不是均勻分布的。
19世紀末正式出現時間和空間結合的四維時空觀,即其中三維是空間,一維是時間;1905年愛因斯坦的狹義相對論,正式提出時間的相對性,即兩個不同運動速度的參考系中,時間快慢不同,并經實驗證實。1915年,愛因斯坦在所提出的廣義相對論中,進一步發(fā)揮了時間的相對性原理。存在引力場時,四維時空不再是平直的歐幾里得空間,而是彎曲的黎曼空間。在此黎曼空間中的時間不僅同運動有關,也同在引力場中的位置有關。
時間是否有起點和終點
時間既然同空間和運動以及引力場有關,那時間是否有起點或終點?時間是否會倒轉?這些問題要從整個宇宙的演化談起。
經過多年的觀測和討論,科學家們到20世紀后半葉,才大致傾向于認為:我們所看到的宇宙起源于一次大爆炸,由此產生極高溫度和密度,然后迅速膨脹,溫度和密度逐漸降低,逐步出現介子、中子等;當溫度降到100萬K時出現輕的原子核,再逐步出現化學元素;一直降到絕對溫度4000K左右,星云、恒星、星系等才相繼形成。
這種大爆炸膨脹宇宙學有一定的觀測根據。首先是在1929年,美國天文學家哈勃觀測星系的光譜,發(fā)現其中譜線不在標準位置,而是所有譜線都向紅色一端移動,這種現象簡稱為“紅移”。按物理學中的有關原理,紅移表明此星系在遠離我們而去,而且紅移大小與遠離速度成正比。哈勃還將已知距離的星系同紅移大小比較,發(fā)現星系的距離與其紅移也成比例。說明越遠的星系,遠離我們的速度越大。這就是著名的哈勃定律。經過幾十年的大量星系和類星體的觀測研究,證實了哈勃定律是正確的,并作為宇宙正在膨脹的證據。
科學家們根據廣義相對論原理,建立了大爆炸膨脹宇宙的理論模型和相應的宇宙動力學。理論計算結果,在100多億年前,宇宙大爆炸開始的瞬間,是宇宙動力學的一個起點;那時四維時空宇宙是一個點,就是宇宙誕生之時,也就是時間的起點。在此之前,無法定義時間。幾十年來,很多科學家從理論和觀測兩方面試圖來確定宇宙年齡。首先,宇宙年齡肯定比任何一種天體的年齡大。現在所知年齡最大的是球狀星團,其中最老的球狀星團年齡為150億年,這應該是宇宙年齡的一個下限。
另外,宇宙由于自身的引力,膨脹的速度一定在不斷減慢,故若用現在觀測到的速度值反推到誕生時所需的時間,一定比宇宙的實際年齡大,是一個上限。由于計算宇宙膨脹速度值需要大量的遙遠天體觀測資料,多年來所得結果各不相同,直到2002年才得到公認結果:出乎大家意料,這個上限值是138億年!這個矛盾最近用宇宙膨脹速度在加快來解釋,而加快的原因是存在暗能量,這也是一個謎,有待進一步研究。
時間是否有終點?按照廣義相對論的理論模型,我們現在的宇宙四維時空有界而無邊。但繼續(xù)膨脹下去,結果如何?目前尚無定論。如果繼續(xù)無限膨脹,則時間沒有終點;也有可能膨脹到一定時間,再不斷收縮,甚至坍縮到一點,那時也就是時間的終點。這僅是一種可能性,要根據今后觀測資料定出的宇宙動力學常數來確定。
關于時間倒轉問題,現在純粹是理論上的討論。在量子宇宙學中,對于非常特殊的邊界條件,有所謂“蟲洞”解;相當于時間隧道,似乎穿過蟲洞,可以進入過去的世界。這在一些科幻小說和影視作品中多有描述,但在現實宇宙中是否存在,無法肯定。
無論時間是什么,人類已把它看作自己生活中的一部分,它的影響是如此深遠以致呈現出它的全部意義。我們用自己創(chuàng)造的鐘表和日期指導自己的生活,是否因此成了時間的奴隸?哈佛大學計時歷史學家戴維·蘭德斯并不這么認為,他說:“時鐘告訴人們哪些時間屬于雇主,哪些時間屬于自己。今天,工作人員確確實實比以往任何時候都更有空閑了。沒有鐘表,就不會有現代世界。其實時間就是錯綜復雜、高度協調的現代社會與只能模模糊糊感到時間存在的原始社會之間的差異。如今,我們能最大限度地把握時間,然而最為重要的是在于我們怎么理解它?!?/p>
撲朔迷離的時光倒流現象
相信許多人在欣賞美國影片《回到1872年》之余,為主人公不惜生命代價,回到過去拯救芝加哥市民的義舉而擊節(jié)贊嘆時,總以為這是藝術家的虛構。因為孔子早就有過“逝者如斯夫”的名言,時光匆匆,怎能倒流?
然而,大千世界創(chuàng)造的奇跡卻又明白無誤地告訴我們,在20世紀,時光倒流竟不可思議地發(fā)生了。
意大利客機的空中歷險
1994年初,一架意大利客機在非洲海岸上空飛行。突然,客機從控制室的雷達屏幕上消失了。正當地面上的機場工作人員焦急萬分之際,客機又在原來的空域出現,雷達又追蹤到了客機的訊號。
最后,這架客機安全降落在意大利境內的機場。然而,客機上的機組人員和315名乘客,并不知道他們曾經“失蹤”過。
機長巴達里疑惑不解地說:“我們的班機由馬尼拉起飛后,一直都很平穩(wěn),沒有任何意外發(fā)生,但控制室竟說失去班機的蹤影,實在有點不尋常?!?/p>
不過,事實卻不容爭辯:到達機場時,每個乘客的手表都慢了20分鐘。無獨有偶,據資料記載,1970年也發(fā)生過類似的奇聞。當時,一架727噴氣客機在飛往美國邁阿密國際機場的旅途中,也無故“失蹤”了10分鐘。10分鐘以后,客機也在原來的地方出現,接著,安全飛抵目的地??蜋C上的所有人也都不知道發(fā)生了什么事,而最終使他們相信的理由也是因為所有的手表都慢了10分鐘。對此現象,專家們認為唯一的解釋是:在“失蹤”的一剎那,時間“靜止”不動了,或者說出現了時光倒流。
現代銀幣進入古代廟宇
就在意大利客機空中歷險的同一年,媒體又披露了發(fā)生在埃及的時光倒流4000年的奇聞:一枚尚未發(fā)行的現代銀幣,被深藏在一座太陽神廟的地底下。
當時,一個由法國考古學家組成的考古工作隊,來到尼羅河畔最早出現人類活動的地區(qū)進行科學考察。他們發(fā)現了一座太陽神廟,距今已有4000年的歷史。
由于人跡罕至,廟宇早已傾塌,僅是廢墟一座,故而顯得十分荒涼、破敗。當考古學家在對廢墟進行發(fā)掘時,在一塊古老的石碑下,發(fā)現了一枚深埋在地下的銀幣。奇怪的是,這不是一枚古埃及銀幣,而是一枚美國銀幣;更加奇怪的是,這又不是一枚美國古銀幣,而是一枚現代銀幣。最不可思議的是:這是一枚已經鑄造好的面值25美分的銀幣,準備在1997年才進入市場流通,尚在美國金庫中“留守”的美國的現代銀幣,為何“跑到”4000年前的古埃及廟宇中?科學家們百思不得其解。
“目睹”金字塔的建造
隨著前蘇聯的解體,一些機密文件不斷面世,科學家查閱到其中也有時光倒流的內容。那是在1971年8月的一天,前蘇聯飛行員亞歷山大·斯諾夫駕駛米格21型飛機在做例行飛行時,無意中“闖入”了古埃及。于是,他看到了金字塔建造的場面:在一望無際的荒漠中,一座金字塔巍然矗立,而另一座金字塔剛剛奠起塔基……
美國飛行員進入中世紀
1986年,一位美國飛行員駕駛SR71型高空偵察機飛越佛羅里達州中心城區(qū)時,突破“時空屏障”,來到了中世紀的歐洲上空。他在遞交給軍方有關部門的報告中這樣說,飛機掠過樹梢,可以感受到巨大的篝火發(fā)出的熱浪,成堆的尸體令人觸目驚心。專家們調查后指出:這位空軍飛行員看到的是歐洲歷史上發(fā)生著名的“黑死病”的情景。由鼠疫引發(fā)的瘟疫波及整個歐洲大陸,成千上萬的人倒斃街頭,是一場名副其實的災難。
絕密報告來自北約
如果說上述因時光倒流而回到從前只是偶然發(fā)生就并不稀奇,甚至令人懷疑。蹊蹺的是,物理學家馬西教授也向世人展示了來自北約的絕密報告,報告中所描述的事實,同樣令人匪夷所思:1982年,一位北約飛行員在一次從北歐起飛的飛行訓練中,他的視野里,竟然出現了數百只恐龍,飛機竟然來到了史前非洲大陸。一位北約飛行員在飛行途中,“誤入”第二次世界大戰(zhàn)時期的德國戰(zhàn)場。盟軍和德軍戰(zhàn)機的飛行員都看見了他,他也看見了他們,僅僅1分鐘后,他又回到了現實。
時光可以倒流嗎?
從實際上說,人類的智慧尚不足以阻擋時間的飛進;而從理論上來說,時光倒流,回到從前絕非不可能。美國物理學家福特和羅曼認為,愛因斯坦的相對論并沒有嚴格排除快于光速的旅行或時光旅行。時光旅行須具備兩大條件,即“蟲孔”和“負面能源”。宇宙間不同的時間和空間通過“蟲孔”可以互通?!柏撁婺茉础笨梢钥咕艿匦囊?,用來打開“蟲孔”,穩(wěn)定“時光隧道”。牛津大學理論物理學教授強森也相信有朝一日,人類將能夠遨游宇宙,縱橫古今。
塔弗茲大學的福特教授說,“回到過去”從邏輯上就有問題:電影里面,回到祖父母未曾謀面的時代,孫子“阻撓”他們見面,就不會有父母產生,當然孫子“主角”就更不可能誕生了。
不過,“可能派”提出妙論說,來到“過去”的人無法像電影那位孫子想阻撓或干預過去已經發(fā)生的事,“時光旅客”只能觀看,不能動手改變過去,這就沒有邏輯問題了。
檔案中的“時光倒流”
南極上空的迷霧:時光倒流三十年
美國物理學家馬瑞安·麥克林告訴研究員們注意觀察1月27日南極洲上空的那些不斷旋轉的灰白色的煙霧。
最初,他們認為這些只是普通的沙暴。但是這些灰白色的煙霧并沒有隨著時間的進程而改變形狀,也沒有移動。研究人員決定認真研究這種現象。他們發(fā)射了一個氣象氣球,氣球上裝備了測定風速、溫度和大氣濕度的儀器。然而,一經發(fā)射,這個氣球就急速地上升,很快就消失了。
過了一會,研究人員利用拴在氣球上的繩子收回了這個氣球。但是,讓他們感到震驚的是,這個氣球的計時器顯示的時間是1965年1月27日,正好提前了30年!在確認氣球上的儀器沒有損壞后,研究人員又進行了幾次同樣的試驗。但每次都表明時間倒退了,計時器顯示的是過去的時間。這個現象被稱作“時間之門”。研究人員向白宮做了匯報。
現在,針對這些不同尋常的現象所作的研究仍在進行著。人們推測南極洲上空的那個不停旋轉的空間是一個可以通往其他時代的通道。而且把人送往其他時代的研究項目也已經開始。美國中央情報局和聯邦調查局正在為這個可能會改變歷史進程的研究項目的控制權而展開激烈的爭奪。目前尚不清楚美國當局會在什么時候批準這項試驗。
密林中的秘密試驗:時間機器加速前進
著名的俄羅斯科學家內克雷·克茲列夫實施了一項試驗來證明從將來返回到過去是可能的。他通過假設及時的信息可以通過時間的物理特性進行傳送來證明他的觀點。內克雷·克茲列夫甚至假定,“時間可以完成工作并且能夠產生能量”。一位美國物理學家也得出了這樣的結論,時間在這個世界出現之前就已經存在了。
眾所周知,我們每個人在不同的情況下對時間進程會有不同的感覺。曾經有一次,閃電擊中了一位爬山者。后來這位登山者告訴別人,他看見閃電進入了他的胳膊,并且沿著胳膊緩慢移動;閃電把他的皮膚和組織分開了,使他的細胞碳化。他覺得那種刺痛的感覺就好像是在皮膚下面有無數個刺猬在刺自己。
俄羅斯的蓋納迪·比利莫夫是一名反?,F象研究員、哲學家,寫過大量的專著。他在報紙上發(fā)表了論文《時間機器:加速前進》。他描述了在瓦蒂姆·車諾布羅夫領導下,一些熱衷于時間研究的人所負責實施的唯一一次試驗。瓦蒂姆·車諾布羅夫早在1987年的時候,就開始利用地磁泵來制作時間機器?,F在,這些研究人員可以通過對磁場施加特殊的沖擊來減慢或者加速時間的進程。在試驗室設備的作用下,最大限度地減緩時間可以高達每小時1.5秒。
2001年8月,在俄羅斯的伏爾加格勒地區(qū)的一個偏僻的森林里對一個新型的時間機器進行了試驗。這個機器即使只用汽車的電瓶作動力,能量很低,但它改變時間的幅度仍達到了3%。時間的改變是由對稱的晶體振蕩器來記錄的。
最初,研究人員花5分鐘、10分鐘、20分鐘來操作這臺機器,最長的一次時間延緩持續(xù)了半小時。瓦蒂姆·車諾布羅夫說,人們覺得仿佛進入了另外一個世界;他們可以同時感受到“這邊”和“那邊”的生活,仿佛空間完全打開了?!拔覍嵲跓o法描述當時我們所經歷的那種不同尋常的感受”,瓦蒂姆·車諾布羅夫如此回憶。
不可思議的爆炸:不可預測的時代
任何一家電視公司以及廣播公司都沒有對這件令人驚訝的事情進行報道。蓋納迪·比利莫夫說,他們甚至沒有將這次試驗的結果通報最高領導人。然而,他又說,早在斯大林時期就有一個專門研究平行世界(ParallelWorld)的研究所,由學者庫查托夫和伊奧澳夫所進行的試驗的結果可以在檔案里找到。
1952年,蘇聯秘密警察組織領導人貝利亞開始立案調查那些試驗的參與人員,結果有18名專家被槍決,59名物理學在讀博士生和博士被關進了監(jiān)獄里。研究所在赫魯曉夫的領導下重新開始了研究,但在1961年,一個試驗平臺和8名一流的專家突然全部消失,進行試驗的這所建筑周圍的一些樓房也都倒塌了。從那以后,蘇聯政治局和部長委員會決定暫時停止這些對“不可預測的時代”所進行的研究。直到1987年才恢復試驗。
1989年8月30日,一次悲劇發(fā)生了。
位于安州島的這家研究所的分支辦公室發(fā)生了劇烈爆炸。爆炸不僅破壞了重達780噸的試驗艙體,而且也毀掉了這個占地兩平方公里的小島。關于這個悲劇的一種說法是,載有3名實驗者的艙體在另外的空間中或者是在進入另外的空間的過程中撞上了一個巨大的物體,可能是小行星一類的東西。因為喪失了動力系統,艙體很可能留在了另外的空間中。
保留在檔案中的關于這次試驗的最后記錄這樣寫道:“我們馬上就要死掉了,但是我們仍然在進行試驗。這里很黑。我們所看見的所有的東西都變成了兩個;我們的手和腿都變得透明,我們能夠透過皮膚看見血管和骨骼。氧氣供應還可以滿足43小時,但是生命支持系統破壞得很嚴重。給我們的家庭和朋友以最好的祝福!”然后信號就突然中斷了。
英國波德大街時光倒轉之謎
神秘現象接連發(fā)生
2006年7月,利物浦警局的報警電話驟響。有人在電話里驚慌失措地喊:“不得了,納粹的飛機又來轟炸利物浦了!”接線員以為是精神病人,然而對方能準確描述自己在波德街115號附近,還能目測飛機離地面多高,以及上面有“亨克爾HeⅢ”的圖案等。警方派大批人馬火速趕往現場,但什么也沒看到。他們認為報案者產生了幻覺。
但此后,關于波德街的離奇報案接連發(fā)生。2006年8月23日,一個外國女游客投訴,說波德街117號的婦女用品商店存在嚴重的欺詐,她訂了一雙復古的鞋子和一套衣服,結果他們送來了幾本書。警察前往117號調查,看到那就是一家名叫“英石”的書店。店員說,的確有一個外國女游客來過,她指著櫥窗要這要那,因為語言不通,而她又急著離開,于是他們收下她的錢,將她點的幾本書送到她的酒店。為了平息婦女的怒氣,警官要她畫一下所看到的衣服和鞋子的樣式,他們到附近去找,但是整個波德街都沒有找到畫中的東西。一位對服飾很有研究的女警官說:“那像是上個世紀的衣服?!?/p>
越來越多的人認為波德街一帶存在一種神秘力量,能夠將人帶離現實世界。
2009年6月,美國《紐約時報》記者珍妮·博英格決定前往探秘,因為她母親從小在波德街長大。如果傳聞屬實,她想看看有無可能進入母親的童年時代。男友約翰·惠林頓跟珍妮打了一個賭:兩人一起到波德街待一個月,只要能親眼見到那些景象并拍下照片,就把他們的新房裝修得夢幻點。
2009年7月,這對情侶帶上高倍相機,選擇在太陽光最強時到波德街上晃蕩。半個月里,他們走了無數個來回,都沒有發(fā)現異樣。一天,走著走著,兩人發(fā)生爭吵。一氣之下,珍妮甩手先走了,約翰氣餒地在街邊坐了下來。
約翰垂頭坐了好久,再抬起頭時,發(fā)現周圍好像有點不對勁:穿著時髦的現代人不見了,代之以衣著老舊的行人;最老款的老爺車從身邊穿過……他意識到自己進入時空隧道了,但是一摸胸前,發(fā)現相機被珍妮帶走了。
約翰快速地朝前走著,看到熟悉的店鋪全都變了樣。在一家寫著“巴寶莉女性用品專賣”字樣的店鋪前,約翰走進店,想從那里帶點東西回去做憑證,但進去以后,卻發(fā)現那是一家書店,而且還看到了珍妮——她買了一大堆書,正準備付錢。
只是跨過一道門檻,眼前的東西就變回了原來的模樣。約翰跑過去,拉著珍妮就跑,一邊從她胸前取下相機。但等他跨過門檻再次回到大街上時。那些穿著過時的人們不見了。珍妮問:“怎么啦?”約翰說:“那些衣著古怪的人,還有過去的街道,剛才就在我眼前,可是你拿走了相機。”珍妮立即興奮起來,說:“你剛才在哪里開始發(fā)現不對勁的?那里肯定是通道的入口?!彼麄儧Q定住下來,24小時不離相機,卻再也沒有拍到什么。
約翰說,這并不難弄清楚,巴寶莉現在已經是英國的一個知名服裝品牌,只要問問他們上世紀50年代是否在波德街有分店,就能判斷他兩次進入的是不是同一個時代。
答案很快有了,有著112年歷史的巴寶莉服裝公司非常自豪地宣布,1951年,他們率先在波德街開了一家豪華裝修的女性用品專賣店。至此,可以推斷出波德街確實存在一條通往上世紀50年代的時空隧道。
謎底至今仍未揭開
約翰就此采訪了英國皇家科學委員會,專家的回答讓他震驚。他們說,如果時空隧道論真的成立的話,那么波德街附近應該有兩個通往不同時空的隧道,因為“亨克爾HeⅢ”轟炸機大規(guī)模轟炸利物浦是1943年。這說明,在波德街,還有另一條通往上世紀40年代的時空隧道。
皇家科學委員會負責人布萊曼先生斷言,目前,除了相信愛因斯坦基于能量守恒定律而提出的蟲洞理論外,現行的科技水平根本解釋不了這兩個通道為什么存在。
1935年,愛因斯坦根據能量守恒定律,推斷回到過去完全是可能的事。他把宇宙看成一個巨大的四維時空,在這個時空里,物體的運動速度越快,時間流程就越慢,而空間尺度就會縮小,當物體運動超光速時,就能回到過去。他從而提出蟲洞理論。認為在太空中,存在不同時空結構的豁口,只要連通這些豁口,就可以在時空中穿梭。
然而這樣的說法,都不能讓約翰信服,不管是愛因斯坦的蟲洞理論還是后來的黑洞理論,都提到了超光速和吸引力,但他自己是在毫無知覺的情況下,進入另一個世界的,根本沒有感到強大的力量推他或者拉他。
又一個月過去了,利物浦的夏季即將結束。約翰失望地認為神秘通道即將關閉,真相至少得等到來年的七八月才能揭開。2009年8月23日,珍妮和約翰前往位于波德街東邊的火車站坐車,準備前往倫敦,再轉飛紐約。珍妮無意間抬頭望天,突然發(fā)現空中出現好幾架排列整齊的轟炸機。她迅速舉起相機,對著飛機使勁按快門。飛機緩慢低空飛行時,珍妮欣喜若狂,從各角度抓拍,直到它們消失。
8月24日,《紐約時報》在第一時間刊登了這組驚世駭俗的照片。然而,細心的人們經過對比,發(fā)現它們的背景一直沒有變。在飛機顯現的6分鐘里,它們始終沒有離開火車站的尖屋頂,也就是說,這些飛機其實沒有動。它們不是真正的飛機,更像是飛機的影子。
這是3年來人們第一次最多最清晰地拍到納粹飛機“飛臨”利物浦上空。它給科學家研究時光倒流提供了最直觀的證據。9月2日,歐洲原子能研究中心負責人宣布,他們已經找到答案。6年前新修建的火車站,運用了大量波德街在歷年改建中拆除下來的花崗石、石英石和大理石等,而礦石是種比較大的輻射源,不同的礦石放在一起,會發(fā)生復雜的磁場效應,以至于產生了60年前的街景,并在火車站上空將戰(zhàn)火中的“記憶”釋放出來。所以,這些都是因為輻射產生的影像。這個解釋還是不能讓約翰信服,因為它還是沒有說明這些舊建材究竟發(fā)生了怎樣復雜的反應,才會有這種時光倒轉的現象發(fā)生。
雖然謎底還沒有揭開,但這一切已經為科學家們進一步研究時光倒流現象提供了有力的價值,人們開始紛紛期待來年的7月,希望能找到更加確鑿的依據……
關于時間:四維空間探險
時間是真實的嗎?
物理學家和哲學家對這個問題仍爭得不可開交,不只是因為量子力學把這個問題搞得使人更加糊涂。主要原因之一是,這些答案可能把我們引向可以解釋所有粒子和自然之力的“萬物至理”。
另一個問題也顯得突出。如果說時間是真實的,那么,它來自哪里?直到最近,大多數物理學家還假設,當物質、能量和空間本身誕生的時候,時間就從宇宙大爆炸當中形成。因此,任何認為時間存在于大爆炸之前的觀點都被認為是不恰當的。然而現在,他們并不太確定。“我們無權宣稱,宇宙和時間就始于大爆炸,或者說,存在某種史前史?!迸了_迪納市加州理工學院的肖恩·卡羅爾說,“公開發(fā)表的言論中,持這兩種意見的人都很多,但就我自己而言,我還是贊同宇宙永遠持續(xù)的觀點?!?/p>
弦論已引導人們對這種觀點進行重新評價。在這些假設的對標準物理學的擴展中,現實由比我們熟悉的四維更多的維度組成。雖然我們不能直接感知其他那些領域,但它們卻提供了交替宇宙存在的地方。這些宇宙在一系列大爆炸時從彼此中萌芽,也就是說,我們的宇宙誕生于另一個宇宙。因此,在我們這個宇宙大爆炸之前,時間的確已經存在了,之前的宇宙甚至很可能給我們留下它們本身的線索。
2008年,卡羅爾及其同事指出,大爆炸輻射殘留物中的特性也許就是早期宇宙的特征。2012年,牛津大學的羅杰·彭羅斯和亞美尼亞耶烈萬州立大學的古扎德亞進一步研究指出,在這個宇宙微波背景中的圓形組合,就是一系列先前宇宙和大爆炸的證據?,F在,歐空局的或“普朗克”衛(wèi)星已經發(fā)布了最新的宇宙微波背景輻射圖,我們將有機會驗證這些觀點。
現在,我們無法避開這些問題的困擾,我們也無法想象某一天它會帶來怎樣極其深刻的答案。而今,我們不得不比任何時候都更加大膽地面對我們對于時間的無知。
為什么時間之箭有去無回?
向前走幾步,轉身再往回走,這沒問題?,F在,讓幾秒過去,然后調頭向后走幾秒。沒辦法?當然!我們完全清楚,時間不像空間,它只有一個方向——從過去流向未來,絕無拐點。
這一切聽起來好像不過是事物的自然順序而已,但如果你對自然觀察得夠仔細的話,就會發(fā)現事情并非如此。徹底研究物理定律,找不到這樣的時間之箭。比如,你可以利用牛頓的運動定律,算出過去的一個球從何處拋出,就像算出未來它將降落的地點一樣準確。而就粒子而言,無論過去還是未來,支配它們特性的規(guī)律和力是不變的?!罢嬲婀值氖?,在這個世界上,我們所知的物理學定律在時間上,不論向前還是向后無疑都應該可以起作用,”澳大利亞新南威爾士州悉尼大學的科學哲學家迪恩·里克萊斯說,“應該沒有一支時間之箭?!?/p>
如果時間之箭不在物理學定律之內,那它又來自哪里?一條重要線索從大量粒子的復雜交互作用中顯現出來。
你所看見的一切,包括你自己,都是由眾多粒子組成的。這些粒子并不只是停留在周圍,它們在不停地四處移動并重新排列著。
肉眼可見的系統,比如說一坑水或一粒冰晶,物理學家都歸因于熵。熵體現了在不改變其總體外觀的情況下,你可以重新排列一個系統的方式的數量。一坑水可以由眾多的方式排列H2O分子,使它成為較高的熵值系統;而一粒冰晶則必須以非常精確的方式排列,因為排列方式較少,所以它是低熵態(tài)。
就純統計學意義而言,高熵系統總是比低熵系統更多可能,因為有更多的方式去產生它們。這就是為什么如果給定的溫度高到足以讓分子四處移動,進入新的排列,你就會看見冰變成水,而絕不會看見一個水坑自然而然地結冰。的確,如果你在影片中看見這樣一個場景:在一個溫暖的日子,一個水坑突然結冰,你會推斷這部影片是在倒著播放——時間在往回移動。即使熵增加只是統計學上的、非基本的現象,也足以豎起一根物理學的強大支柱:熱力學第二定律。根據第二定律,宇宙的熵絕不可能減少。你可能會想,時間之箭的密鑰就在這里——從低熵到高熵的穩(wěn)步發(fā)展,即我們所認為的從過去到未來的秘密通道。
要是事情就這么簡單,那該多好。不幸的是,第二定律實際上并不能解釋時間之箭,它只是說高熵態(tài)比低熵態(tài)更有可能。時間并不進入這個畫面,也就是說,從現在起5分鐘后的世界,有可能有較高的熵值,而5分鐘前的世界也該是如此。
那么,解釋時間之箭的唯一方法,就是假設宇宙是以極其少有的低熵態(tài)開始的。不然的話,時間早被卡住了,一切都會變得了無生氣,自然也不會有我們人類?!皶r間之箭依賴于這樣的事實,即宇宙是以非常奇異的狀態(tài)開始的?!狈▏R賽理論物理學中心的物理學家卡洛·洛利華說,“如果宇宙以任意狀態(tài)開始的話,就無法區(qū)分過去與未來了?!?/p>
事實上,觀察顯示,宇宙的確是以低熵態(tài)開始的,大爆炸留下的殘余物提供了宇宙初期的快照。它顯示,在時間開始之初,物質和放射物非常平穩(wěn)地散布在整個空間。乍一看這有點像是高熵態(tài)——直到你把引力因素考慮進去。
引力老想把物質凝結成塊,因此,在一個引力主宰的系統中,黑洞便是最可能的一種狀態(tài),所以,黑洞比平滑分布具有更高的熵,這種低熵平滑是絕對不可能的。那么,我們是怎樣變得如此幸運的?里格爾斯說:“如果我們能夠解釋低熵的過去,那么我們就幾乎破解了時間之箭的問題?!?/p>
宇宙學家對我們在早期宇宙所看到的這種平滑,的確有一個解釋。宇宙在開始之后的不到1秒內,經歷了一個短暫但卻戲劇性的膨脹爆炸,像膠皮拉伸的空間,消除了任何皺褶。
膨脹似乎解決了進退兩難的困境。然而仔細觀察,它不過是把這個問題又推了回來。膨脹為了以適當的方式發(fā)生,以便產生我們的宇宙(由膨脹驅動的場),顯然必須具有某些不太可能的特性。因此,一方面膨脹場揭示這種低熵宇宙之謎,另一方面膨脹場本身就具有低熵的特性。物理學家又是如何來解釋這個問題的呢? 一種可能性是,膨脹不只發(fā)生一次。假定膨脹場始于一種無序的高熵態(tài)(更有可能的情景),以致其特征各不相同,低熵值膨脹產生了我們這個平穩(wěn)的宇宙。因此,在一個較大較高熵值的場中,我們的時間之箭就只是一個任意的光點。這個場的某些部分就會具有形成我們這種宇宙的適當條件,而這個場的其他部分則一成不變,或者形成別的宇宙。 事實上,膨脹場物理現象保證了從頭到尾總是有足夠多的遺留物來創(chuàng)造更多的宇宙,從而不可避免地導致無窮個多重宇宙。
目前,有幾個證據集中在多重宇宙上,引起許多宇宙學家的認真思考。在一個多重宇宙中,某些宇宙會有時間之箭,而更多的宇宙卻沒有。在有時間之箭的宇宙中發(fā)現我們這個宇宙的時間之箭,應該不足為怪,因為這是能夠產生生命的宇宙的唯一形式。“這就是我特別喜愛的情節(jié),”加州技術學院的物理學家肖恩·卡羅說,“雖然還沒有徹底解決問題,但我希望很快就能真相大白?!?/p>
然而,即使多重宇宙能夠解釋時間之箭,仍有許多未解之謎。例如,第二定律是怎樣適應宇宙的量子特性的?量子系統似乎顯示出它們自身那種箭:它們總是由可能重合的狀態(tài)解釋,直到一種測量神秘地選擇一種獨特狀態(tài)——種仿佛不可逆轉的過程。
感知時間
神經科學也遇到了謎題:為什么人腦只回憶過去卻不記憶未來?
“理解時間之箭在許多情況下(進化、衰老、記憶、因果關系、復雜性)究竟是怎樣表現的,還有很大的研究前景。”卡羅說。
物理學家希望將來會有更多的答案——當然,假設有這樣的答案。
當你玩得開心時,時間真的過得更快嗎?
時間知覺是一個大腦的持久未解之謎。當我們對包含在精細動作任務中的毫米尺度有一個充分理解的時候,怎樣有意識地感知秒和分——所謂間隔時間——顯然仍是個謎。
首先,我們并沒有專門用于時間知覺的感覺器官,因為我們通過觸覺、味覺和嗅覺來感知我們外界的物理和化學性質。由于沒有臨床癥狀,對時間知覺的缺乏完全無法定義,研究起來非常困難,因此,時間也是不同尋常的。“我們真正想要找的,是那些像失憶者在記憶一樣,不善于定時的人,”英國基爾大學的約翰·韋爾頓說,“但并沒有這樣的人?!?/p>
有人相信,這是有原因的。北卡羅來納州杜克大學的沃倫·梅克認為,計時對感知來說是如此重要,以至于我們的大腦已經進化出幾套備份系統,可以在主時鐘受損時來應付。這就是為什么很難找到不能感知時間的人的原因。
沒有人真正了解這種時鐘的生物學基礎究竟是什么。最近有人又找到一種對計時的解釋,叫做“起搏器一蓄電池模型”,認為大腦具有定期發(fā)射脈沖的某種起搏器,這些脈沖儲存在一個蓄電池里,可以被計數,以估計過了多長時間。
這種模型的問題是,雖然它適合時間感知的各種觀察,但在細節(jié)上卻有缺陷。不要說起搏器是什么,位于什么地方,什么是脈沖,它們儲存在哪里,或者說它們是如何計數的,雖然各種各樣的觀點被提了出來,但這種模型在很大程度上仍只停留在理論上。
一種完整的時間感知理論還必須解釋它為何如此靈活??煽ㄒ?、苯丙胺和尼古丁全都顯示為加速時間感知,而某些抗精神病藥物卻減慢了時間感知。所有的東西都干擾神經遞質多巴胺。多巴胺系統紊亂的人,比如患帕金森病或精神分裂癥的人,他們在時間感知上同樣遭受著折磨。
在其他方面,時間可以被伸縮。當你受到驚嚇時,時間似乎慢下來,而當你玩得高興時,時間好像飛逝一般。當你長大時,時間似乎過得更快。
這些謎題的關鍵可能在于:我們怎樣思考如何感知時間的問題?!拔覀兲幵跁r間只是一件事物的幻覺之下,但我們可以接受時間的各個方面,并在其他地方分別運用它們?!钡每怂_斯休斯敦貝勒醫(yī)學院的大衛(wèi)·伊格曼說,“這可能意味著我們對時間的感知也有幾個組。”
也許我們對能夠感知時間的不同方式最好的說明是:伊格曼說服研究對象從一個高塔上仰面倒下,掉進下面30米的安全網中。當他們倒下的時候,被要求看著戴在手腕上的發(fā)光二極管顯示器。顯示器顯示一個數字,這個數字的刷新每秒相間20次。這通常太快,無法感知,但如果“大腦時間”在驚恐狀況下真的慢下來,他們就應該一直能讀到這個數字。
雖然受試者報告說,倒下這個動作似乎比實際所花時間2.5秒延長了大約35%,但是他們誰也沒能讀到那個數字。
伊格曼認為,當你倒下時,時間似乎放慢的原因是緊張或新奇的狀況控制了我們的注意力,導致大腦吸收更多的細節(jié)。伊格曼還表明,當大腦再三面臨同樣的圖像時,實然轉換一個不同的圖像,這個新圖像似乎延續(xù)得更久,即使顯示的時間是一樣的。當接觸到這個新圖像時,大腦還使用了更多的能量。時間長度好像是延長了,似乎與大腦記錄一個事件所需能量有關。
這個觀察可能還有助于解釋為什么當我們長大時,感覺時間加速了。對孩子來說,一切都是新的,大腦處理著世界上的大量信息。隨著年齡的增長,大腦學會了這個世界的規(guī)律,并且停止記錄同樣的信息?!熬秃孟衲阍谙哪r回顧過去的時光,你沒有那么多的連續(xù)鏡頭,它似乎過得更快?!币粮衤f。
這也許說明,我們可以嘗試把許多不同的快樂經歷盡可能壓縮。麻煩的只是尋找時光。
時間旅行有可能嗎?
通常人們認為時間旅行不過是科幻小說里的調料而已。畢竟,赫伯特·喬治·威爾斯在18世紀晚期就寫下了《時間機器》,但至今仍沒有人能真正建造一部時間機器。但只要我們不放棄,繼續(xù)這一發(fā)現之旅,我們終有可能找到通往未來或過去的通道。
時間旅行繼承了廣義相對論的基礎。愛因斯坦廣義相對論預言,時間在強引力下運行更慢,因此,如果你生活在一問小平房里,要比生活在摩天大樓里老得更慢。越是接近地面,就處在越強的引力中。所以,要制造一部時間機器,你就得把兩個時間流動速度不同的地區(qū)連接在一起。
例如,地球和緊鄰黑洞的地方,黑洞強大的引力使得時間流動極其緩慢。當你星期五光臨地球的時候,黑洞附近還只是星期三。因此,如果你能從地球突然旅行到黑洞附近,你就能夠從星期五返回到星期三。瞧,這就是時間旅行。
問題是,你能嗎?理論上說,你能。根據量子理論,時空的結構是一串穿過時空被稱為蟲洞的微小捷徑。沿這樣一個通道幾步,你就可能出現在銀河系另一邊幾光年遠,甚至出現在過去或未來的年代。就是現在,叫做中微子的幽靈般的微粒很可能已在上演這樣的壯舉。
然而,對我們來說,首先要做的是挑選出幾個實際的問題。要利用蟲洞進行時間旅行,就必須將時間與你想要往返其間的地方連接起來:這可能意味著以某種方法將一端拖到最近的黑洞。
即使做到了這個,你仍會有問題:你需要將量子規(guī)模上的蟲洞擴張到宏觀尺度,并設法保持出入口暢通。這很有挑戰(zhàn)性,因為蟲洞極不穩(wěn)定,眨眼之間就會關閉。要維持出入口開啟狀態(tài),就需要一種假想的帶排斥引力的物質。我們不知道是否存在這樣足夠強大的奇異物質。但我們知道,要創(chuàng)建一條出口1米寬、足以讓一個人爬過的隧道,你得在1年內使用從我們銀河系大部分恒星里抽出的全部能量。
盡管如此,這樣一部時間機器也絕不會將我們帶回到歷史上的偉大時刻。如果我們找到一個蟲洞,顯然這將是時間旅行者第一次能夠到達過去。因此,如果你想要進行恐龍狩獵遠征,你只有一個選擇:找到一部至少6500年前天外來客棄置在地球上的時間機器。
但是,我們可以用我們自己的時間機器做一些有趣的事。例如,我們一旦建造了一部時間機器,未來文明就將能夠回訪我們。這展示了一種有趣的可能性:某人能夠返回,殺死一個直接的祖先,使他自己不可能存在。這便是時間旅行中最為著名的概念上的難題——“祖父悖論”。結果,量子物理學也許有答案。
多年來,量子物理學家一直在進行“瞬時移動”的嘗試,他們通過復制信息(描述一個粒子,并把它粘到另一個遙遠的粒子上)來搬運粒子。麻省理工學院的賽斯·勞埃德和加拿大多倫多大學的埃孚倫·斯坦伯格證明,量子力學定律允許這種“心靈搬運”在時間和空間上起作用。因為像光子和電子這樣的量子態(tài)粒子,可能受未來被測量的影響,時間旅行自然而然回到了量子領域。
勞埃德和斯坦伯格的實驗顯示,時間旅行的力學至少與光子共同作用,支持我們熟悉的因果關系觀念。它們使光子及時返回,然后替換它們的兩極分化狀態(tài)。這種替換適合于光子進入一種形態(tài),這意味著它起初可能沒有及時返回,新的形態(tài)“殺掉”了最初的形態(tài)。
由于這些可能性涉及量子測量,兩種形態(tài)總有一種沒能發(fā)生。勞埃德和斯坦伯格發(fā)現,當他們建立關于上述光子殺掉其“祖父”時,要么時間旅行失敗,要么分化替換失敗。
這是史蒂芬·霍金在劍橋大學所說的時序保護的一個例子。創(chuàng)造一個蟲洞時間機器的困難也表明,物理學法則似乎決定了維持因果關系的常識性規(guī)律。盡管如此,時間旅行的大門仍然向人們敞開著。
數萬億年之后,當所有恒星全部燃盡,甚至連黑洞都已消失,我們宇宙的所有物質可能就會均勻地展開,一切將變得混亂無序。那時,時間沒有了方向,也沒有任何事件發(fā)生。
然而,在亞原子規(guī)模上,粒子仍將相互碰撞,這些碰撞偶爾會導致一些更有趣的現象。統計學的僥幸很難產生一個有序的物體——例如一杯啤酒或一只困惑的狐猴,再一次短暫地服從時間效應。
因此,在這幅圖景中,時間將身染重病,不過還沒有完全死亡。
哲學家朱利安·巴伯爾有一個更為平靜的末日版本:他同宇宙學家合作,構建出一個叫做布拉托尼亞的、現實的特殊圖景。在布拉托尼亞里,所有可能的物質配置都存在,沒有時間的通道,只有一套毫無關聯的瞬間或“眼下”。我們經歷這種時間的幻覺,因為這些眼下許多被安排成好像它們都已通過時間而進化。巴伯爾認為,在布拉托尼亞里,可能性應該是無限的,因此,令人欣慰的時間幻覺也應該是無限的。如果時間并不存在,它就不會結束。
“很難預料,”物理學家尼爾·玻爾斯說,“特別是關于未來的問題。”所以,在時間的結束這個問題上沒有定論也許就不足為怪了。
結束語
諾貝爾獎得主理查德·弗因曼說過:“我們研究物理的每天都與時間打交道,但千萬別問我什么是時間,它難得讓人無法思考?!?/p>
最近,在得克薩斯州奧斯汀一家咖啡店的墻壁上,有一段隨意書就的話,似乎回答了這個問題:“時間是大自然使萬物免于同時發(fā)生的一種手段。”
這或許是時間的最好定義。在大部分歷史時期中,時間被比作川流不息的江河,即使在英國著名科學家牛頓的眼里,時間也是勻速流動的。隨著愛因斯坦相對論的出現,人們開始把時間看作像高度和寬度那樣的量綱,使我們在描述事物時在時間和空間上有了統一的概念。
即使如此,華盛頓特區(qū)美國海軍天文臺報時處處長赫爾諾特·溫克勒依然認為:“盡管我們對時間的注意大大越過了對自然界其它變量的注意,但它仍然是我們頭腦中一個未解之謎?!?/p>
能穿越時間嗎,或者說時間能倒轉嗎?誰不想把時鐘撥慢或把日歷翻回,抹掉自己以往的失誤,回到有成人智慧的孩提時代,或與莎士比亞暢談一番呢?科學家們說,盡管物理學定律可能并不妨礙時間的運動,但你所看到的標示時間的箭頭卻都朝著同一個方向。