英國著名天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家斯蒂芬-霍金日前在英國《每日郵報(bào)》上刊文，探討了人類建造時(shí)間機(jī)器的方式。以下是他的文章全文：
大家好，我是霍金，一個(gè)物理學(xué)者、宇宙學(xué)者和夢想家。盡管我不能動，必須通過計(jì)算機(jī)講話，但我的思想是自由的。我自由地探索宇宙，并且思考諸多問題，比如：時(shí)間旅行可能嗎？我們能找到回到過去或者通往未來的入口嗎？人類能夠使用自然法則，成為時(shí)間的主人嗎？
時(shí)間旅行曾被認(rèn)為是科學(xué)幻想，我過去避免談?wù)撨@個(gè)問題，擔(dān)心自己被貼上怪人的標(biāo)簽。但近來，我不再小心翼翼。實(shí)際上，我自己非常希望拜訪修建史前巨石柱的人類。我對時(shí)間十分困惑。如果有時(shí)間機(jī)器，我一定去拜訪瑪麗蓮-夢露，或者去看看伽利略和他的望遠(yuǎn)鏡?；蛟S我還能前往宇宙的盡頭，尋找整個(gè)宇宙的終點(diǎn)。
這些幻想都是可能的，物理學(xué)家們需要關(guān)注所謂的“四維空間”。我們知道，每個(gè)物體，包括我乘坐的輪椅，都有長度、寬度以及高度等三維空間，但實(shí)際上還有另外一種長度，即“時(shí)間的長度”。人類可以存活80年，而史前巨石柱屹立了數(shù)千年，太陽系則存在了數(shù)十億年。即使在太空中，萬物也都有時(shí)間的長度，在時(shí)間中漫游，意味著穿越四維空間。
讓我舉例說明，開車直線行進(jìn)等于是在第一度空間中行進(jìn)，而左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)等于加上第二度空間，至于在曲折蜿蜒的山路上下行進(jìn)，就等于進(jìn)入第三度空間，而穿越時(shí)光隧道就是進(jìn)入四維空間，科學(xué)家將這條時(shí)間隧道命名為“蟲洞”。實(shí)際上，蟲洞就存在于我們周圍，只是太小以至于肉眼很難看見，它們存在于空間與時(shí)間的隱密裂縫中。
理論上，蟲洞也是一種隧道或者捷徑，愛因斯坦在其《相對論》中就已經(jīng)預(yù)測其存在，用于連接兩個(gè)時(shí)空。負(fù)能量將空間和時(shí)間吸入隧道口，然后從另一個(gè)宇宙出現(xiàn)。但這些現(xiàn)在依然是假設(shè)，顯然沒人曾看到過蟲洞，但已經(jīng)用人利用這一理論拍攝電影，比如《星際之門》和《時(shí)光大盜》。
世間萬物并非是平坦或固體狀的。如果你距離足夠近的進(jìn)行觀察，會發(fā)現(xiàn)一切物體上出現(xiàn)小孔或皺紋，這是就是基本的物理法則，而且適用于時(shí)間。如同在第三度空間中一樣，在四維空間中，時(shí)間也有細(xì)微的裂縫、皺紋及空隙，而比分子、原子還細(xì)小的空間則被命名為“量子泡沫”，蟲洞就存在于其中。而科學(xué)家們企圖穿越的空間與時(shí)間隧道或捷徑，則不斷在量子世界中形成、消失或重組，它們實(shí)際上連結(jié)兩個(gè)不同的空間及時(shí)間。
但不幸地是，這些真實(shí)存在的隧道直徑只有一厘米的百萬億分之一，小到人類無法穿越，不過也就是“蟲洞時(shí)光隧道機(jī)器”的核心概念。一些科學(xué)家認(rèn)為，有朝一日，人類也許能夠抓住一個(gè)蟲洞，再將它無限放大，使人類甚至太空船可以穿越；若給予足夠的動力加上先進(jìn)科技，科學(xué)家或許也可以在太空中建造一個(gè)巨大的蟲洞。這條蟲洞的一個(gè)端點(diǎn)在地球附近，而另外一個(gè)端點(diǎn)可能在極其遙遠(yuǎn)的星球上。
理論上說，時(shí)光隧道或蟲洞能夠帶著人類前往其他行星。如果蟲洞兩端位于同一位置，且以時(shí)間而非距離間隔，那么太空船就能飛入，并在地球附近重新出現(xiàn)，只是回到了“遙遠(yuǎn)的過去”，或許恐龍能夠看到太空船著陸。
但是現(xiàn)在，我意識到在四維空間思考并不輕松，蟲洞也許就在你的思維中，但卻摸不著頭腦。我曾設(shè)想用簡單的實(shí)驗(yàn)揭示，現(xiàn)在或者將來人類的時(shí)間旅行穿越蟲洞是可能的。我將兩件我最喜歡的事情組合，看是否從未來到過去的時(shí)間旅行是可能的。
讓我們想象一下，我正要舉行宴會，歡迎未來游客。我會將一份邀請按照時(shí)間和空間的延伸，復(fù)制出很多份?；蛟S未來某一天，住在未來的某人會發(fā)現(xiàn)邀請函上的信息，使用蟲洞時(shí)間機(jī)器回來參加我的宴會，以此證明時(shí)間旅行是可能的，而我的時(shí)間訪客可能在任何時(shí)候到達(dá)。但正如我恰年所說的，沒人出現(xiàn)。我希望至少未來的宇宙小姐能夠邁進(jìn)我的宴會大門。
為什么這個(gè)實(shí)驗(yàn)沒能成功呢？原因之一可能是前往過去的時(shí)間旅行問題，我們稱之為“悖論”。 其中，最為著名的就是祖父悖論（假設(shè)你回到過去，在自己父親出生前把自己的祖父母殺死；因?yàn)槟阕娓改杆懒?，就不會有你的父親，你就不會出生；你沒出生，就沒有人會把你祖父母殺死；若是沒有人把你的祖父母殺死，你就會存在并回到過去且把你的祖父母殺死，于是矛盾出現(xiàn)了）。但我有一個(gè)更簡單的“瘋狂科學(xué)家悖論”，即某人建立了蟲洞，時(shí)間隧道延伸到過去一分鐘之前。通過蟲洞，這名科學(xué)家看到了一分鐘前的自己。但是如果他利用蟲洞殺死了一分鐘前的自己，會發(fā)生什么問題呢？結(jié)論是，現(xiàn)在的他也跟著死亡。那么是誰開的槍呢？這就是一種矛盾。
這種時(shí)間機(jī)器可能違反了支配整個(gè)宇宙的基本原理，即以往種下的因成為今日的果。我認(rèn)為，事情不可能自己發(fā)生，如果實(shí)際上如此，可能沒有什么能夠阻止宇宙逐漸陷入混亂。因此，我想，應(yīng)該有某些東西在預(yù)防這種自相矛盾的悖論。也就是說，肯定有某種原因阻止科學(xué)家回到過去殺死自己。我認(rèn)為，蟲洞本身就是一個(gè)問題。我認(rèn)為，這樣的蟲洞幾乎是不可能存在的，理由是反饋效應(yīng)。
當(dāng)聲音通過麥克風(fēng)，沿著線路傳遞到達(dá)喇叭時(shí)，你會發(fā)現(xiàn)，每經(jīng)過一次循環(huán)，從喇叭傳出的聲音就增大一分。如果沒有東西阻止這個(gè)聲音，其反饋效應(yīng)最后將毀掉音響系統(tǒng)。同樣的事情也發(fā)生在蟲洞身上，只是射線代替了聲音。一旦蟲洞擴(kuò)張，自然射線就會進(jìn)入，循環(huán)后這種射線變得十分強(qiáng)大，足以毀掉整個(gè)蟲洞。因此，盡管小蟲洞存在，但很難將其擴(kuò)展足夠大，也不足以支持時(shí)間機(jī)器穿過。這是沒人能夠從將來回到過去的真實(shí)原因。
似乎任何通過蟲洞或者其他方法回到過去的時(shí)間旅行都幾乎是不可能的，否則悖論就會發(fā)生。因此，前往過去的時(shí)間旅行似乎從未發(fā)生過。但是這并不是故事的結(jié)尾，這并不意味著所有時(shí)間旅行都是不可能的。我相信時(shí)間旅行，相信能夠進(jìn)入未來。時(shí)間流動就像河流一樣，似乎我們每個(gè)人都在隨著時(shí)間流身不由己地前進(jìn)。但時(shí)間流在不同的空間也有不同的速度，這是未來時(shí)間旅行的關(guān)鍵。愛因斯坦曾意識到，時(shí)間流應(yīng)該有速度緩慢的地方。他是對的，地球軌道上方的衛(wèi)星上，其時(shí)間流動就比地球上快。每艘太空船上都有精確的時(shí)鐘，但它們每天比地球上快三十億分之一秒。
問題并非出在時(shí)鐘上，而是因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量巨大。愛因斯坦認(rèn)為，物體越重，時(shí)間就變得越慢，這個(gè)理論為未來時(shí)間旅行打開一扇門。在銀河系中心、距離我們26000光年的地方，停留著銀河系最重的天體，相當(dāng)于四百萬個(gè)太陽，那里的時(shí)間過得最慢，使它成為一臺天然時(shí)間機(jī)器。太空船可以利用這種現(xiàn)象。地球上控制任務(wù)的太空機(jī)構(gòu)觀察到，太空船繞行其軌道花費(fèi)時(shí)間16分鐘。但船上的人會發(fā)現(xiàn)，他們的時(shí)間減慢一半。16分鐘的軌道飛行，他們感覺只用了8分鐘。實(shí)際上，這時(shí)候他們就已經(jīng)在進(jìn)行時(shí)間旅行。想象一下，他們圍繞黑洞飛行了五年，其他地方卻已經(jīng)過了十年。但他們回家時(shí)，發(fā)現(xiàn)比地球上的人年輕五歲。因此，如果太空船能夠靠近這種質(zhì)量巨大的天體，時(shí)間就會變慢。但是這種黑洞式的時(shí)間機(jī)器太過危險(xiǎn)，需要我們花費(fèi)太長時(shí)間才能到達(dá)未來。
幸而我們還有另外一種時(shí)間旅行的方式。你的速度只要快到擺脫宇宙速度的限制，即超越光速（每秒30萬公里），你就能免于被吸入黑洞，進(jìn)入未來。人類史上最快的載人飛船是阿波羅十號，它的時(shí)速可達(dá)40000公里。但是要想進(jìn)行時(shí)間旅行，這個(gè)速度必須再快2000倍。
讓我們暢想一下，如果地球周圍有一列超高速火車在鐵軌上運(yùn)行。一旦這列火車接近光速，它也就成了時(shí)間機(jī)器，火車上的乘客正乘坐單程票前往未來。火車先是開始加速，越來越快，最后圍繞地球飛速運(yùn)轉(zhuǎn)。接近光速意味著這列火車每秒鐘要繞地球飛轉(zhuǎn)7圈，但是無論添加多少動力，火車永遠(yuǎn)不可能達(dá)到光速，因?yàn)槲锢矸▌t限制了它。讓我們想象火車接近光速的情景。相對于其他世界來說，火車上的時(shí)間開始減緩，就像在黑洞附近。船上人度過7天，相當(dāng)于地球人度過100年。
當(dāng)然建立達(dá)到如此速度的火車時(shí)不可能的，但我們可以建設(shè)類似火車的、世界上最大的粒子加速器。當(dāng)動力開啟式，粒子的速度可以達(dá)到每秒鐘10萬公里。增加動力，粒子的速度就會越來越快，直到最后達(dá)到接近光速。但與火車類似，粒子也永遠(yuǎn)達(dá)不到光速，最多只能達(dá)到光速的99.99%。但此時(shí)，已經(jīng)開始時(shí)間旅行。因此時(shí)間旅行也變得很簡單，只要我們達(dá)到足夠快的速度即可實(shí)現(xiàn)。
為此，我們需要巨大的太空船，上面裝滿大量燃料，支持其加速到光速。在全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)六整年后，擺脫宇宙速度限制后，飛船一周內(nèi)就可以到達(dá)帶外行星，兩年后達(dá)到半光速到達(dá)太陽系外圍，四年后達(dá)到光速的90%，距離地球48萬億公里，并實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行，飛船上每小時(shí)相當(dāng)于地球上過了兩小時(shí)。再過兩年，飛船將達(dá)到光速的99%，這時(shí)船上的一天相當(dāng)于地球時(shí)間的一年，飛船真正進(jìn)入未來。
時(shí)間變慢是另外一個(gè)好處，意味著人類可以利用有限的生命，到極遠(yuǎn)的地方旅行，到銀河系邊緣的旅行只要約80年。最后，我們可能通過對物理學(xué)的理解，成為通過四維空間的真正太空航行者。（李雪）
