倒回
前往未來固然很棒,但是回到過去就更棒了。其中一個誘人的希望就是在股票市場上大賺一筆。
宇航員們知道,看見事物以前的樣子不僅是可能的,而且是不可避免的。當我們把望遠鏡對準遙遠的物體時,我們就是在回望歷史。雖然光速快得讓人看不清,但它還是花了一些時間才抵達地球上的反射鏡和探測器。我們看見的月亮是一點三秒前的月亮,我們看見的太陽是八分鐘前的太陽,我們看見的仙女座星系是兩百五十萬年前的仙女座星系。在可觀測空間範圍的最遠處,我們能看見宇宙大爆炸的餘暉:一百四十億年前的嬰兒期宇宙。
但是,在這麼遠的距離之外,很難看到人類感興趣的細節,而且我們對人類歷史的興趣大過對遙遠星系的興趣。我們當中的許多人不會滿足於只當一名看客,我們更想親自參與其中。
那麼,我們真的能參與歷史嗎?
科學給出的答案當然是,也許能。
嚴正警告:從這裡開始,情況會變得詭異,雖然以度量標準來看相對論的時間膨脹完全正常。前往未來不僅有成熟的理論作為依據,而且有精確的實驗作為支援。回到過去,卻不盡然。愛因斯坦的研究沒有發現任何回到過去的可能性。
但愛因斯坦不是唯一的,也不是最後一個聰明人。
當今世界上最聰明的人之一是加利福尼亞理工學院的教授基普·索恩。你也許沒聽說過他,但你也許聽說過坐在輪椅上的天才物理學家史蒂芬·霍金。在有關相對論的問題上,基普·索恩和史蒂芬·霍金打過好幾次賭。有幾次都是他贏了。索恩博士是世界上研究時間機器的權威專家。他寫了一部相當精彩的著作,叫《黑洞與時間彎曲:愛因斯坦的絕妙遺產》。有關時間旅行的大部分知識我都是從索恩博士的講座和著作中學到的。
事實上,造出時間機器的理論可能性有幾種。然而,沒有一種理論得到實驗資料的支援,甚至連這些理論本身也存在爭議。我們必須清楚:我們將面對不可思議的工程學難題。即使理論上可行,我們也要等待超乎想象的科技進步,才能造出第一臺可執行的時間機器,那將是在遙遠的未來。未來,我們將以上文提到的相對論速度通勤上班。我們的孩子將在科技博覽會專案中把別的行星環境改造成類似地球的樣子。不過,暫且假設我們已經發展到那個階段。
這當中有一種理論可能性是建造一個無限長的巨大圓筒(不僅和宇宙一樣寬,而且無限長),將圓筒設定為以光速繞中軸線旋轉,讓一些高效能的飛行器附在上面一起旋轉。環繞圓筒巨獸的某些飛行路線會回到空間中的同一位置,卻到達了過去的時刻。這就是,時間機器。
然而,建造無限長的圓筒需要無限預算,科研基金可不是這麼用的。不過,或許我們不需要親自建造一個這樣的圓筒。宇宙學專家猜測,早期宇宙中有自然產生的此類物體:例如被稱為「宇宙弦」的線性黑洞,地球上的天文學家也許能檢測到它,依據是繞宇宙弦的圈小於三百六十度。(我說過情況會變得詭異。)我不打算繼續講無限圓筒了,因為另一種方法更酷,而且和科幻小說之間有著有趣的關聯。
另一位表現出色的作者是卡爾·薩根。卡爾·薩根創作小說《接觸》時,想為主人公找到一種快速往返織女星和地球並且從物理學角度看似可行的方法。他想到了一種可能由先進的外星文化發展出的技術,發郵件詢問基普·索恩博士的意見。索恩博士想到了另一種更好的方法,並和薩根博士分享了他的想法,薩根博士把這個想法融入小說裡。
索恩的建議就是物理學界熟知的愛因斯坦-羅森橋,也就是科幻作品的生產者和消費者熟知的蟲洞。(維基百科的詞條上有關於「蟲洞」的詳細解釋和照片,還用光線跟蹤著色的圖片展示了蟲洞如何連線地球上的兩個不同地方。)只需要把織女星附近的黑洞通道與地球附近的黑洞通道相連線,就搞定了!在不同星星間建造起捷徑,整個宇宙任我們遨遊。
等等,這聽起來像在探討超光速旅行,和時間旅行有什麼關係?
密切相關。記住,愛因斯坦相對論的核心原則是:空間和時間是同一個事物的兩個不同方面。一旦其中一個彎曲了,另一個也會彎曲。
索恩博士和其他理論學者認為,蟲洞有可能變成時間機器。讓蟲洞通道的一端留在地球,另一端跟隨雙胞胎悖論觀光團去外太空。太空旅行中的通道口經歷的時間比地球上的更短。等太空旅行中的通道口返回地球后,你從一直留在地球的蟲洞通道口進去,再從經歷過太空旅行的通道口出來,就回到了過去。這是如假包換的時間機器。(物理學家在出版物中進行討論時,稱之為「閉合的時間型曲線」,避免媒體們在新聞頭條上嚷嚷科學家發明了時間機器。)這種蟲洞時間機器有所限制。兩個洞口之間的時間間隔很難調整。你只能在兩個洞口之間選擇一個開始高速短途旅行。而且你永遠無法回到建立蟲洞之前的時間點,那些想借此改變早前競選結果、體育比賽結果或戰爭結局的人要失望了。但你至少能用這個時間機器在華爾街賺一筆,或者刺殺某個祖先,終結外祖父悖論的哲學式討論。
雖然廣義相對論認為蟲洞在理論上可以實現,但並非已成現實。要建造蟲洞還有許多未知的困難需要克服。首先,每個普通的黑洞中心都有一個邪惡的奇點。任何物體只要跨過黑洞視界,必然會落入奇點,被它瓦解,與它融為一體。其次,科學家尚未研究出把兩個黑洞連線起來的方法。最後,根據理論物理學家的預測,如果兩個黑洞通過某種方式互相連線,由此產生的通道來不及等任何物體從中通過就會自行斷開。不過,已經有無數精英投身於這些課題研究,一定會有辦法克服困難。
也許科學家能從某種非普通物質中創造出兩個相互連線且沒有奇點的黑洞,這樣就能抵消傳輸通道崩塌的自然趨勢。理論上,帶有負質量和負壓的物質能夠滿足這一要求。沒錯,要建造一個可通行的蟲洞,需要用到的某種物質比沒有重量還輕,比真空還空。(剛才我說情況會變得詭異時,你是不是還不相信?)雖然實施這項工程需要的物質具有不真實的物理特性,工程師們把這種物質戲稱為「難得元素」,但是這玩意兒實在棒極了!
在物理學研究的邊緣地帶似乎就存在某些施加負壓的東西。神秘的「暗能量」便是其中之一,它使我們的宇宙能抵抗自身重力引起的向內收縮,從而不斷加速向外膨脹。另一個是「卡西米爾效應」。也許應用「卡西米爾效應」能建立起可通行的蟲洞,因此這個話題值得在此一談。
物理學家們相信,在最微小的空間尺度和轉瞬即逝的時間範圍內,我們的宇宙是一團翻湧的泡沫,充滿不穩定性,不斷創生出一對對亞原子粒子,這些粒子在能被檢測到之前就重新組合並消失。這些粒子被稱作「虛粒子」。虛粒子包含了光子和電磁振盪,它們組成了光、無線電、x射線,等等。實光子和虛光子對金屬類電導體的穿透性都不太好。因此,如果讓兩塊極光滑平坦的金屬表面相互靠得很近,就不會產生波長大於兩塊金屬板間隔距離的虛光子。但在兩塊金屬板之外是所有波長的虛光子,它們對金屬板背面施加的輻射壓力比金屬板之間限制波長範圍的虛光子所給的壓力大一點點。如果所有這些稀奇古怪的情況確實存在,那就會有一股微小的力量——實際上就是負壓——推著兩塊金屬板相互靠近。
這種力量的確存在並已在實驗中被測量到。
用「卡西米爾效應」建造蟲洞會面臨一些難題。只能進行短距離操作,而且十分脆弱。把時空敲出洞所用的錘子可沒有一個坍縮的大質量恆星核那麼巨大。但是,如果我們的後代要把別的行星環境改造成類似地球的樣子,而我們不想被超越,那就應該努力爭取。首先,我們要建造一個直徑等同於冥王星軌道直徑的球形金屬殼,也就是一個超大型的戴森球。然後,我們再建造一個戴森球,用它環繞第一個戴森球,並小心翼翼地使兩個戴森球的間隔距離保持一埃(一埃等於10的負10次方米),這個距離大約相當於一粒原子的直徑。據索恩博士所言,如果我們完成了以上工作,「卡西米爾效應」會使時空彎曲,我們將分不清哪一個戴森球在裡面,哪一個在外面。這樣我們就能建造出穿越百億分之一米的蟲洞。不幸的是,這並非一臺實用的傳輸裝置。但這是一個真正的蟲洞,如果把通道的一端送上高速旅途,也許就能把它轉變為一臺真正的時間機器。
回到現在
不幸的是,人類的文化水平離「先進得不可思議」還差一截,近期內不能建造俄羅斯套娃式的戴森球,更不能把它們加速到相對論速度。但這並不會削弱時間旅行的吸引力。在科幻小說領域和理論物理學領域,時間旅行仍然是值得探討的話題。正如《接觸》一例,有時這兩個領域的相互作用有助於推進彼此的發展。由於我們搭乘的時間列車以每小時三千六百秒的速度不可阻擋地向前進,我們建造時間機器的那個日子也正在不可阻擋地向我們靠近。也許在時間軌道上的某個地方,人們正被送向遠方,送往更遙遠的未來,而在那裡人們也可以被送回過去。
不準離開,不準觸碰過去的任何東西!
thetimetraveler'salmanac
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