霍金的“時間機(jī)器”回過去沒戲,但可以看到未來|時間機(jī)器

　　全面模擬載人火星探測的“火星-500”試驗6月3日在莫斯科啟動。中國志愿者王躍全程參與520天密閉試驗。消息一出,人類何時能夠移居外星球甚至與外星人親密接觸再次成為熱點話題。
　　此前一天,著名物理學(xué)家斯蒂芬?霍金在美國紐約出席世界科學(xué)節(jié)開幕式。他不久前所提到的“外星人”和“時光機(jī)”,再次成為眾人追問的熱點。
　　霍金不久前在為探索頻道錄制的紀(jì)錄片《與霍金一起了解宇宙》中稱外星生命很可能存在,繼警告人類勿主動與外星人接觸以后,他又在一篇探討如何建造“時間機(jī)器”的文章中詳細(xì)分析了人類如何利用自然規(guī)律實現(xiàn)“時間旅行”的偉大夢想
　　
　　大家好,我是斯蒂芬?霍金,是物理
　　 學(xué)家、宇宙學(xué)家及夢想家。在科學(xué)界,時間旅行一度被認(rèn)為是歪理學(xué)說。過去因為擔(dān)心有人會把怪人的標(biāo)簽貼在自己身上,我對這個問題常常避而不談。但現(xiàn)在,我不再那么謹(jǐn)小慎微了。
　　為了讓這一切從虛幻變成現(xiàn)實,我們應(yīng)以物理學(xué)家的角度來重新審視時間――即第四維。
　　
　　從“蟲洞”回到過去?此路不通
　　讓我們暫時從科幻電影中尋找答案吧。在此類電影中,通常會有一臺巨大而高能耗的時間機(jī)器,這臺機(jī)器產(chǎn)生通往第四維的通道――“時光隧道”。
　　物理學(xué)家們也在思考時光隧道,但我們的角度不同。我們想搞清過去或未來的通道是否存在于自然規(guī)律中,事實證明,我們認(rèn)為確實是存在的。而且,我們還給它們起了一個名字:蟲洞。
　　任何物質(zhì)都不是平整無瑕和實心的,如果仔細(xì)觀察,會發(fā)現(xiàn)它們上面都存在小孔和裂縫,這是一個基本的物理原理,同樣適用于時間。時間也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下――比分子甚至原子都小,我們來到一個稱為量子泡沫(quantum foam)的地方,這是蟲洞存在之處。它們可以連接兩個隔離的空間以及兩個不同的時間。部分科學(xué)家認(rèn)為,或許有一天捕捉到一個蟲洞,將它放大數(shù)萬億倍,令其足夠大,能讓人甚至飛船進(jìn)入。
　　從理論上講,蟲洞或時光隧道不僅僅能把我們帶到別的星球。如果兩端在同一個地方,且由時間而非距離分隔,在遙遠(yuǎn)的過去,飛船就能在地球附近自由出入,或許恐龍會看到飛船登陸的場景。
　　但我只能遺憾地告訴大家,蟲洞本身就是一個問題。我認(rèn)為像這樣的蟲洞不能存在,原因就是反饋。如果你有到搖滾演唱會現(xiàn)場觀看演出的經(jīng)歷,你可能會辨別出一種尖利的噪音,這就是反饋。引起反饋的原因很簡單――聲音進(jìn)入麥克風(fēng),通過電線傳播,經(jīng)由擴(kuò)音器令聲音放大,在一個環(huán)狀物內(nèi)繞來繞去,每次令聲音比上一次更大。如果沒人阻止,反饋能夠破壞音響系統(tǒng)。
　　蟲洞也會遇到這種問題,只不過聲音換成了輻射。一旦蟲洞變大,大自然的輻射物會進(jìn)入,最終形成一個環(huán)路,反饋變得如此強(qiáng)勁,最終摧毀蟲洞。
　　另一方面,回到過去的時間旅行本身就存在問題―― 一個人通過蟲洞,可以看到他一分鐘以前的自我。如果他利用蟲洞向以前的自我開槍,會發(fā)生什么事情?他現(xiàn)在已經(jīng)一命嗚呼。那又是誰開的槍呢?這是一個悖論,聽上去毫無意義。但這卻是那種讓宇宙學(xué)家做噩夢的狀況。這種時間機(jī)器會違反整個宇宙所遵循的基本規(guī)則。
　　任何通過蟲洞和其他方式回到過去的時間旅行或許都是不可能的,否則,悖論就會出現(xiàn)。
　　因此,遺憾的是,回到過去的時間旅行應(yīng)該永遠(yuǎn)不會上演。對于尋找恐龍的人來說,這會令他們大失所望,但對于歷史學(xué)家而言,他們可以徹底解脫了。
　　
　　在黑洞身邊看到未來
　　故事到此并未結(jié)束。這并沒有使所有的時間旅行不可行。我確實對時間旅行深信不疑,對通向未來的時間旅行更是如此。時間就像河流,我們每一個人仿佛被時光的流動無情地卷走,只不過時光是另一種形式的河流――以不同速度、在不同地點流動,這是通向未來的“鑰匙”。
　　一百多年前,愛因斯坦最早提出了這一概念。他認(rèn)為,世上應(yīng)該存在讓時間慢下來的地方,以及讓時間加速的地方。他絕對是正確的,證據(jù)恰恰就在我們的頭頂。這便是全球定位系統(tǒng),簡稱GPS。一個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)正在地球周圍軌道運行,每一艘太空飛船內(nèi)部都是一臺運行精確的鐘表。雖然如此精確,但每天仍會快十億分之一秒左右。造成這種非同尋常影響的原因是地球的質(zhì)量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn),物質(zhì)會減緩時間運行速度,就像是河的下游一樣。物體越重,對時間的阻力越大。這種驚人的事實為通向未來的時間旅行開啟了大門。
　　恰恰在銀河系中心,距離地球2.6萬光年遠(yuǎn)的地方,擁有銀河系中最重的天體―― 一個質(zhì)量相當(dāng)于四百萬個太陽的超大質(zhì)量黑洞,在自身引力作用下,它被壓縮為一個點。這樣的超大質(zhì)量黑洞對時間具有顯著的影響,令其減緩的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銀河系中的任何物體。這使得它是臺“天生的時間機(jī)器”。
　　我喜歡想象宇宙飛船如何能充分利用這種現(xiàn)象。如果某個航天機(jī)構(gòu)正在控制從地球發(fā)射的探測器,他們會發(fā)現(xiàn)繞軌道運行一圈的時間為16分鐘。對于飛船上的勇敢者來說,靠近這個超大質(zhì)量物體,時間就會慢下來。在這里,引力影響遠(yuǎn)比地球引力極端。機(jī)組人員的時間將會減慢一半。對于原本每圈要耗費的16分鐘,他們其實僅經(jīng)歷了8分鐘。
　　想象一下,當(dāng)飛船及機(jī)組人員繞這個黑洞運行五年時,別的地方已經(jīng)過去了十年。當(dāng)他們回到家鄉(xiāng),地球上的人比他們老了五歲。所以,超大質(zhì)量黑洞就是一臺時間機(jī)器。
　　當(dāng)然,這還不是非常的實用。超大質(zhì)量黑洞之所以比蟲洞更有優(yōu)勢,是因為不會激發(fā)悖論。此外,它不會因反饋走上自我毀滅之路。
　　
　　接近光速,飛向未來
　　幸運的是,我們還有另一種時間旅行方式,這也是我們建造貨真價實的時間機(jī)器最后、也是最大的希望――因為宇宙中存在著速度限制,即光速。
　　任何物體不能超越這一速度,這也是科學(xué)界最成熟的理論原則之一。無論是否相信,以接近于光的速度旅行可以將你送達(dá)未來世界。要想理解這一點,我們可以想象一個具有科幻色彩的交通系統(tǒng)―― 一條遍布地球周圍的軌道,為超高速火車準(zhǔn)備的軌道。
　　無論這列想象出來的火車動力有多強(qiáng)勁,它永遠(yuǎn)也無法到達(dá)光速,因為物理學(xué)原理令其做不到這一點。假設(shè)它接近光速,非同尋常的事情就發(fā)生了,列車上的時間相對于地球開始減緩,就如同靠近超大質(zhì)量黑洞一樣,而且有過之而無不及――2050年1月1日,一列火車離開車站,繞地球軌道一圈又一圈,直至100年以后,最終在2150年新年夜停下來。因為身在火車上,時間過得非常慢,實際上他們只過了一周,當(dāng)乘客們離開火車,會發(fā)現(xiàn)一個完全不同于他們出發(fā)時的世界。
　　不過,建造一列能達(dá)到這種速度的火車的可能性微乎其微。我認(rèn)為實現(xiàn)這一目標(biāo)的唯一途徑是進(jìn)入太空。我們應(yīng)該先制造一個巨大的飛船,里面裝載著巨量燃料,令其加速至接近于光速,在全負(fù)荷動力運行下,實現(xiàn)這一目標(biāo)仍需要六年時間。
　　由于飛船如此龐大和沉重,最初的加速度相對平緩。隨著時間的推移,飛船速度非常快,不久即覆蓋廣大區(qū)域。一年以后,我們到達(dá)了系外行星。兩年后,它的速度將達(dá)到光速的一半,距離太陽系越來越遙遠(yuǎn),再過兩年它可能會已經(jīng)達(dá)到光速的90%。在發(fā)射四年后,飛船距離地球48萬億公里遠(yuǎn),這意味著飛船將開始時間旅行,屆時,它的速度接近于光速,在船上待一天,相當(dāng)于在地球上待兩天。
　　再經(jīng)過另外兩年全負(fù)荷動力飛行,飛船將到達(dá)其最高速度――相當(dāng)于光速的99%。在這一速度下,在船上待一天,那就意味著在地球上度過一年的時間。飛船確實“飛進(jìn)”了未來。從理論上講,這意味著我們一生當(dāng)中可以跨越無盡的距離。
　　(《看天下》2010年第13期)
　　
　　科技資訊
　　
　　日本“隼鳥”號時隔7年返回地球
　　外太空“流浪”7年的日本“隼鳥”號探測器將進(jìn)入大氣層,焚毀前釋放出可能收納有小行星巖石樣本的密封艙。
　　“隼鳥”是繼2006年美國“星塵”號彗星探測器后,第二個離開地球重力圈后重返地球的探測器。美方希望通過觀察密封艙與大氣摩擦產(chǎn)生的光熱,測定外表溫度,為未來載人火星太空船的耐熱設(shè)計提供參考。如果密封艙內(nèi)確有樣本,這將是人類首次直接獲得月球以外天體的巖石樣本。
　　
　　衛(wèi)星助測全球海洋的容量和深度
　　最近,美國國家海洋和大氣管理局的科學(xué)家利用最新衛(wèi)星測量結(jié)果估測,全球海洋容量為13.32億立方公里,海洋平均深度為3682.2米。這些數(shù)據(jù)比此前一些研究的結(jié)論略小。研究報告發(fā)表在最近一期的《海洋學(xué)》雜志上。
　　
　　研究發(fā)現(xiàn)針灸止痛的科學(xué)原理
　　止痛是針灸的一項常見功能,但過去人們對其科學(xué)原理并不十分清楚。新一期英國《自然?神經(jīng)科學(xué)》雜志刊登報告說,美國羅徹斯特大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過動物實驗發(fā)現(xiàn)了這一原理。他們對有一只爪子不舒服的實驗鼠的相應(yīng)膝蓋部位進(jìn)行約半小時的針灸,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這會導(dǎo)致實驗鼠機(jī)體釋放一種名為腺苷的物質(zhì),這種物質(zhì)具有天然的止痛效果,可以減輕實驗鼠的疼痛。檢測顯示,針灸后相應(yīng)部位腺苷的含量是針灸前的24倍以上。
　　
　　老鼠細(xì)胞培植出人造肝
　　美國馬薩諸塞州總醫(yī)院研究員成功利用老鼠細(xì)胞,在實驗室培植出人造肝。科學(xué)家希望這項研究5年內(nèi)可在醫(yī)院應(yīng)用,協(xié)助人類培植肝臟。
　　馬薩諸塞州總醫(yī)院研究員先去掉老鼠肝臟上的細(xì)胞,剩下一個“支架”,然后將2億個健康的肝細(xì)胞分4次、每次10分鐘注射到支架上進(jìn)行培植,成功培植出人造老鼠活肝,在實驗室存活10天之久,并能夠分解毒素;另外,研究員還將人造肝移植到老鼠身上,發(fā)現(xiàn)它能正常運作數(shù)小時。有關(guān)報告刊登在《自然醫(yī)學(xué)》雜志上。

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