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时间机器,到底应该什么样?

时间续集接着说。上期我们说到:可穿越虫洞应该是什么样?基普·索恩给出了答案。

问题马上来了,那么穿越虫洞的时间机器,又应该什么样?

凡是读过乔治·威尔斯的科幻大作《时间机器》的,无不被书里的时间机器所吸引,尤其是再看过科幻片《时间机器》(不管是1960年版的,还是2002年版的),时间机器到底长什么样子?估计在你脑袋里都已经有固定模版了。

打扮成蒸汽朋克或者后工业朋克的时间机器,不必向你交代背后是什么科学原理,也不会向你说明是穿越虫洞还是黑洞?动用什么能量?

只要你按动几个按钮,看着闪烁的指示灯,你就可以坐享其成——乱入历史,闯进未来,目睹大跨度的时光飞逝、世界大战、文明兴衰……

科幻毕竟只是科幻,不一定都是建立在科学基础上的幻想。

但作为当代天体物理巨擘的基普·索恩,就不能这么搞了。

即使作为科幻作品的科学顾问,说出来的也必须是科学事实,或者是建立在科学原理上,有根据的推测。就算猜想,也应该属于科学猜想,不能违反任何已知的物理定律。

针对穿越虫洞这类课题,讲真,真的好难好难!

不过,令人惊喜的是,索恩竟然真的给出了答案——

穿越奇特时空,必须依靠奇异能量。

要想拥有奇异能量,必须掌握奇异物质!

这到底是什么意思?

根据广义相对论推导,任何虫洞要想保持可穿越的状态,内部就必须存在奇异物质!

这种奇异物质Exotic Matter,必须具有负质量或者负能量才行,这就是所谓的奇异能量。

(根据质能转换方程,质量和能量都是等效的,所以具备负质量或者负能量都行。)

为什么需要负能量,这种奇奇怪怪的能量呢?

我们知道,比如像恒星、黑洞这样的天体,因为引力效应,会将光线向内弯曲,而不是向外弯曲,形成引力透镜效应(凸透镜)。

但是呢,要想产生稳定、可穿越的虫洞,必须让光线按照这样行进:当光线进入虫洞时,光会汇聚起来,当光线离开虫洞时,再发散开来。

也就是说,虫洞对光线具有发散作用,就像是一个凹透镜。

这正好跟我们熟悉的天体引力效应相反,因为太阳、黑洞这些天体都是由普通物质构成的,只能拥有正能量/正质量。

所以呢,要想产生虫洞,就得在虫洞内部填充奇异物质。

这就是说,穿越虫洞的时间机器,必须携带具有负能量/负质量的奇异物质!

索恩把这种尚且未知的具备负能量/负质量的物质,叫做奇异物质。

他将这种理论推导过程,称为弱能量条件。

这就是1988年他发表在《物理评论快报》上——那篇著名的学术论文《虫洞、时间机器与弱能量条件》的核心内容。

那么问题来了,具备负能量/负质量的奇异物质,真的存在吗?还是科学家的猜想而已?

历史总是那么有趣有料。

就在索恩等人发表论文的40年前,也就是1948年,一个卡西米尔的荷兰物理学家严谨证明:量子理论能够产生负能量。

甚至构想了一个验证模型:只要拿来两块不带电的金属板,就能做到。

要知道,常识告诉我们,由于两块金属板不带电,是电中性的,也就意味着它们之间没有作用力。

但是,卡西米尔却推导出:由于量子世界的海森堡不确定性原理,这两块金属板之间的真空状态,实际上异常活跃,数以万亿计的粒子、反粒子不断生成和消失,使得金属板之间产生净吸引力。

这不就是负能量嘛!

这种论断尽管并不违背任何物理定律,但绝对违背常识、直觉,两块不带电的平板怎么可能相互吸引呢?!所以,一言既出,万人笔伐,斥为谬论。

直到十年后的1958年,一位叫斯帕尔纳伊的实验物理学家,果真验证了这种效应的确真实存在。从那以后,这种奇异效应就被叫做卡西米尔效应。

这就意味着,利用卡西米尔效应可以产生负能量,正好为时间机器所用。

于是,最简单的时间机器出现了:

穿越虫洞的时间机器由两个舱室组成,每一个舱室设置两块平行金属板。

在两对金属板之间产生强大的电场,足以让时空开裂,这样在连接两个舱室之间形成一个虫洞,这就是一个可穿越的人造虫洞。

由于虫洞能够连接两个不同时空,所以,当穿越者进入一个舱室后,就会瞬间被转换到某一时空,过去或者未来。

——这就是大多数时间旅行科幻片,所采用的时间机器原理。

而索恩设计的时间机器蓝图,显然更严谨更人性化一些:

尽管卡西米尔效应可以产生负能量,但在索恩看来,能量远远不够,不足以达到撕开时空,产生稳定虫洞的能量。

索恩理想中的奇异物质,不仅负能量巨大,而且能够像金属一样是可塑的,这样的话,最理想的时间机器舱室,应该是由奇异物质构造的圆筒。

穿越者坐在圆筒里面,就像坐飞机一样,去享受时间旅行。就像《超时空接触》里的艾莉那样,穿越时空,飞到26光年外的织女星。

关键问题来了,为什么直到现在人类还造不出时间机器呢?

从资源角度来说,人类还无法找到/制造具有负能量的奇异物质。没有这个作为物质基础,要想撕裂时空,没门!

从理论依据来说,撕裂时空,哪怕是普朗克级的最小时空,都会碰到完全量子化的引力理论,这就需要借助一套万有理论——量子引力论,尽管超弦理论最接近,但还不能够证实或者证伪。

从文明掌握水平来说,人类还远远没有达到能够驾驭超级能量,操纵时空的能力。

正如按照索恩所说:「只有神级文明,作为超空间的主宰者,才能掌握这种能力。」

我想说的是,这原本是25世纪才可能够得着的技术概念,却早早落到了20世纪。

但,不管是星际穿越,还是时间旅行,维际旅行,这都是人类永不放弃的终极追求。

嫁接在科学精神上的探索精神,正是洞开宇宙间最大奥秘——时间的源动力。

时间到底是什么?且看续集。

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