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        穿越到未來

        2018-07-06 09:34:54
        奧秘(創(chuàng)新大賽) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:霍金引力黑洞

        2009年6月,英國著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金舉辦了一場“時間旅行者”的聚會。這是一次特別奇怪的聚會,因為霍金是在聚會結(jié)束一年后才發(fā)出請柬,所以只有來自“未來”的賓客才能知道這次聚會的舉辦地和時間,也就是說霍金邀請的賓客來自未來。但直至聚會結(jié)束,也沒有任何客人出現(xiàn)。

        霍金稱,愛因斯坦的廣義相對論認(rèn)為扭曲的時空可以讓人回到過去,但時空扭曲產(chǎn)生的輻射可能毀掉太空船甚至?xí)r空本身?;艚鹫J(rèn)為人們要想回到過去進(jìn)行時空旅行是不太可能的。即使有可能,也要等到人類發(fā)明出真正穿越時空的時間機(jī)器。

        看來,回到過去是不可能了,那么去往未來世界呢?這或許是截然不同的兩種“穿越旅行”。有些研究人員認(rèn)為從物理角度上穿越時間去未來世界是可行的。

        當(dāng)然,從某種程度上來說,我們每個人都是時間的旅行者,因為我們都在沿著現(xiàn)在的時間一直往前走,從現(xiàn)在走向未來。而在科學(xué)上,有幾種方法或許能讓我們快速進(jìn)入未來世界。

        方法1:改變速度——極速前進(jìn)

        這是去往遙遠(yuǎn)未來的最容易和最實用的方式——達(dá)到相當(dāng)快的速度。因為根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論,當(dāng)你以接近光的速度行駛時,你相對于外界的時間就會慢下來。當(dāng)你如此快速到達(dá)某個地方后,你會發(fā)現(xiàn)你只用了幾個小時的時間,但目的地已經(jīng)是幾十年之后了。

        這不是一個猜想或思想實驗,因為已經(jīng)有人做過類似的實驗了。物理學(xué)家利用兩個原子時鐘(一個放在一架噴氣式飛機(jī)上,另一個則在地面上),證明了噴氣式飛機(jī)上的那個“飛行的原子時鐘”運行得相對慢些。飛機(jī)上相對于地面流逝的時間慢,就意味著飛機(jī)上的人降落后穿越了一點點未來。

        當(dāng)然,在飛機(jī)飛行的條件下,時間變慢的效果是微不足道的。但是如果你是在一艘宇宙飛船中,以90%的光速行駛,你所經(jīng)歷的時間會比地球上的時間慢2.6倍。當(dāng)你的速度越接近光速,時間旅行成功的機(jī)會就越大。

        目前,人類技術(shù)能實現(xiàn)的最快速度,是圍繞大型強(qiáng)子對撞機(jī)旋轉(zhuǎn)的質(zhì)子們所擁有的速度。大型強(qiáng)子對撞機(jī)的加速器能讓質(zhì)子加速到99.9999991%光速的“極限”速度。利用狹義相對論,我們可以計算出質(zhì)子的1秒相當(dāng)于日常地球的27777778秒,也就是11個月左右。

        方法2:利用蟲洞穿越時空

        利用蟲洞實現(xiàn)時空穿越是科幻小說中最常見的場景了,而廣義相對論也說明了宇宙中可能存在的“捷徑”,物體通過捷徑可以在瞬間進(jìn)行時空轉(zhuǎn)移,這條捷徑就是蟲洞。

        1916年,奧地利物理學(xué)家路德維?!じトR姆首次提出蟲洞這個概念,1930年愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時做出假設(shè),認(rèn)為通過蟲洞可以做瞬時的空間轉(zhuǎn)移或者時間旅行。它或許能縮短十億光年以上的空間距離,或者穿越到時間上的不同點。

        許多物理學(xué)家(包括史蒂芬·霍金)認(rèn)為蟲洞會在量子尺度上不斷地出現(xiàn)和不斷地消失,它比原子要小得多。根據(jù)量子理論,我們可以“捕捉”到一個蟲洞,并令它膨脹到人類體型的尺度——這需要聚集大量的能量,但這些能量可能最終會“摧毀”蟲洞,導(dǎo)致無法穿越時空。

        這就是廣義相對論和量子力學(xué)之 間的不相容性,因此想要以蟲洞這條捷徑進(jìn)行時間旅行,科學(xué)家們需要花時間去研究廣義相對論和量子理論之間的問題。

        目前,還沒有實驗證據(jù)表明蟲洞的真實存在,“蟲洞”仍是一種假設(shè),但科學(xué)的進(jìn)步離不開大膽的假設(shè)。

        方法3:假死,暫停你的生命

        在小說《三體》中,三體人能通過進(jìn)入脫水狀態(tài)實現(xiàn)假死,來熬過地獄般的“亂紀(jì)元”,并在環(huán)境正常的“恒紀(jì)元”蘇醒,繼續(xù)生活;而地球人則能通過進(jìn)入超低溫冬眠狀態(tài),暫停大部分生理機(jī)能運作,最終以健康年輕的體魄在未來“復(fù)活”。

        以上設(shè)想絕非天馬行空,也絕不僅只擁有理論依據(jù)。在自然界中,便可找出類似的例子。面對惡劣的生存環(huán)境,細(xì)菌的孢子可以實現(xiàn)假死狀態(tài),并生存數(shù)百萬年,直到溫度、濕度等條件適宜時,才再次啟動新陳代謝頑強(qiáng)復(fù)蘇;而一些哺乳動物,如熊和松鼠,也可以在冬眠期間減慢新陳代謝速度,大大減少它們對食物和氧氣的需求。

        那么,人類能否通過類似的“假死術(shù)”,暫停生命,并在未來復(fù)活呢?

        以目前的科學(xué)研究進(jìn)度,科學(xué)家認(rèn)為在不久的將來,可以讓人類實現(xiàn)短期的“冬眠”,至少持續(xù)幾個小時。這短短幾個小時的“冬眠”時間價值非凡,它可以讓需要緊急救治的危重病人抵達(dá)手術(shù)室,撿回一條命。

        方法4:引力越強(qiáng),時間就越慢

        引力也可以成為穿越的工具。

        此種方式的理論依據(jù)同樣離不開廣義相對論。根據(jù)該理論,物體所受的引力越強(qiáng),所經(jīng)歷的時間流逝得也就相對更慢。

        若是我們想要讓自己經(jīng)歷的時間比地球世界慢得多,以穿越到遙遠(yuǎn)的未來,那么就需要進(jìn)入一個引力非常強(qiáng)大的區(qū)域,比如黑洞。在電影《星際穿越》中,宇航員到達(dá)了一個黑洞附近的行星,受黑洞強(qiáng)大引力的影響,宇航員登陸該行星僅僅一個小時,地球上就已經(jīng)渡過了7年。

        然而,通過黑洞表面引力場穿越時間長河,是一種非常危險的舉動。假如你不小心越過黑洞邊界,將被黑洞的可怕引力拉入萬丈深遠(yuǎn),陷入無盡的黑暗之中,永世不得逃脫。

        況且,就算人類的科學(xué)技術(shù)真能將自己送達(dá)黑洞的附近,由于距離地球最近的黑洞也在3000光年之外,恐怕抵達(dá)黑洞前耗費的漫長時光,也并非通過黑洞穿越后所能彌補的,可謂得不償失。

        無論如何,目前看來,黑洞穿越法都是風(fēng)險最大、性價比最低的選擇,理應(yīng)“慎用”。

        方法5:利用光束穿越時空

        最后一種方法,是由美國物理學(xué)家羅恩·馬利特提出的。一般我們認(rèn)為時間是一條直線,從過去走到現(xiàn)在,再從現(xiàn)在走向未來。但馬利特認(rèn)為,如果空間能被足夠的外力扭曲,那么時間也能扭曲成圈,這樣我們就能時間旅行了。

        他的靈感是利用光,制造一個以光為基礎(chǔ)的時間機(jī)器——利用高能的漩渦狀圓柱體光束來激活和扭曲時間的結(jié)構(gòu)。理論上,任何掉進(jìn)旋轉(zhuǎn)圓柱體內(nèi)的東西,其空間和時間都會被延遲,就有機(jī)會穿越時間回到到過去或去往未來。

        2000年,馬利特發(fā)表了該理論,并且一直籌集資金,希望能以實驗來證明這個理論(其中包括將中子投到旋轉(zhuǎn)激光器里),其研究仍在繼續(xù)。不過,他的想法并沒有得到物理學(xué)界其他科學(xué)家的認(rèn)同。

        以上這五種穿越時空的方法,各有千秋,讓人大開眼界,我們無法得知其中的哪一個將最早被實現(xiàn),也可能它們最終都只能停留在理論階段。無論如何,這一系列嘗試,都是人類在探究宇宙最深層機(jī)密的長征中走出的一大步。

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