時間簡史Wormholes and Time Travel－10

 The Brief History of Time—Stephen Hawking

 

10－Wormholes and Time Travel

 

在上一章我們講到時間具有方向性，時間就像單向的鐵路軌道，一直向前，這就是為什麽我們記住的是過去而不是未來。

 

可是有沒有這個可能，如果這個單向的鐵路軌道含有分支，或者帶有環道，雖然時間一直向前，但如果駛入環道，有沒有可能回到原先的出發點？也就是說，有沒有可能我們可以穿越未來或者過去？

 

很多科幻小說都有這種時間穿越的故事，但是這個理念一直到1949年Kurt Godel 根據廣義相對論發現了一個新的 space-time，在科學界才被認為具有可能性。

 

Godel 因為和愛因斯坦同在Princeton, 深諳廣義相對論。他的space-time 有一個特點，就是整個宇宙在不停地旋轉。相對於什麽旋轉？相對於如陀螺儀的兩個頂點之間的直線軸旋轉。

 

根據觀察現在我們知道宇宙並不旋轉，但是，根據廣義相對論，我們有理由相信會有其他的space-time 存在，而它們的存在，意味著時間穿越的可能性。比如在一個旋轉的黑洞裏存在著space-time。另一個存在可能性是，當兩個快速運動的宇宙弦(cosmic strings)在相互經過對方時形成space-time。宇宙弦就像細長的繩子，它們狹長但橫截麵非常小，具有巨大的力量，可以推動地球在1/30秒內從速度0達到每小時60 邁。宇宙雖然在開始形成的時候不具有彎曲的空間，但在早期物質突破平衡對稱性結構的過程中，有可能形成宇宙弦。

 

對於科幻小說的作者來說，描述星際或銀河之間的旅行麵臨一個巨大的問題，那就是時間的相對性。也就是說，宇航員即使在接近光速的速度在洲際間旅行，當他回來的時候，他會發現他離開時的人們也許已經過世幾千年。科幻作者需要找到一個更實際的旅行方式，既然任何速度都不能超過光速，那麽有沒有捷徑比如wormhole可以縮短在星際間旅行的距離？

 

1935年愛因斯坦和Nathan Rosen提出，廣義相對論允許bridges（橋梁）也就是今天我們所稱的wormhole 的存在。但是，bridges 不能持續足夠的時間讓宇宙飛船通過，宇宙飛船最後會碰到singularity。 但是在特定的條件下，當某個特定的space-time具有像馬鞍一樣的負彎曲時（一般的space-time 都是正彎曲），能夠保證wormhole的持續開放，從而飛船可以安全通過。

 

量子力學提供了空間負能量存在的可能性，使space-time 的負彎曲成為可能。進一步說，量子力學提供了時間穿越的可能性（time machine）。

 

因為wormhole的捷徑，理論上人們在A和B點間以超過光速的速度旅行，因此我們可以訪問未來，也可以回到從前。我們不禁要問，是不是UFO是未來的人們來訪問我們？為什麽他們沒有告訴我們如何製造time machine? 是不是因為我們在科學上還不夠發達？如果我們可以回到從前，我們可不可以修改曆史？

 

時間穿越的可能性在科學界有待繼續探討。