霍金的“时间机器”回过去没戏,但可以看到未来|时间机器

　　全面模拟载人火星探测的“火星-500”试验6月3日在莫斯科启动。中国志愿者王跃全程参与520天密闭试验。消息一出,人类何时能够移居外星球甚至与外星人亲密接触再次成为热点话题。
　　此前一天,著名物理学家斯蒂芬?霍金在美国纽约出席世界科学节开幕式。他不久前所提到的“外星人”和“时光机”,再次成为众人追问的热点。
　　霍金不久前在为探索频道录制的纪录片《与霍金一起了解宇宙》中称外星生命很可能存在,继警告人类勿主动与外星人接触以后,他又在一篇探讨如何建造“时间机器”的文章中详细分析了人类如何利用自然规律实现“时间旅行”的伟大梦想
　　
　　大家好,我是斯蒂芬?霍金,是物理
　　 学家、宇宙学家及梦想家。在科学界,时间旅行一度被认为是歪理学说。过去因为担心有人会把怪人的标签贴在自己身上,我对这个问题常常避而不谈。但现在,我不再那么谨小慎微了。
　　为了让这一切从虚幻变成现实,我们应以物理学家的角度来重新审视时间――即第四维。
　　
　　从“虫洞”回到过去?此路不通
　　让我们暂时从科幻电影中寻找答案吧。在此类电影中,通常会有一台巨大而高能耗的时间机器,这台机器产生通往第四维的通道――“时光隧道”。
　　物理学家们也在思考时光隧道,但我们的角度不同。我们想搞清过去或未来的通道是否存在于自然规律中,事实证明,我们认为确实是存在的。而且,我们还给它们起了一个名字:虫洞。
　　任何物质都不是平整无瑕和实心的,如果仔细观察,会发现它们上面都存在小孔和裂缝,这是一个基本的物理原理,同样适用于时间。时间也存在许多微小的裂缝、褶皱和空洞。在最小的刻度下――比分子甚至原子都小,我们来到一个称为量子泡沫(quantum foam)的地方,这是虫洞存在之处。它们可以连接两个隔离的空间以及两个不同的时间。部分科学家认为,或许有一天捕捉到一个虫洞,将它放大数万亿倍,令其足够大,能让人甚至飞船进入。
　　从理论上讲,虫洞或时光隧道不仅仅能把我们带到别的星球。如果两端在同一个地方,且由时间而非距离分隔,在遥远的过去,飞船就能在地球附近自由出入,或许恐龙会看到飞船登陆的场景。
　　但我只能遗憾地告诉大家,虫洞本身就是一个问题。我认为像这样的虫洞不能存在,原因就是反馈。如果你有到摇滚演唱会现场观看演出的经历,你可能会辨别出一种尖利的噪音,这就是反馈。引起反馈的原因很简单――声音进入麦克风,通过电线传播,经由扩音器令声音放大,在一个环状物内绕来绕去,每次令声音比上一次更大。如果没人阻止,反馈能够破坏音响系统。
　　虫洞也会遇到这种问题,只不过声音换成了辐射。一旦虫洞变大,大自然的辐射物会进入,最终形成一个环路,反馈变得如此强劲,最终摧毁虫洞。
　　另一方面,回到过去的时间旅行本身就存在问题―― 一个人通过虫洞,可以看到他一分钟以前的自我。如果他利用虫洞向以前的自我开枪,会发生什么事情?他现在已经一命呜呼。那又是谁开的枪呢?这是一个悖论,听上去毫无意义。但这却是那种让宇宙学家做噩梦的状况。这种时间机器会违反整个宇宙所遵循的基本规则。
　　任何通过虫洞和其他方式回到过去的时间旅行或许都是不可能的,否则,悖论就会出现。
　　因此,遗憾的是,回到过去的时间旅行应该永远不会上演。对于寻找恐龙的人来说,这会令他们大失所望,但对于历史学家而言,他们可以彻底解脱了。
　　
　　在黑洞身边看到未来
　　故事到此并未结束。这并没有使所有的时间旅行不可行。我确实对时间旅行深信不疑,对通向未来的时间旅行更是如此。时间就像河流,我们每一个人仿佛被时光的流动无情地卷走,只不过时光是另一种形式的河流――以不同速度、在不同地点流动,这是通向未来的“钥匙”。
　　一百多年前,爱因斯坦最早提出了这一概念。他认为,世上应该存在让时间慢下来的地方,以及让时间加速的地方。他绝对是正确的,证据恰恰就在我们的头顶。这便是全球定位系统,简称GPS。一个卫星网络正在地球周围轨道运行,每一艘太空飞船内部都是一台运行精确的钟表。虽然如此精确,但每天仍会快十亿分之一秒左右。造成这种非同寻常影响的原因是地球的质量。爱因斯坦发现,物质会减缓时间运行速度,就像是河的下游一样。物体越重,对时间的阻力越大。这种惊人的事实为通向未来的时间旅行开启了大门。
　　恰恰在银河系中心,距离地球2.6万光年远的地方,拥有银河系中最重的天体―― 一个质量相当于四百万个太阳的超大质量黑洞,在自身引力作用下,它被压缩为一个点。这样的超大质量黑洞对时间具有显著的影响,令其减缓的速度远远超过银河系中的任何物体。这使得它是台“天生的时间机器”。
　　我喜欢想象宇宙飞船如何能充分利用这种现象。如果某个航天机构正在控制从地球发射的探测器,他们会发现绕轨道运行一圈的时间为16分钟。对于飞船上的勇敢者来说,靠近这个超大质量物体,时间就会慢下来。在这里,引力影响远比地球引力极端。机组人员的时间将会减慢一半。对于原本每圈要耗费的16分钟,他们其实仅经历了8分钟。
　　想象一下,当飞船及机组人员绕这个黑洞运行五年时,别的地方已经过去了十年。当他们回到家乡,地球上的人比他们老了五岁。所以,超大质量黑洞就是一台时间机器。
　　当然,这还不是非常的实用。超大质量黑洞之所以比虫洞更有优势,是因为不会激发悖论。此外,它不会因反馈走上自我毁灭之路。
　　
　　接近光速,飞向未来
　　幸运的是,我们还有另一种时间旅行方式,这也是我们建造货真价实的时间机器最后、也是最大的希望――因为宇宙中存在着速度限制,即光速。
　　任何物体不能超越这一速度,这也是科学界最成熟的理论原则之一。无论是否相信,以接近于光的速度旅行可以将你送达未来世界。要想理解这一点,我们可以想象一个具有科幻色彩的交通系统―― 一条遍布地球周围的轨道,为超高速火车准备的轨道。
　　无论这列想象出来的火车动力有多强劲,它永远也无法到达光速,因为物理学原理令其做不到这一点。假设它接近光速,非同寻常的事情就发生了,列车上的时间相对于地球开始减缓,就如同靠近超大质量黑洞一样,而且有过之而无不及――2050年1月1日,一列火车离开车站,绕地球轨道一圈又一圈,直至100年以后,最终在2150年新年夜停下来。因为身在火车上,时间过得非常慢,实际上他们只过了一周,当乘客们离开火车,会发现一个完全不同于他们出发时的世界。
　　不过,建造一列能达到这种速度的火车的可能性微乎其微。我认为实现这一目标的唯一途径是进入太空。我们应该先制造一个巨大的飞船,里面装载着巨量燃料,令其加速至接近于光速,在全负荷动力运行下,实现这一目标仍需要六年时间。
　　由于飞船如此庞大和沉重,最初的加速度相对平缓。随着时间的推移,飞船速度非常快,不久即覆盖广大区域。一年以后,我们到达了系外行星。两年后,它的速度将达到光速的一半,距离太阳系越来越遥远,再过两年它可能会已经达到光速的90%。在发射四年后,飞船距离地球48万亿公里远,这意味着飞船将开始时间旅行,届时,它的速度接近于光速,在船上待一天,相当于在地球上待两天。
　　再经过另外两年全负荷动力飞行,飞船将到达其最高速度――相当于光速的99%。在这一速度下,在船上待一天,那就意味着在地球上度过一年的时间。飞船确实“飞进”了未来。从理论上讲,这意味着我们一生当中可以跨越无尽的距离。
　　(《看天下》2010年第13期)
　　
　　科技资讯
　　
　　日本“隼鸟”号时隔7年返回地球
　　外太空“流浪”7年的日本“隼鸟”号探测器将进入大气层,焚毁前释放出可能收纳有小行星岩石样本的密封舱。
　　“隼鸟”是继2006年美国“星尘”号彗星探测器后,第二个离开地球重力圈后重返地球的探测器。美方希望通过观察密封舱与大气摩擦产生的光热,测定外表温度,为未来载人火星太空船的耐热设计提供参考。如果密封舱内确有样本,这将是人类首次直接获得月球以外天体的岩石样本。
　　
　　卫星助测全球海洋的容量和深度
　　最近,美国国家海洋和大气管理局的科学家利用最新卫星测量结果估测,全球海洋容量为13.32亿立方公里,海洋平均深度为3682.2米。这些数据比此前一些研究的结论略小。研究报告发表在最近一期的《海洋学》杂志上。
　　
　　研究发现针灸止痛的科学原理
　　止痛是针灸的一项常见功能,但过去人们对其科学原理并不十分清楚。新一期英国《自然?神经科学》杂志刊登报告说,美国罗彻斯特大学等机构的研究人员通过动物实验发现了这一原理。他们对有一只爪子不舒服的实验鼠的相应膝盖部位进行约半小时的针灸,结果发现这会导致实验鼠机体释放一种名为腺苷的物质,这种物质具有天然的止痛效果,可以减轻实验鼠的疼痛。检测显示,针灸后相应部位腺苷的含量是针灸前的24倍以上。
　　
　　老鼠细胞培植出人造肝
　　美国马萨诸塞州总医院研究员成功利用老鼠细胞,在实验室培植出人造肝。科学家希望这项研究5年内可在医院应用,协助人类培植肝脏。
　　马萨诸塞州总医院研究员先去掉老鼠肝脏上的细胞,剩下一个“支架”,然后将2亿个健康的肝细胞分4次、每次10分钟注射到支架上进行培植,成功培植出人造老鼠活肝,在实验室存活10天之久,并能够分解毒素;另外,研究员还将人造肝移植到老鼠身上,发现它能正常运作数小时。有关报告刊登在《自然医学》杂志上。

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