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《三体》思想实验12|宇宙中未知的能量和物质、如何穿越时空?


无边界宇宙模型与加速膨胀,暗能量


宇宙大爆炸说的是什么呢?它说的是我们的宇宙一开始并不是像今天这样浩如烟海、如此庞大的,它一开始是非常小的一团东西,甚至小到可能只有一个点,然后突然发生了一个巨型的爆炸。

在这个爆炸之后,在非常短的时间之内,我们现在这个宇宙就开始逐渐形成了。这就是为什么我们之前一直讲的哈勃定律所观测到的,我们现在的宇宙是一直在向外膨胀。因为你想,爆炸那不就是向外膨胀、向外运动的这样一个趋势吗?因为大爆炸一开始就是在向外扩张。

但是如果仅仅凭宇宙是在扩张这一点、 是在膨胀这一点,其实是没有办法去反推过来大爆炸这个理论是正确的。也就是说你只能从宇宙大爆炸推理出哈勃定律是正确的,只能说因为有宇宙大爆炸,所以我们的宇宙是膨胀的,但是你不能说因为我们的宇宙是膨胀的,所以它一定是由一个大爆炸诞生的。

万一它一开始不是个大爆炸,万一宇宙是像一颗心脏一样, 它可能有时候收缩、有时候膨胀,我们只不过赶上了它膨胀的这段时间, 这也是有可能的。 所以说你不能说因为宇宙在膨胀,所以它来自于一个大爆炸。
需要证明宇宙大爆炸理论是正确的话,我们就需要更多的证据。不如我们来思考一下这个问题。

宇宙的年龄

我先问你,你猜我们的宇宙已经活了多少岁?就是说大爆炸是在多少年前开始的?这个问题好像看似无从入手,但是你仔细一想也并不难。

因为以我们现在人类的科学技术,我们有全世界最先进的望远镜,理论上我们是想看多远就能看多远。那我们用这样的望远镜去观察宇宙,人们发现我们能观察到的最远的星星,离我们是138亿光年,什么意思呢?就是这个距离光都要走138亿年才可以到达。


这意味着什么?为什么我们看不到更加远的星星?是宇宙只有这么大,我们已经望到边界了吗?当然不是,因为它还在膨胀,所以宇宙不可能只有这么大。

那这只能说明,如果有更远的星球,它们的光还没有足够的时间赶到地球上,那这说明什么?时间不够,对不对?为什么不够?因为138亿年就是宇宙的年纪,你不可能有比宇宙的年龄更加长的时间了。

所以呢,因为我们能观察到的最远的星星在138亿光年以外,所以我们可以推算出宇宙的年纪大约就是138亿岁。

我们继续进行推理,如果说最远的星星上的光是138亿光年以外来到地球上的,这说明什么?说明这些光是经历了138亿年的旅行才来到了我们的地球上,它是138亿年以前从宇宙的远处出发的,它是一道非常老、非常老的光,跟宇宙年龄一样大的光了。

我们看到的这些宇宙最远处的景色、这些面貌,其实就是宇宙还非常年幼的时候的景象。

假如我们现在能够像科幻电影里面一样获得超能力,我们去瞬间移动,打比方说我就想移动到我们地球之外200光年以外的地方。到了那个地方,我拿一个望远镜朝地球望,那我会看到什么景象呢?

我会看到中国还在清朝时候的景象。因为200年前地球上发出的光当然就是中国还处在清朝时候的光,它要花200年时间,才能到达我现在所在的离地球200光年以外的地方,所以我看到的当然是清朝时候的中国。


所以说,同理,我们看到138亿光年以外的光,也应该是来自于宇宙最年幼时候的景象,138亿年前的一个景象。

我们再来进一步考虑一下,现在我们的宇宙里面大部分空间是空的,都是黑黢黢的。但是还是存在着非常多的星星,还有很多的光。换句话说,我们全宇宙的能量、光线还是很多的,因为有这么多星星在那。那么如果说宇宙是通过大爆炸爆出来的,宇宙在它年幼的时候一定是比较小的一个体积。

问题来了,也就是说在宇宙诞生之初,在它最小的时候,宇宙里现在我们看到的这些物质,很多的物质现在离得非常开,它们一开始肯定是挤在一个非常狭小的空间里面。

最早时候的宇宙绝对不会像现在这么黑、这么空,因为那么多的物质、能量、光都塞在一个很小的空间里面。”当时的宇宙、诞生之初的宇宙、幼年的宇宙,一定是一个很满的、充满能量的、很热闹的,像一锅煮沸的汤一样的,纯白的宇宙。根据我们刚才的推理,宇宙最早的时候一定是纯白色的。

既然我们能看到最远的星球是138亿光年以外,那从138亿光年以外传过来的光线定是138亿年前的光线,应该是那个充满了光亮的、纯白色的宇宙传来的光线。

也就是说,如果大爆炸理论是正确的,138亿光年以外传来的应该还是一锅炙热时候的景象。但是你想现在我们的宇宙明明都是黑的,哪里来的光亮,如果这个理论是正确的,难道不应该是整个宇宙都是白天啊?

这个时候我们学过的多普勒效应又要出现了,就是离我们这么远的星球,它一定是以非常快的速度远离我们而去。那这个时候哪怕有非常光亮的光线,它们都会经受到一个多普勒效应的红移。

多普勒效应说的是,如果这个发光物体,它离我们远去的话,它发出来的光在我们看来就会变红,或者说它的波长会变长,这个效应叫做红移

138亿光年以外的这些星球,根据哈勃定律,它远离我们的速度应该是极大的。所以说哪怕你有非常白的光线,经历了多普勒效应的红移,真正到我们这的话都已经被移成波长非常长的、肉眼看不见的光线了,这就是为什么我们的宇宙现在看上去还是黑的。

但是这事还没完,如果我现在给你算上红移,就算我现在肉眼看不到宇宙深处传来的白光,我拿仪器是不是能够测量出红移了之后的那些光线呢?

宇宙微波背景辐射

你别说,当然是有人这么做过了,上一个世纪的60年代, 有这么几个科学家,叫彭齐亚斯和威尔逊,这两个人,他们就是发明了新设备,想测一测这个字宙射线的强度。

他们当时为了降低干扰,制造了一个新式的天线接收系统,就是为了去测量宇宙里光信号、电磁波信号的强弱。为了降低其他的信号干扰,他们甚至还清除了天线上很多鸟粪。 但是他们依然发现这个天线不管指向宇宙中的什么位置,它都可以收到一个很微弱的,但是强度极其恒定的电磁波信号。

到这儿你可能会问什么是电磁波?其实我们的光,你能看到的红橙黄绿青蓝紫都是一种电磁波, 只不过波长不同而已。

这个电磁波它的波长可以从很长很长到很短很短,只不过不同长度区域内的电磁波名称不一样而已,比方说我们的可见光,就是在电磁波当中所谓的可见光波段。

那么这两个科学家发现宇宙当中不管任何方向,都能够测到一个波长很长的,跟我们的微波炉发出来的那种波长一样的微波。那这种现象他们就称为宇宙微波背景辐射。顾名思义。

微波:因为是从宇宙里传来的,它的波段是在微波范围,差不多这个波长在一毫米左右。

背景:就是说不管什么方向都有。

辐射:他们排除了所有可能产生微波的源头,最终得出结论是从宇宙的最深处、宇宙的背景处传来的,它是一种向外发射的形态,所以叫辐射。

这就是特别重要的一个物理学研究成果,叫做宇宙微波背景辐射,这两位科学家也因为这项发现获得了1978年的诺贝尔奖。

也就是说,宇宙微波背景辐射的发现,证明了宇宙在138亿年以前确实充满着一种光,这些光全都被多普勒效应给红移掉了,所以说如果我们把这个红移的效果反算回去,那它确实就预示着138亿年以前宇宙是充满一片白光的,是一团非常炙热的能量体。

到这儿通过宇宙的微波背景辐射,宇宙大爆炸的理论就基本上得到了证实,因为它证明了我们的宇宙在诞生之初,确实经历了一个体积非常小、整体非常炙热、充满白光的状态,这就是宇宙大爆炸的最好证明。 

大爆炸之前是什么样子?

无边界宇宙模型

我们来主要讲讲霍金的另外一个物理学理论,这甚至不能说是霍金对物理学的贡献,因为这个理论其实是上升到了哲学层面的一种哲学观念,就是所谓的无边界宇宙模型。

之前我们讲到了宇宙大爆炸,就是说宇宙其实并不是存在了无限久的。而是它在年龄上有一个起点,它有一个诞生的过程。一开始宇宙它是一个几何点,在经历了一次大爆炸之后,它不断地膨胀,而且是加速膨胀。

根据我们的观测,宇宙到今天还在加速膨胀。那么自然而然地就有了这样一个问题,宇宙诞生之前是什么?宇宙大爆炸之前是什么样的?这个问题其实是非常难以去回答的,甚至难以去想象。

关于这个问题,霍金就有了无边界宇宙的模型。这个无边界宇宙模型是霍金与另外一位叫做哈特尔( James B. Hartle )的科学家共同提出的一个猜想。无边界宇宙理论或者说无边界宇宙模型是说,根本就不存在大爆炸之前这么一个概念。记住, 这儿的关键词还不是“宇宙大爆炸”, 面是“之前'。

无边界宇宙理论说的是因为在宇宙大爆炸刚开始的时候,时间才刚刚诞生,时间才存在。只有当时间的概念诞生了之后,我们才有时间概念。宇宙大爆炸发生的那一刹那,时间才开始有了意义,如果还没有发生宇宙大爆炸的话,连时间都不存在哪里有什么“宇宙大爆炸之前”这样的一个概念呢?

就是当你在讨论某件事发生之前,其实你有一个默认的假设。就是它是发生在某一个时间点上的。 但是如果时间点都不存在的话。你又怎么样去找这样一个时间上与之相比较的对象呢 ?

所以说,无边界宇宙模型的第一个答案,就是它不存在宇宙大爆炸之前这个问题,这个问题问得不对,就是问题本身是没有意义的。就好像你问一只苹果的心律是多少, 苹果根本就没有心脏,你怎么能问它的心律是多少呢?所以说这个问题本身是没有意义

宇宙膨胀到极限之后


同时霍金他还给出了一个例子,帮助我们来理解所谓的无边界宇宙模型。这个例子是这样说的,就是问宇宙大爆炸之前是什么这样的一个问题,就好像你在问,在地球上北极以北是在什么地方一样。你在地球上的任何一个北极以外的点,你向北极走,每走一段,你的位置都比以前更加北了,对吧?

这个很好理解,假设我们这个时光机可以被发明出来,你坐时光机回到过去,比方说你回到去年的时候,去年的宇宙是在时间上比现在的宇宙更早的宇宙,是更加“之前”的宇宙。

但是,你一直向北走,走到了北极点,这个时候你的位置已经是最北了,你不能有再比这个点更北的位置了。

,这个时候如果你已经待在北极了,不管怎么样我还想走走,我还想探索一下。这个时候你往任何方向走,实际上你的位置是更加南了,更加偏南方了。

你坐时光机,来到了宇宙大爆炸之初,这个时候的时间已经是最早了,是宇宙之初,是宇宙的起点了。

你在大爆炸之初的时候,时间刚刚诞生,所以你没有办法再走向比大爆炸更早的时间了,因为不存在更早的时间。

宇宙也一样,膨胀到极限之后,它就不能再膨胀,时间也走向了一个极点,这个时候如果再发展,根据无边界宇宙的模型,时间就会开始倒流,宇宙开始收缩,不断地收缩,再收缩成一个点,收缩成回到大爆炸之初的样子。

然后到大爆炸之初,怎么办?你还想再探索探索,再发展发展,那就再来一次大爆炸。这就好像你在地球的表面旅行一样,你从北极出发到南极,到了南极你再发展,那就是又继续往北极去。你又到了北极,再发展,那就又是往南走,如此循环反复,实际上并没有开始和结束,所以就完全是没有边界的。

一个人在北极和南极两个点当中振荡徘徊,宇宙也是从大爆炸到宇宙膨胀到极点然后开始所谓的大收缩。在大爆炸跟大收缩之间循环反复,无始无终。时间在大爆炸的过程当中,膨胀的过程当中是正流的,然后膨胀到了极点开始大收缩的时候,又是倒流的。

为什么宇宙像是一个被吹大的气球?

宇宙中其实大部分的物质都是暗物质。我们能看到的这些发光的,比方说这些星系、天体其实都只是宇宙的很小一部分。

但是你别忘了,这个宇宙中除了以质量形态存在的物质,还有我们之前提到过的能量,这些光能、热能、动能,它们都是能量,但是这些能量也不是宇宙中的全部能量,而且还只是很小很小很小一部分的能量。

那我来解释一下什么叫加速膨胀,哈勃定律:就是这些星星它不仅在离我们远去,而且离开我们远去的速度是越来越快的。这个事情是非常令人震惊的,为什么呢?因为以前的科学家们认为,根据我们之前说的宇宙大爆炸理论,这个宇宙是一下被爆了那么大。

那我们以前觉得只是开始的时候发生了一次爆炸,按照常理,随着这个爆炸的结束,那就算你有惯性,这个宇宙的膨胀趋势应该是一个减速的膨胀。


而且,这个宇宙里的绝大部分的物质或者这个暗物质。它提供的都是一种向内的引力。所以就算一开始有大爆炸,爆炸完了之后由于这个引力向回收的作用,那宇宙到了一定程度它应该是减速膨胀的,膨胀的速度应该越来越慢才对,这个才符合常理。

我再用吹气球给你举例子,这个就好比你吹气球的时候,肯定一开始,你肺里面有很多气,然后你使劲一吹,这个就好像大爆炸一样,气球一定是在一开始膨胀的速度是最快的。但是吹到了后面你就气越来越少了,越吹越累了,吹得就越来越慢了,它膨胀得也就越来越慢了。在我们心目中我们的宇宙应该是这样的才对,它应该是一开始快, 后来就变慢了。

那么科学家在1999年发现的这个事实,就是宇宙正在加速膨胀这个事实,就好像这个气球并不是由一个力量有限的人在吹,而是由一个力量无限的一个鼓风机在吹。

那换到我们的宇宙也是一样的,明明我们宇宙里面有物质,我们能探测到的物质都是在提供一种引力,但是这种神秘的加速膨胀就好像有一种非常神奇的、不为人知的外力,一个宇宙之外的鼓风机,在给它一直提供一个持续的、非常有力的、向外加速的外力。

我们知道要维持一台高功率的鼓风机运转,你得给它插个电源吧,也就是说,你是要给这个鼓风机源源不断地去提供能量的。那么科学家就根据宇宙在加速膨胀的这个事实,推测宇宙中广泛存在一种暗能量。

那这个暗能量为什么是暗的?这道理跟我们说为什么暗物质叫暗物质差不多,我们说过暗物质的问题是只有引力这种效果能够展现出来,就是我们没有办法说抓住一只暗物质的粒子。不行,这个我们做不到。

那暗能量其实也是一样的,我们只能看到暗能量带来的效果,也就是宇宙的加速膨胀,但是我们没有办法去实际捕捉到暗能量。它不像光,比方说这个光能发散出来,我们能看到光线,那我们就能很清楚地知道光能是存在的。

那暗能量不是,我们也看不到它,我们只能用宇宙在加速膨胀这个事实,反过来推测说有这么一种东西叫做“ 暗能量”,它在不断地支持宇宙向外膨胀。

所以这个暗能量它遍布我们全宇宙,而且根据科学家的计算,暗能量占据了全宇宙大部分的内容。记住我这儿说的是”内容”内容就不光把能量算进来了,你把所有的质量、所有的物质、所有的星系暗物质全都算进来,加在一起,暗能量的比例占全宇宙物质的接近70%。

暗能量的主要作用就是给宇宙的膨胀提供一个能源,是一种跟引力对着干的,拥有斥力的能量,它不断地在把宇宙往外推进行扩张,就好像是给宇宙这个大气球装了一个特别大功率的鼓风机,不知疲倦地提供能量保证宇宙一直在向外扩张。

空间穿越

维度

我问你,你家的地址在哪儿?我怎么样去你家呢?那你肯定会告诉我,你家住在哪条街的哪一号,最后你家住在几楼,也就是说,你给我描述清楚你家在什么地方,你得至少告诉我三个信息。也不一定,你可以告诉我你家住在哪个小区,比方说你告诉我你家住在世界花园,但是这还是不够的。因为我为了要找到世界花园,我还是得找到世界花园在哪条路,在哪条路的第几号。

所以在我们的世界当中,你要去描述清楚一个物体的位置,或者说你要告诉我一个位置,至少要用到三个信息才能把这个位置给我描述清楚。这在物理学里面叫做坐标,更正式一点的坐标。比方说你想要描述一个物体的位置,你肯定是听到新闻里说过,比方说这里出现了一个台风,在东经多少多少度、北纬多少多少度,这个就是在描述地球表面某个东西的经度跟纬度,就是纵横的这个位置。

但是光经度跟纬度还不够,还要加一个什么?海拔。

所以说,在我们的生活当中,地球上的空间是如此,宇宙当中的空间自然也是这样。你要把一个位置描述清楚至少需要三个信息,就是三个坐标,所以我们生活在一个三维的空间当中,因为有三个坐标。

还有你看我们的生活当中所有的东西,基本上都可以用长、宽、高三个信息点来描述它大概长的是什么样,任何物体都有长宽高。那你可能觉得一张纸不是, 一张纸只有长度跟宽度,当然不是这样,一张纸也有高度,只不过这个高度不够高,我们管它叫做厚度。

不然的话,为什么一本书是有厚度的,因为每张纸都有一个很小的厚度,300 页加起来,那它就是一本比较厚的书了。所以我们生活的空间就是一个三维空间。

高维空间那我们要怎么做到瞬间转移呢?比方说我能不能瞬间从北京进入一道门,然后从纽约另外一扇门里出来,这个就要用到三维空间以上的高维空间了。我们作为生活在三维空间里的生物,让我们要在脑海里直接去想象更高维的空间是什么样的,这是有一点困难的。

我们来研究一下蚂蚁是怎么生活的。比方说我把一只蚂蚁放到一张白纸上,对于一只不会飞的蚂蚁来说,那么它的生活其实就在这张白纸上,不管这张白纸是什么样子,你可以把它卷起来,你也可以把它折起来,那这只蚂蚁都只能在这张纸上爬行。

打比方说这是一张打满格子的纸,这只蚂蚁在一个格子里做了个窝,这个时候有另外一只它的蚂蚁朋友想要去这只蚂蚁家拜访。这个主人蚂蚁就只要告诉这个客人蚂蚁我住在第几行第几列的格子就行了,对不对?

也就是说蚂蚁生活,只生活在一张纸上,它的运动空间就是一个平面。它表述位置只需要两个信息点,就是行和列,所以对蚂蚁来说它生活在一个二维的空间当中。现在蚂蚁它想出趟远门,它住在纸的这个左上角,它想去这个纸的右下角旅行一下,拜访一下它的朋友。那么这个时候它选择最短的路径是什么呢?两点之间直线最短,所以它肯定是选择那条对角线,它走其他任何的路径都不可能比这个对角线更短了。

但是现在我们人类可以帮它一把,我们来帮它开一扇瞬间移动的大门,我们怎么办呢?接下来就是见证奇迹的时刻,我们可以把这张纸拿起来,然后把它弯曲,把左上角和右下角在空间中折起来对在一块,然后我们拿一支铅笔在左上角的格子和右下角的格子,上戳一个洞, 这两个点就被联系在一起了。这样蚂蚁可以直接从左上角这个洞进去,然后没有任何困难地从右下角那个洞里面爬出来。于是,蚂蚁它就完成了一个瞬间移动。

在我们看来,这张纸发生了什么?这张二维的纸发生了一个在三维空间当中的卷曲。但是蚂蚁是不会意识到这件事情的,因为这是一个在三维空间当中的卷曲,蚂蚁是只生活在二维空间当中的,对于它来说,只是开了一扇可以瞬间移动的门而已。

空间扭曲

受到这个启发,如果我们有办法,把我们的三维空间在更高维的空间当中进行一个扭曲,然后在三维空间当中凿一个洞,是不是就能把两个相距很远很远的地方连接起来,这样就能做到瞬间移动了呢?

没错,答案就是这样的,这其实就是所谓的更高维空间了。超越我们的三维空间之外,把我们的三维空间在更高维的空间当中进行卷曲,然后开一个洞,我们就能去到另外一个时空了。

高维空间的一个效果就是可以通过低维空间在高维空间里的卷曲,再在低维空间上开个洞,从而达到低维空间当中瞬间穿越的效果,从低维空间看来就是一口气跨越了很多的距离,但是在高维空间里看来只是走了一小步而已。

暗物质再进一步加深你对高维空间的想象。

高维空间还能够怎么来理解。我们之前说到过,我们的宇宙当中80%以上的物质都是看不见摸不着的暗物质。

比方说如果我用暗物质做成一堵墙,你是可以轻松地、视而不见地从这堵墙里面穿过去,成为一种穿墙术。

但是我们又确确实实可以感受到这个暗物质它在提供引力,否则的话,我们不会看到光线通过一片空白的区域,平白无故地发生了偏折,银河系也不会像我们现在所探测到的一样转得那么快。

所以我们反着推理过去说,应该是存在一种暗物质,这个暗物质它跟电磁波没有相互作用,所以它不会反射光线,我们看不到它的存在,但是它提供引力,它又无处不在。

人类的科学家一直在努力想去抓住一只暗物质粒子,就是直接探测到它的存在。比方说著名的华人物理学家、1976年的诺贝尔物理学奖获得者、麻省理工学院的丁肇中教授,他曾经就安排发射了所谓的阿尔法磁谱仪,1997 年发射的,就是为了去直接发现暗物质,直接俘获暗物质,但是貌似好像20年过去了,也至今一无所获。人类科学家一直希望能够真正地抓到一只暗物质粒子,从而直接证明暗物质的存在。

但是你有没有想过,有没有可能这个暗物质粒子从本质上永远没有办法被找到呢?其实也不是没有这种可能的。

这个猜想可以帮助我们更好地理解什么是高维空间,我们继续来想象这个蚂蚁王国。假设蚂蚁们生活在一张巨大的纸面上,蚂蚁生活的这个纸面它是一个二维的世界。

打比方说,我在纸上放了很多的小磁铁,这些磁铁都是很小很小的、长条形的这种长方形,都有南北极。那么蚂蚁当中的科学家就会根据这维空间当中的“万有引力”,比方说我们叫它“万有磁力”那本来蚂蚁们是过得好好的,它们也对它们自己的智慧非常得意,觉得一切尽在掌控。

这个时候,作为“人类”,一个远高于蚂蚁的高等生物,就是对于蚂蚁们来说,我们人类简直是无所不能的上帝一般的存在。 这个时候,我们如果拿一块大磁铁放在纸的上方,不断地去上下扰动,就不断地去抖动它。

那么,这个纸面上的小磁铁,由于受到这个纸面上悬空的大磁铁磁场的干扰,这些小磁铁都会在纸面上运动起来的,这下蚂蚁们就慌了,这可跟它们平时总结出来的万有磁力完全不一样,难道是它们的万有磁力不正确吗?

也不对,它们做了关于很多这些小磁铁的实验,不可能出错。

但是这些小磁铁确确实实感受到了外来的磁力,但是这个磁力的源头看不见摸不着,它们不知道这个力是哪里来的,因为它们生活在二维的平面,我们的大磁铁是在第三维空间,对它们来说是在一个更高维度的空间当中。

对于蚂蚁来说是在纸面之外,是更高的维度。于是蚂蚁们就总结出来了,它们的二维平面存在着一种“暗磁铁”,这种“暗磁铁”看不见摸不着,没有办法直接抓到,但是确实这些纸面上的小磁铁又感受到了这些“暗磁铁'的磁力,奇怪地运动着。

为了解决暗磁铁的问题,蚂蚁王国的科学家们绞尽了脑汁,甚至发射了一个,我们叫它比方说“蚂蚁磁谱仪”,来试图抓住一个暗磁力的粒子,但这必然是徒劳的。

因为它们不知道三维空间的存在,它们理解不了更高的维度,那它们更加想不到这个暗磁铁的根源其实是在更高的维度里面。所以,你看了这个例子,你对我们三维空间以外的更高维度就应该有一个更深刻的认识。

也就是大家熟知罗素的问题,射手假说与农场主假说,在《三体》中有提到。

为什么我们探测不到暗物质,为什么我们不能直接探测到暗物质?

虽然不能说一定就是刚给出的这个设想,但是暗物质给我们的感受不恰恰就是这样的吗?

所谓的暗物质产生的引力也有可能是只存在于高维空间当中的海量物质,在我们的三维空间当中产生的效果,但是它并不存在于我们的三维空间当中,所以我们没有办法探测它。

时空是一个整体

我们现在来把时空想象成一个整体,时空也像张开的床单。只不过我们这次要想象的更加宽广一些。我们把这个床单的一条边, 就是胶卷拉开的这个方向,你想象成时间。因为这个胶卷播放的时候,它是按照时间一卷一卷地向后播放的。

你想象成这是这个世界上所有的东西,比方说每个粒子,这个胶卷是横向展开,在纵向上你可以是无数卷胶卷叠上去。所以说在纵向上不同的胶卷,就代表了不同的粒子个时刻所经历的位置、状态。

那这张张开的床单就是由一条条胶片组成的一个巨大的床单,每一条胶片记录着每一个粒子,每一个时刻的位置信息。这张床单它已经不仅仅是代表了我们这个宇宙的三维空间了,它把时间也加进去了,就这张床单囊括了我们这个宇宙诞生到灭亡,时间存在到消失的这样的所有的事情都在这张床单里了。

这个时候,我如果想开一个虫洞,就不仅仅是在距离上可以做到很远,我明显可以在同一条胶卷上,两个时间相隔很远的点,我也可以开一个虫洞。这样的情况下,我就可以做到我从这个虫洞进去,从另外一个虫洞出来,但是另外一个虫洞还是在这个位置,只不过时间变了。你比方说,我就从2017年穿越到一千年前,我也可以做得到,如果这个虫洞是这样开的话。

也就是说,如果我们把时空整个都理解到的话,我们开的这个虫洞是可以跨越空间的同时,也跨越时间的。我们可以在我们的整个宇宙这个时空当中自由地去进行穿梭,那这样的话当然就达到了我们时空旅行的目的了。开这样一个穿越时空,或者说穿越时间的虫洞需要什么呢?当然还是去扭曲时空啊。

你再想想看,我们之前讲虫洞怎么开的时候,当空间中的两个点发生极致地扭曲,它们会碰到一块儿,碰到一块儿你就可以进行瞬间的穿越了。记住,这里是时空的扭曲,不是空间的扭曲,不光是空间了。

那要制造穿越时空的虫洞,还是需要很强的引力的,来把时空进行扭曲。引力除了可以很好地去弯曲空间以外,爱因斯坦也在相对论里说了,引力也可以弯曲时间。在引力非常强的地方,时间它就会过得很慢

《星际穿越》了,里面有一个场景,说是几个字航员去到一个离黑洞很近的行星,去考察这个星球是不是适合人类居住。他们去考察的时候,留了一个同事在飞船上待命等他们,结果他们只是去了几个小时考察,回来之后发现船上那个同事已经等了二十年。在这二十年的过程当中,船上的同事已经解开了一些他们之前不明白的科学问题了。

引力不仅会影响空间,引力也是影响时间的。如果引力足够强,你就可以在时空当中开一个虫洞。这个虫洞还是不稳定的。我们之前已经说过了,要虫洞稳定就一定要在时空当中真正个洞,要把时空弄破,然后再把出入口两端的时空给它连接起来,这个时候就又需要我们曾经提到过的负能量了。

这个负能量是可以撕破时空的,它可以真正的在时空当中打出一个洞来,从而形成一个稳定的虫洞。

卡西米尔效应

之前我们曾经讲到,负能量是非常重要的,但是我们也没有说这个负能量是怎么样可以获得。有一种叫做卡西米尔效应的物理现象也许就可以帮到我们。

总的来说,这个原理其实特别简单,卡西米尔效应其实就是你搞两块金属板,然后把它们平行放置,让它们之间的距离变得非常非常的小。我们之前不是说了嘛,真空中是像海面一样有很多量子涨落的,这种涨落很随机,什么样的大小都能有。但是在金属板当中,只有特定的量子涨落可以存在。

因为金属板的性质决定了量子涨落不能发生在金属板里面,这个事情就跟你去吹笛子是一样的,在一个固定长度的、固定粗细的管子里面,只有特定音高的音是可以被吹出来的。

比方说你只能吹do,或者说高八度的do,但是其它的音你吹不出来,那这个道理其实是一样的。这些量子涨落可以被看作像声波一样,只有特定的波长的量子涨落可以在两块板当中存在。

根据这个效果,我们来推断一下,金属板的外边可是所有波长的量子涨落都存在,非常多的量子涨落。但是在两块金属板之间只有特定的量子涨落可以存在,外面的能量肯定是要比里面的能量要多的。这是因为外面的量子涨落更多,但是我们又知道外面的空间是真空,真空的话那能量不就是零嘛,那么金属板里面的能量就只能是负能量了。你比零还小,当然只能是负能量了。

可喜的一点是这个卡西米尔效应在实验上已经被证实了。遗憾的是,虽然我们通过卡西米尔效应可以主动去捕捉负能量了,但是这个负能量的量还是太少了,不益于收集。

这就是为什么打开一个虫洞是那么难的一件事情,到现在我们都没有观测到任何虫洞,只是一直在理论上纸上谈兵而已。

为什么没有从未来穿越回来的人?

我想请你来思考一个问题,如果说这种时间穿越是可能的话,为什么我们目前还没有明确的证据说,我们现在这个世界有未来穿越回来的人呢?他们为什么不会想到我们这个时代来看一看呢?因为虫洞,看样子是要两端同时开的。

假设我们在2050年技术达到了能够去开虫洞这样的一种状态下,我们今后的所有世界里面,2050 年之后所有的时间线里面,它都有虫洞的存在了。那么未来的人开了一个虫洞,也就只能最多最多就回到2050年了。

因为在未来的人,他开了一个虫洞它是一个入口,你穿越到以往的时间,你需要一个出口。

但是,就算你现在拥有虫洞技术,你也没有办法回到清朝,没有办法回到唐朝,因为在清朝,当时的人不会制造一个虫洞的出口让你能够出得去。

所以,这就是为什么我们现在,哪怕这个时间穿越的理论是靠谱的,是正确的,是能够做到的,我们这个时代也不可能有未来的人可以穿越回来,因为我们这个时代没有虫洞技术,我们没有办法给未来的人做一个能够穿越回来的出口。

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