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update: 2024/5/15
更新日期: 2024/5/15
origin: 2010/05/28
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時間機器可飛進未來?光速是時空旅行關鍵(圖)
英國著名物理學家斯蒂芬·霍金近日又拋出驚人言論。他認為人類完全有能力利用自然規律實現“穿越時空”的偉大夢想——
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一台巨大高能耗的“時間機器”，產生通往第四維的通道——“時光隧道”。時空旅行者勇敢地走進“時光隧道”，來到他們想要到達的時間和空間……這是科幻電影裏描述的場景，而霍金則詳細描述了未來如何建造一台“時間機器”。
蟲洞：穿越第四維的通道
時空旅行的實質是穿越四維空間。物理學一直在思考“時光隧道”是否存在於自然規律中。霍金指出，要進入未來可以透過蟲洞通道。蟲洞是根據愛因斯坦相對論預測的連接時空中兩個不同地點的假想“隧道”或捷徑，負能量將時間和空間拖入一條隧道入口，並在另一個宇宙出現。蟲洞無處不在，只是因為太小，肉眼看不到罷了。
任何物質都不是平整無暇和實心的，如果仔細觀察，會發現它們上面都存在小孔和裂縫，這是一個基本的物理原理，同樣適用於時間。即便是像檯球一樣的東西，上面也有裂縫、褶皺或空洞。這一原理同樣適用於第四維。時間也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小，來到一個稱為量子泡沫的地方，這是蟲洞存在之處。
時空中的微小隧道或捷徑不停地在這個量子世界中形成、消失和重新形成。它們可以連接兩個隔離的空間以及兩個不同的時間。不幸的是，這種時光隧道非常狹小，即使發現了它們，我們也不能從這個縫隙穿過——可這正是“蟲洞時間機器”前進方向。霍金認為，有一天捕捉到一個蟲洞，將它無限放大，能讓人甚至飛船進入。如果擁有足夠的能量和先進的技術，甚至能在太空中建造一個巨型蟲洞。
黑洞：天然的“時間機器”
100多年前，愛因斯坦提出，世上應該存在讓時間慢下來的地方，以及讓時間加速的地方。時間在太空比在地球運行快。造成這種影響的原因是地球的品質。愛因斯坦發現，物質會減緩時間運行速度，就像是河的下游一樣。物體越重，對時間的阻力越大。這種驚人的事實為通向未來的時間旅行開啟了大門。
霍金認為，時空旅行的天然“交通工具”是黑洞。在銀河系中心，距離地球2.6萬光年遠的地方，擁有銀河系中最重的天體——一個品質相當於400萬個太陽的超大品質黑洞，在自身引力作用下，它被壓縮為一個點。距離這個超大品質黑洞越近，遭遇的引力就越強。一旦距離其過近，連光線都無法逃脫，會被吞噬。這樣的超大品質黑洞對時間具有顯著的影響，令其減緩的速度遠遠超過銀河系中的任何物體。這使得它是臺“天然的時間機器”。
霍金想像宇宙飛船能充分利用這種現象。如果某個航太機構正在控制從地球發射的探測器，他們會發現繞軌道運行一圈的時間為16分鐘。靠近超大品質黑洞，時間就會慢下來。在這裡，引力影響遠比地球引力極端。機組人員的時間將會減慢一半。對於原本每圈要耗費的16分鐘，他們其實僅經歷了8分鐘。
想像一下，當飛船及機組人員繞這個黑洞運行5年時，別的地方已經過去了10年。當他們回到家鄉，地球上的人比他們老了5歲。所以，可以利用超大品質黑洞原理造就一台時間機器。
光速：時空旅行的關鍵
宇宙中存在著速度限制，即每秒鐘18.6萬英里(約合30萬公里)，亦稱光速。任何物體不能超越這一速度。以接近於光速的速度旅行可以將你送達未來世界。
霍金說，如果科學家能夠建造速度接近光速的太空船，那麼太空船必然不能違反光速是最大速限的法則，導致艙內的時間變慢，這樣飛行一個星期就等於是地球上的幾年，也就相當於飛進未來。
在人類歷史上，速度最快的載人飛船“阿波羅”10號，速度為每小時2.5萬英里(約合每小時4萬公里)，但要實現在時間中旅行，速度必須是“阿波羅”10號速度的2000倍。
太空飛船裏面裝載著巨量燃料，不斷加速，在一週內，它就可以到達外行星。兩年後，它可以達到半光速，飛出太陽系。再兩年後它將達到光速的90%，遠離地球約30萬億英里。發射四年後，飛船就會開始穿越未來。飛船上每度過一小時，地球上將度過兩小時。再經過兩年開足馬力的旅行，飛船將達到其最高速，也即光速的99%。在這種速度中，飛船上的一天，等於地球上的一年。這時，我們的飛船就真正飛入未來了。
英國曼徹斯特大學粒子物理學教授布賴恩·科克斯說：當我們用大型強子對撞機把粒子加速，達到光速的99%，粒子經歷的時間，以我們時間的1/7000速率消逝。太空中的數十年，在地球上可能已過去了數萬年。
霍金還表示，時間機器只能帶人進入未來，不能帶人回到過去，因為回到過去違反了基本的因果論。
專家連線
中國科學院紫金山天文臺研究員王思潮
“霍金的猜想具備一定科學依據”。在實驗室中，相對論得到一定程度驗證，因此，假設未來地球能造一艘速度為光速的飛船飛往其他星球，10年後再回到地球，地球上的時間可能已過去100年，而由於飛船速度非常快，它所在的時間變慢，飛船駕駛者回到地球後其子孫都已去世，但他自己還非常年輕。“也就是說，這也許是另一種到達未來的方式”。
南京理工大學理學院物理系教授卞保民
目前學術界對時空關係尚無嚴格定論，一個理論提出後需要工程實現、科學論證，而人類與該假想工程實現、科學論證的距離太過遙遠。無論是穿越時空，還是製造“時光機器”都是完全不可能的，因為霍金假設的前提根本就不存在。現實中的時間、空間並不是數學形式，而是建立在人能夠感受“信號”的基礎上，“信號”是可感觀、可計量的，而猜想沒有把“信號”作為基本出發點。