空間彎曲 時間倒流 高一研究性學(xué)習(xí)

【專家解說】：根據(jù)相對論T=T/根號下（1-(C/V)2) 我們只知道速度接近光速可以使時間變慢。 我的推理是，超光速后回到得不是過去，而是和過去同一時間軸的平行世界。你可以接觸過去的實(shí)物，但你所作的一切將不會對你本來世界未來有所影響，因?yàn)槟愀淖兊闹皇浅鲇谕粫r間州的另一個平行世界。 當(dāng)你第一次在愛因斯坦的相對論里見到“彎曲空間”這 個字眼時，恐怕是會感到困惑的，真空怎么能是彎曲的呢？ 你怎樣能使它彎曲起來呢？ 為了弄明白這是怎么一回事，先讓我們這樣想象：在一 艘宇宙飛船里，有人在仔細(xì)觀察附近的一顆行星。這顆行星 的表面完全被深深的海洋覆蓋著，因此有著象臺球那樣的光 滑表面。再假設(shè)有一條船在那個行星的海洋上沿赤道線朝正 東方向行駛著。 現(xiàn)在再進(jìn)一步設(shè)想一下，這位觀察者根本看不見這顆行 星，而只能看到這條船。當(dāng)他研究這條船的運(yùn)動路線時，他 會驚訝地發(fā)現(xiàn)這條船走的是一條圓弧。它最后會回到自己的 出發(fā)點(diǎn)，從而描繪出一個完整的圓周。 如果這條船改變路線，航道就會變得彎彎折折的，不再 是個簡單的圓周。但是，不管它怎么改道，無論它怎么行進(jìn)， 它的航線總是在一個球面上。 根據(jù)所有這些事實(shí)，這位觀察者可能會推斷出，這條船 被束縛在一個看不見的球體的表面上，而束縛它的力正是指 向球體中心的重力。要不，他就可能會認(rèn)為，這條船被限制 在一塊特殊的空間里面。這塊空間是彎曲的，而且彎曲成一 個球形，從而迫使這條船走出這樣的路線來。換句話說，我 們必須在一個力和一種空間幾何形態(tài)之間作出選擇。 你大概會認(rèn)為這是一種想象出來的局面，但實(shí)際上并非 如此。地球這顆行星是沿著橢圓路線繞著太陽運(yùn)行的，正象 一條船在某個看不見的曲面上行駛一樣。至于這條橢圓路線， 我們是假設(shè)太陽和地球之間有一種引力來解釋的，正是這種 引力使地球保持在它的軌道上。 不過，我們也可以從空間幾何形態(tài)來考慮問題。我們不 是通過觀察空間本身——空間是看不見的——而是通過考察 物體在這種空間里的運(yùn)動方式，來確定這種空間的幾何形態(tài)。 如果空間是“平坦的”，各種物體就會走直線從這個空間中 通過，如果空間是“彎曲的”，各種物體就會走出彎曲的路 線來。 一個具有確定質(zhì)量和速度的物體，如果在離開其他質(zhì)量 都很遠(yuǎn)的地方運(yùn)動，那么，它的路徑真的可以說是一條直線。 而當(dāng)它走近另一個質(zhì)量的時候，它的路徑就會變得越來越彎 曲，顯然，是質(zhì)量把空間彎曲了。質(zhì)量越大，離質(zhì)量越近， 空間彎曲的曲率就越大。 把萬有引力看作是一個力，看來要比用空間幾何形態(tài)去 解釋它方便得多，也自然得多。但是，如果在考慮光的行進(jìn) 時，情形就會顛倒過來。按照比較舊的觀點(diǎn)，光是不受重力 影響的，因?yàn)樗鼪]有質(zhì)量。然而，當(dāng)光在彎曲空間里穿過時， 它的路徑也會彎曲起來。把光的速度考慮進(jìn)來，它在太陽這 個巨大質(zhì)量的附近經(jīng)過時路徑的彎曲就能計算出來了。 1919年，愛因斯坦的這一理論（發(fā)表于三年之前） 在一次日蝕期間受到了檢驗(yàn)，人們把太陽位于空間某處時靠 近太陽的某些恒星的位置，與太陽不在此處時這些恒星的位 置進(jìn)行了比較。結(jié)果，愛因斯坦的理論站住腳了。用彎曲空 間來討論萬有引力，看來要比用力學(xué)術(shù)語更為精確。 不過，我們還應(yīng)該提一下，1967年，人們對太陽的 形狀所進(jìn)行的精密測量，發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的引力理論出了問題， 今后將會發(fā)生些什么情況？還得等著瞧。 事實(shí)上,對于"我們能否回到過去?"這個問題并沒有定論,因?yàn)槟壳盁o論是在理論或?qū)嶋H上都沒有達(dá)到成熟,只是一些科學(xué)家們在猜測. 近年來歐洲原子能研究中心的科研人員發(fā)現(xiàn)正負(fù)K介子在轉(zhuǎn)換過程中存在時間上的不對稱性。這是物理學(xué)史上首次直接觀測到時間不對稱現(xiàn)象，更直接地證明了時光可以倒流。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab）也曾經(jīng)于實(shí)驗(yàn)中在亞原子程度下獲得過同樣的驗(yàn)證。 另一方面，對于人類的某些超異?！邦A(yù)感”能力（譬如著名的埃德加·凱西預(yù)言）的不解之謎，同樣也必須建立在“時間倒流”理論的基礎(chǔ)之上才能在科學(xué)上得以合理性的解釋。預(yù)知未來的能力的實(shí)質(zhì)就是捕獲跨越時空的信息（的能力），而任何信息的傳遞都需要以物質(zhì)作為媒介物。既然信息可以從未來時空“回到”現(xiàn)在，那么作為媒介物的物質(zhì)本身也應(yīng)該可以。 其次，在理論上“時間倒流”也同樣具備了一定的條件。要達(dá)到“時間倒流”有兩種方式：一是超光速，二是“蟲洞”（Wormholes）。 按照愛因斯坦那個著名的能量質(zhì)量關(guān)系式E＝mc2，穿越時間隧道從現(xiàn)在回到過去完全是可能的。1905年，愛因斯坦在“狹義相對論”中這樣解釋一個“奇異”世界：我們所處的宇宙可以看成是一個四維時空，隨著物體運(yùn)動的速度增快，時間流程將會變慢，空間尺度將會縮短。1915年，愛因斯坦進(jìn)一步提出他的引力理論，叫作“廣義相對論”。同樣在這個“奇異”世界中，在大質(zhì)量物體（即強(qiáng)大的引力場）作用之下，時空結(jié)構(gòu)會發(fā)生彎曲，時間流程也會變慢。一維時間可以像三維空間一樣發(fā)生彎曲。1974年在美國杜蘭大學(xué)的提普勒（Frank J Tipler）就曾做過計算，一個質(zhì)量很大、無限長的圓柱體，若沿著軸心以接近光速自轉(zhuǎn)，便可讓航天員造訪他自己的過去；同樣的，這也是拖著光線繞著軸，以封閉曲線運(yùn)動。1991年，美國普林斯頓大學(xué)的戈特（Richard Gott）則預(yù)測，宇宙弦（宇宙學(xué)家認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)是在宇宙大爆炸初期形成）可以造成相似的結(jié)果。科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)宇宙飛船經(jīng)過重力場時，把重力場的拉力轉(zhuǎn)換成推力，宇宙飛船在那段時間內(nèi)，便可以以光速甚至超光速飛行。美國航空航天局（NASA）的專家們已經(jīng)創(chuàng)立了“時空場共振理論”，這是以愛因斯坦和德國物理學(xué)家海森堡的“統(tǒng)一場論”為基礎(chǔ)建立的。其要旨是：借助電磁、重力、光速和時空共同演變的伸縮性，瞬間跨越時光。但是，就算真能超光速，狹義相對論也提到物體運(yùn)動速度越快、長度變得越短，越趨近光速、越為顯著，此為“羅倫茲收縮”；而“廣義相對論”也提到，趨近光速會受到強(qiáng)大潮汐重力場的作用。當(dāng)?shù)竭_(dá)光速時，換作是人的話，恐怕早已不成人形了，不用說超光速了。 所以說，另一方面“蟲洞”就顯得更為合理了。 在廣義相對論發(fā)表后不久，1935年愛因斯坦就在理論上發(fā)現(xiàn)了“蟲洞”--也就是由兩個相連的“黑洞”所構(gòu)成的時空結(jié)構(gòu)中的“豁口”的存在--一條貫穿空間和時間的隧道。也就是說，只要能夠建造一個穩(wěn)定的蟲洞，就可以跨越時間和空間。數(shù)學(xué)家把這種情形稱作“多連通空間”（multiply connected space）。但理論家一直未搞清，蟲洞僅允許光線通過？抑或飛船也能穿行？到了1988年，美國加州理工學(xué)院的桑恩和摩立斯終于得出了結(jié)論：蟲洞的兩端皆可出入，并非像黑洞那樣是一種單向通道，只進(jìn)不出；再者，旅行者在蟲洞內(nèi)僅受到一般的拉力，不像在黑洞中。并且，該大學(xué)柏克萊分校的吉普·索恩（Kip Thorne）教授還提出：光找到這樣一個“蟲洞”還不夠，還必須使它的開口時間足夠長，這樣才能讓人有足夠的時間鉆入它。因?yàn)楦鶕?jù)量子理論，這個蟲洞在強(qiáng)力的作用之下，將于瞬間關(guān)閉。有一種假設(shè)是利用開斯米效應(yīng)（Casimir effect）等量子方式向“蟲洞”里灌輸反物質(zhì)（Otone），這樣就可以延長蟲洞開啟的時間。并且，同樣利用反物質(zhì)將其“扯大”，鉆出一條長度約為一光年的“時間隧道”。這樣一條“時間隧道”，便是由“現(xiàn)在”通往“過去”的“快捷方式”。這需要融合愛因斯坦的“廣義相對論”和量子力學(xué)理論，創(chuàng)造出一個全新的量子引力論。著名的洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Lab）的科學(xué)家已在如何利用蟲洞方面進(jìn)行開拓。他們對反物質(zhì)有了更深的研究：一直以來，這種奇怪的反物質(zhì)只存在于理論之中，而今他們已成功地證明，反物質(zhì)也存在于我們的現(xiàn)實(shí)世界之中。并且得出結(jié)論：蟲洞的超強(qiáng)（引）力場，也一樣可以通過反物質(zhì)來中和。（“正物質(zhì)”和“反物質(zhì)”有一很有意思的差別，前者擁有“正質(zhì)量”，能產(chǎn)生能量，后者具有“負(fù)質(zhì)量”，卻可以吸去周圍的能量。）而實(shí)際建造一個蟲洞要分3步：第一步，尋找或建立一個蟲洞，開辟一個隧道用來連接太空中兩個不同的區(qū)域。第二步，使蟲洞穩(wěn)定下來。由量子產(chǎn)生的負(fù)能量，蟲洞便允許信號和物體安全地穿越它。負(fù)能量會抵制蟲洞變?yōu)槊芏葻o窮大或接近無窮大。換句話說，它阻止了蟲洞演變成黑洞。第三步是牽引蟲洞。一艘具有高度先進(jìn)技術(shù)的宇宙飛船將蟲洞的入口互相分離開。如果兩個埠都放置在空間中合適的地方，那么時間差將保持恒定狀態(tài)。假設(shè)這一差值是10年，一名宇航員從一個方向穿越蟲洞，他將跳到10年后的未來，反之，宇航員若是從另一方向穿越蟲洞，他將跳到10年前的過去。這聽起來像科幻，但已是一個美國宇航局?jǐn)M資助的真實(shí)的研究項目。 甚至還有物理學(xué)界權(quán)威認(rèn)為，在我們這個世界里蟲洞就可能以普朗克長度（約10-33公分）這種極微的尺度下自然存在。雖然這只有原子核的1/1020那么小，但在理論上，這么小的蟲洞，只需要一束能量脈沖便可將之穩(wěn)住，接著便可將它膨脹到可資使用的大小。因此，如果已經(jīng)有某個超文明可以駕馭它的話，那么甚至完全可以在地球表面某一特定區(qū)域建造。1979年, 美國和法國科學(xué)家利用儀器，在百慕大魔鬼三角附近海底發(fā)現(xiàn)了金字塔。其由特殊材質(zhì)所造，塔底邊長約300米，高約200米，塔尖離海面僅100米，比埃及金字塔大得多。塔下部有二個巨大的洞穴，海水以驚人的速度從洞底流過這里。也就是說，迄今為止人類在地球上所發(fā)現(xiàn)的最大的金字塔位于同處于北緯30度的百慕大三角，這就足以證明百慕大魔鬼三角與埃及金字塔之間存在著讓人意想不到的密切聯(lián)系。從另一方面來考慮，如果未來文明出現(xiàn)了由人工制造的時間隧道，那么必然從遠(yuǎn)古至未來在外層空間甚至地球表面某一特定區(qū)域存在著時間通道的入口。由百慕大三角區(qū)域所發(fā)生的大量飛機(jī)與輪船神秘失蹤事件，并且恰好又有UFO以及USO頻繁出沒，因此完全有理由將此作為（時間通道入口的）最大嫌疑對象。 事實(shí)上，此處也的確發(fā)生過多起時空扭曲事件：1966年1月6日從阿魯巴島出發(fā)的“尤里西斯”號雙桅帆船在百慕大三角神秘失蹤，卻于1990年突然出現(xiàn)在委內(nèi)瑞拉加拉加斯市郊的海灘上，船上的三個水手的年齡和生理狀況跟24年前并無差異；1955年一架飛越百慕大三角海區(qū)時失蹤的飛機(jī)于1990年完整無損地飛回原定目的地機(jī)場，其中一名飛行員的出生證表明他現(xiàn)在已有77歲，但他看起來只有40出頭；1954年由洛根和諾頓所乘坐的熱氣球在魔鬼三角地帶神秘失蹤，經(jīng)多方查找，仍無下落。1990年春在古巴的春季熱氣球比賽中，那只失蹤36年的熱氣球在消失處又突然出現(xiàn)……） 假如技術(shù)上的諸多難題都被克服了，時間機(jī)器的生產(chǎn)將會打開充滿悖論的潘多拉盒子。關(guān)于跨時間旅行最后還有一個悖論至今沒有人可以解決。舉個例子來說，如果一個人真的“返回過去”，并且在其母親懷他之前就殺死了自己的外祖母，那么這個跨時間旅行者本人還會不會存在呢？對于“外祖母謬論”，現(xiàn)今最受物理學(xué)界所推崇的解決方案是“多重宇宙”理論——世界不是只有一個，而是有許多平行的世界。1957 年物理學(xué)家 Hugh Everett 根據(jù)量子力學(xué)提出“多重世界理論”，認(rèn)為宇宙從“大爆炸”開始的演化過程上，如分叉路般不斷地分裂為二，歧異點(diǎn)是某件關(guān)鍵事件引起的量子轉(zhuǎn)移，而分出的世界便產(chǎn)生差異，成為多重“平行世界”或“等次元宇宙”。（迄今為止，在理論上又可分為三類：量子力學(xué)多宇宙體系、廣義相對論多宇宙體系、渦流增壓多宇宙體系。）并且，近年來物理學(xué)家Stephen Hawking 又指出：無數(shù)個宇宙通過“蟲洞”相互連結(jié)。你回到過去，但那不是你自己的世界，而是和你的歷史相似的等次元宇宙。這樣，即便你打死了自己的外祖母，她在那個世界也的確死了，但當(dāng)你回到未來時，她依然活得好好的。但是，如果真是這樣的話，那么大量的有關(guān)時間倒流的事實(shí)證據(jù)也就無從解釋了。要解決此矛盾，需要創(chuàng)造一個全新的假設(shè)——“鏡子理論”。打個比方：我們單憑自己的肉眼就能直接看到自己身體表面的大部分部位，但是不通過鏡子是永遠(yuǎn)也無法看到作為產(chǎn)生（自己）視覺感觀的物質(zhì)基礎(chǔ)的（自身的）頭部，之所以無法看到自身頭部是由于視線受到了空間上的限制。同樣道理，所謂的“鏡子”代表了與歷史相似的“等次元空間”；而“頭部”即代表了歷史中自己的祖先以及過去的自己（作為構(gòu)建了“現(xiàn)在的自己”存在因素的物質(zhì)基礎(chǔ)）。也就是說，通過“時間倒流”，時間旅行者的確能夠回到真的歷史中，但由于受到了時空上的限制，時間旅行者是永遠(yuǎn)也無法與歷史中自己的祖先以及過去的自己發(fā)生直接的接觸與聯(lián)系的。謀殺自己的外祖母只能在“等次元空間”中存在。因此：由于過去的物質(zhì)，現(xiàn)在的物質(zhì)，將來的物質(zhì)在某些性狀的本質(zhì)上是有所區(qū)別的。時間旅行者一旦即將與歷史中自己的祖先以及過去的自己發(fā)生接觸，那么作為時間旅行者本人在我們這個世界的歷史中所存在的因素就將消失，就像百慕大魔鬼三角突然神秘失蹤的輪船和飛機(jī)那樣，而只能存在于“平行宇宙”中。 這樣，既解決了“外祖母謬論”，同時又為遠(yuǎn)古地球的確受到過未來文明影響提供了理論基礎(chǔ)。