霍金的时空穿越指南

时空旅行是人类梦寐以求的事。光是想象一下遨游太空,就让人兴奋;要是能坐上比光速更快的飞船,当个时空旅人,穿越到未来或者过去,那就更爽了。不过,想象归想象,能不能实现,还得物理学家来解答。

霍金无疑是大家心目中物理学家的偶像代表。无论是他一生与“渐冻症”搏斗的勇气和意志,还是他在引力物理等方面的科学贡献,都让他成为知识领域的一座让人仰慕和敬重的高峰。他从小就喜欢思考大问题,人类从哪儿来?宇宙怎么开始的?所以他的同学戏称他是“爱因斯坦”。他在理论物理方面所取得的成就,正是得益于他喜欢探究本质的思考习惯。

在遗作《十问》中,霍金延续了这个习惯,提出了关于宇宙的十个终极问题,引导读者们深入思考宇宙以及人类的未来命运。人们最关心的黑洞、时间旅行等内容,自然是《十问》中少不了的话题,因为霍金本人对此非常着迷,在2007年他还亲身体验过失重状态。


1、好奇的霍金没等来自己的时间旅行客人

霍金身上始终有一股孩子气的纯真可爱。2009年,霍金办了一个有趣的酒会。他想验证是否真的有时间旅行者,所以,聚会结束后他才发出邀请。他兴致勃勃地等待时间旅行者来参加聚会,结果不出所料,真的没有人来。

霍金没能等来他所期盼的时间旅行者,现实中也没人真地见过来自过去或者未来的访客。这并不奇怪。霍金已经从理论上证明过,如果广义相对论是正确的,而且能量密度也都是正的,那么,时间旅行就是不可能的。

不过,现在还不能完全排除快速太空旅行和在时间中旅行的可能,只是还存在很大的逻辑问题需要解决。所以,科学家和科幻迷脑洞大开,一直热衷于畅想这种可能性。


2、时空旅行可能么?

宇宙浩瀚,天体之间的距离太遥远了。即便能达到现有技术能支持的最高速度,以人类有限的寿命,能在太空到达的范围也非常有限。要想实现时空旅行,粗略地看,有两种解决方法,一种就是缩短距离,另一种就是加快速度。

缩短距离,通俗地说就是“抄近道”。爱因斯坦证明了,把宇宙飞船加速到超光速需要无限的火箭能量。好吧,既然速度达不到,那就从距离做文章,比如制造出一个小管或虫洞把银河系两侧连起来,这就需要时空弯曲到足够的程度才能实现。而且,形成这种时空弯曲的方式需要负质量和负能量密度的物质。巧得很,量子理论中的“卡西米尔效应”证明,从负方向上弯曲时空的确是可行的。所以这种方式还是有希望的。

加快速度并不容易,需要消耗太多的能量。比如一个人想在有生之年到达半人马座阿尔法星的话,宇宙飞船大概需要带上约等于银河系所有恒星质量的燃料。但是弦理论给出了另一种可能。顾名思义,宇宙弦是又细又长的弦,承受着巨大的张力,霍金举例说这种张力可能达到十万亿亿亿吨,就像绷紧的橡皮筋。那么,假如把一根宇宙弦系到太阳上,只需要三十分之一秒,它就能从零加速到每小时60英里,这就像突然松开绷紧的橡皮筋那样。

还有一种被霍金称为“人类初访外太空的真正机会”的方案,叫 “突破摄星”,这种理念指的是骑在光束上的纳米飞船,能达到光速的五分之一,或者每小时1亿英里。在这种速度下,只需要20年多一点的时间,就能够到达前面提到过的半人马座阿尔法星了。听起来的确振奋人心。

毋庸置疑,科学家们正在拼尽全力寻找实现太空旅行的方法。按照霍金的期望,未来100年内,人类能到太阳系旅行,500年后,人类将访问附近的恒星。


3、假如人类能穿越回过去,怎么解决逻辑悖论?

如果时空旅行能够实现,如果人类能穿越回过去,万一一不小心把自己杀死,或者在自己出生前把父母杀死,导致未来的自己不存在了,这个悖论怎么解决呢?

对此,霍金给出两种可能的解决方案。

一种叫协调历史,意思就是说你必须找到物理方程的协调的解,让前后发生的事情在逻辑上协调成立。也就是说,既然你存在并穿越回过去,那么你的父母必须存在并生下你。历史是完整而自足,自我一致的。这是霍金提到的一种时序保护的猜想。

另一种叫选择历史,意思是说人类穿越回过去,就进入到了另一个选择历史。按照这种想法,历史不是单一的,而是有多种可能的历史,每种历史都有自己存在的概率。

4、人类去太空要注意什么?

霍金对人类和地球的未来充满了忧虑,他认为,我们应该去探索太阳系,找到人类可以居住的新的地方。月球和火星就是距离最近的目标。

假如人类能到达火星的话,霍金非常郑重地提醒人们,必须小心,不要让地球的生命沾染火星,更不要从火星带回任何生命,因为我们对它完全没有抵抗力。这一提醒,适用于所有的太空旅行目的地。

另外还要记得,太空旅行的时候,千万要躲开黑洞。万一跌进去,后果相当糟糕。你可能会变成又细又长的意大利面,或者被吸入黑洞在奇点处被毁灭。总之,一旦撞上黑洞,原本愉快的旅行就提前终止了。

在《十问》中,霍金还讨论了一些其他关于人类和宇宙未来的有趣的问题,比如对人工智能的忧虑,以及对未来太空探索的展望。这些问题关乎整个人类和宇宙的命运。霍金一生都在研究宇宙的运行规律,他说:“如果你知道事物怎么运行,你就能控制它。”


2019.04.07雾凇

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