穿越時(shí)光隧道的新設(shè)想

周興華

“時(shí)光一去不復(fù)返，往事只能回味。”正像一首懷舊歌曲中所唱的那樣，時(shí)間是單向流動(dòng)的，人類只是時(shí)間長河中的一葉小舟，只能隨波逐流。假如能在時(shí)光隧道中任意穿梭，那無疑對每個(gè)人都具有極大的誘惑力。愛因斯坦的相對論揭示出，當(dāng)你以99995％的光速前往500光年之外的某顆恒星旅行后返回時(shí)，地球已過了1000年，而你只不過長了10歲而已。假如進(jìn)一步設(shè)想，你的旅行速度超過了光速，那么時(shí)光將倒流，你將越來越年輕，最終回到母親的子宮中。顯然這是無比荒誕的。愛因斯坦指出，當(dāng)一個(gè)物體的速度愈接近于光速，則其質(zhì)量愈大，這樣用于推進(jìn)的能量必須加大才行，如果該物體的速度達(dá)到光速，則推進(jìn)的能量將需無窮大，因此光速是可望而不可即的，也即我們不可能超過光速。

物理學(xué)的原理還允許時(shí)間之旅存在嗎?至少在原子內(nèi)部是允許的。正電子可被看成是在時(shí)間上倒走的電子。正電子與電子碰撞后湮滅的過程，我們可以看成是一個(gè)單一的電子在時(shí)間軌道上以N狀做曲折移動(dòng)——與時(shí)間方向一致時(shí)是負(fù)電子，與時(shí)間方向相反時(shí)是正電子，再折回來又是負(fù)電子。但在宏觀世界中要這樣做幾乎是渺茫的。愛因斯坦的廣義相對論指出，空間和時(shí)間是彎曲的，在靠近質(zhì)量巨大的物體時(shí)曲率更大。如果一個(gè)物體的質(zhì)量大到使時(shí)空的曲率幾乎無窮大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)直接連接遙遠(yuǎn)空間的時(shí)空隧道。物理學(xué)家稱這種隧道為“蟲眼”，就好比蟲子從表面彎曲的蘋果的一側(cè)直接打向另一側(cè)的洞。

1988年，加利福尼亞理工大學(xué)的物理學(xué)家基普·桑和他的幾個(gè)同事建議人類通過這樣的“蟲眼”回到過去。具體做法是：保持“蟲眼”一端固定，以準(zhǔn)光速在空間移動(dòng)它的另一端，然后從移動(dòng)的一端跳進(jìn)去。就像在太空航行的宇航員一樣，這一端老化緩慢，所以它與固定一端的較早時(shí)代相通。當(dāng)你從固定一端跳出時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)回到過去。

蟲眼理論有個(gè)很難解決的問題：蟲眼的開口屬于微觀世界，而且?guī)缀蹩偸窃诋a(chǎn)生的同時(shí)即關(guān)閉。迄今所知能阻止它們關(guān)閉的惟一方法是使用反密度物質(zhì)。通俗來說，反密度物質(zhì)是一種比原重量還輕的物質(zhì)。這聽起來簡直匪夷所思，但早在1948年，荷蘭物理學(xué)家亨德里克·卡斯密爾就提出過了。在真空中，將兩個(gè)導(dǎo)電碟子緊密疊放在一起就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反密度區(qū)，并對兩個(gè)碟子產(chǎn)生向內(nèi)的壓力。他預(yù)測的這種力量已在實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。據(jù)此，基普·桑及他的同事們提議建造一個(gè)周長為960千米的蟲眼隧道，產(chǎn)生反密度區(qū)的兩個(gè)碟子之間的距離僅400個(gè)質(zhì)子直徑。進(jìn)行時(shí)間旅行的人則要在碟子中找到入口，穿越蟲眼。但能使時(shí)空扭曲的巨大質(zhì)量的物體怎么辦?它至少應(yīng)是太陽質(zhì)量的2億倍，恐怕只有將來的超級文明才能進(jìn)行這么龐大的工程。

1991年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)利用宇宙線也可以進(jìn)行時(shí)光穿梭。宇宙線是具有數(shù)百萬年時(shí)間的能量線，只存在于粒子物理學(xué)的原理中，還沒有被真正地觀察到。如能找到一個(gè)巨大的宇宙線繞成的環(huán)，想辦法使它像橡皮筋一樣快速收縮，一個(gè)宇宙線時(shí)間機(jī)器就做成了。線上致密的能量能使時(shí)空極度彎曲，如果駕駛宇宙飛船在線環(huán)兩側(cè)穿行，同時(shí)線環(huán)的兩側(cè)以準(zhǔn)光速來回切換，你就能飛過去。但問題是，讓時(shí)光倒流1年就要求宇宙線環(huán)上有一個(gè)星團(tuán)的質(zhì)量和能量，這從何而來?更糟的是，收縮的宇宙線很可能生成旋轉(zhuǎn)著的黑洞，把可以進(jìn)行時(shí)光穿梭的地方都吸進(jìn)去，那樣你還未出發(fā)就肯定已被極大的空間扭曲撕裂了。

就算你已排除了萬難，但這兩種時(shí)間機(jī)器的物理特性也決定了你不可能回到比制造機(jī)器時(shí)更久遠(yuǎn)的年代，即你不可能遇見你的祖先。不過，若現(xiàn)在制造出一個(gè)時(shí)間機(jī)器，那你的后代卻有可能遇見并殺死你，以改變他們的過去。

那么，未來人類能否在時(shí)光隧道中任意穿行?去將來的時(shí)間也許可能，而要回到過去卻很可能不行，因?yàn)檫@種旅行勞民傷財(cái)，險(xiǎn)象環(huán)生，還要看量子作用是否會(huì)讓你一去不復(fù)返。通過時(shí)間旅行的設(shè)想，我們可以了解一些物理學(xué)的邊界知識，從而進(jìn)一步加深對宇宙的認(rèn)識。