科學家夢想的時間機器的運行方式

物理 天文 地球 火箭 宇宙小百科 2017-05-07

時間旅行問題沉默了 35年,直到1985年天文學家卡爾•薩根

科學家夢想的時間機器的運行方式

(Cad Sagan) 寫了一部名叫《接觸》(Contact)的小說,

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他想開拓一條能讓女英雄旅行到織女星 的道路。這條道路應當是能往返的雙向旅行的道路。沿著這條道路,女英雄能 旅行到織女星,然後返回地球,這是黑洞類型的蟲洞不能做到的。卡爾•薩根求 助於物理學家基普•索恩(Kip Thome),問他有什麼辦法。基普•索恩(Kip Thome)因為發現了愛因斯坦方程的新的解答而震驚物理學界,

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這個解答讓時間 旅行成為可能而沒有從前那麼多的問題。在1988年,索恩和邁克爾• 莫里斯(Micliael Morris)、烏爾維•尤爾特塞韋爾(Ulvi Yurtsever)一起指出:如果 能夠得到奇怪形式的物質和能量,如“外來的負物質”和“負能量”,就能建造一 架時間機器。

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物理學家開始時對這個新的解決方案感到懷疑,因為以前從沒有 人見過這種外來物質,並且負能量存在的量也極少。但是它代表了我們理解時 間旅行的一個突破。

負物質和負能量的最大優點是它使得蟲洞成為可穿過的,也就是說你能夠 通過它作往返旅行而不用擔心事件穹界問題。事實上,索恩(Thome)小組發現 通過這樣的時間機器進行旅行是相當舒適的,不像商業航線上的旅行那樣緊張。

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然而,一個問題是外來物質(或負物質)的性質是非常特別的。不像反物質 (已知它是存在的,並且在地球重力場作用下它很可能下落到地面),負物質則 向上升,也就是說因為它具有反重力,在地球重力作用下它向上升。它對普通物 質和其他負物質是排斥的,不是吸引的。這也意昧著在自然界,即使它存在的 話,也是很難找到的。在45億年前地球開始形成的時候,地球上的任何負物質 都漂流到深層空間。因此負物質可能漂浮在空間,遠離任何行星。(負物質可 能絕不會與經過的星星或行星撞擊,因為它被普通的物質所排斥。)

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儘管負物質從未被見過(很可能不存在),而負能量雖然極其稀少,但實際 上是可能的。1933年,亨裡克•卡西米爾(Henrik Casimir)指出:兩塊不帶電的 平行金屬板能夠產生負能量。通常認為兩塊不帶電的金屬板應保持固定不動。 然而,卡西米爾(Casimir)指出,在這兩塊不帶電的平行板之間有非常小的吸引 力存在。1948年,有人實際測量了這個微小的力,說明負能量實際上是可能的。 卡西米爾效應利用了真空的相當奇怪的特徵。根據量子理論,真空的空間含有 從虛無中跳進跳出的“虛擬粒子”。因為海森堡測不準原理允許偏離經典定律, 所以偏離能量守恆是可能的,只要事件發生的時間非常短暫。例如,一個電子和 負電子由於不確定性有一定的小概率無中生有,然後彼此殲滅。因為兩塊平行 板彼此靠得很近,所以這些虛擬粒子不容易在兩塊板之間出現。因此,在兩塊板 外圍的虛擬粒子比兩塊板之間的虛擬粒子要多,這就產生從外向內的作用力,將 兩塊平行板輕輕推向一起。1996年史蒂文•拉莫爾奧克斯(Steven Lamoreaux) 在洛斯阿拉莫斯(Lx)S Alamos)國家實驗室精確測量了這個效應。他測量的吸引 力很小(等於螞蟻重量的三萬分之一)。板間距越小,吸引力越大。

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這就是索恩夢想的時間機器運行的方式。一個高級的文明將從兩塊被極小 的間隙分開的平行板開始。再重新加工將這兩塊平行板做成一個球,這個球有 內殼和外殼。然後做兩個這樣的球,用一種辦法在它們之間串聯一個蟲洞,一個 在空間上連接兩個球的通道。每個球封裝一個蟲洞的嘴。

正常情況下,兩個球的時間脈搏是同步的。但是現在我們將一個球放入一 個火箭船,它以接近光的速度發射出去,對火箭船來說時間減慢了,這樣兩個球 在時間上就不再同步。在火箭船上的球的時間過得比地球上的球要慢得多。然 後,如果一個人跳進放在地球上的球,他可能被吸人到連接它們的蟲洞中,並穿 過蟲洞進人火箭船中,到達過去的某個時刻。(然而,這個時間機器不能將你帶 回到建造這架機器以前的時刻。)

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