霍金談如何打造時間機器：真的不難

好萊塢最新的科幻大片Interstellar(中文翻譯是很俗氣的《星際穿越》)火了，火得有點讓人摸不著頭腦。兩個女兒都打電話來推薦：「非常好看」，因為倆人口味很不一樣，這樣的事很少發生。科幻片在美國賣座不是新聞，比較特別的是在中國也很火，我一些國內朋友平時並不怎麼看美片，這次也專門花100多塊去觀賞。

中國人對科幻通常不是很感興趣的，唯一的例外是80年代初期，那時曾出現過一次科幻的熱潮(還記得《珊瑚島的死光》嗎？)。一批歐美的優秀作品像克拉克的《2001太空奧德賽》，海因萊因的《雙星》，雷·布拉德佈雷的《冰霜與烈火》，阿西莫夫的《我，機器人》等,也在那個時期被介紹到中國來，並讓我成為科幻的超級粉絲。但好景不長，國人很快就失去了興趣。《星際穿越》能夠為中國帶來一個新的科幻熱潮嗎？很值得期待。

Interstellar到底好不好看當然取決於你從哪個角度來評價。如果你在意演員的表演，性格的塑造，對人性的演繹，它談不上有多好(這也是美國電影的通病)。我對科幻作品，無論是小說還是電影，有另外的要求：第一：是否能夠激起一種驚奇的感受(a sense of wonder)。好的科幻作品通過未來的環境，未來的科技，太空或時間旅行，平行宇宙或者外星生命等,讓觀眾驚嘆不已，啟發他們的興趣，到達寓教於樂的目的。有時我在想，美國的科技能夠如此強大，科幻的確功不可沒。第二：作品中是否有新的思想(new ideas)。我希望在電影中看到新的想法，原創的表現手段，沒見過的故事情節。好萊塢也是你抄我來我抄你，要想看到原創並不容易。

如果按照這個標準，Interstellar是相當成功的。讓我印象最深的並不是視覺效果，或故事情節，而是電影中多樣的時間旅行的方法：不是一種或兩種，而是四種。1)通過重力的時間旅行(time dilation through gravity)；2)通過速度的時間旅行(time dilation through speed)；3)通過蟲洞(wormholes)穿越時空；4)通過高維空間(extra dimension)回到過去。在穿越時空上恐怕沒有哪部電影比得了。

時間旅行真的可能嗎？這部電影的很多評論是從它是否科學的角度來討論的。嚴肅的科學家通常不大願意討論時間旅行的問題(有偽科學的嫌疑)，但也有例外。幾年以前，當代最偉大的科學家之一，劍橋大學的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在「每日郵報」上寫過一篇文章，深入淺出地討論了這個有趣的題目，用它來做為Interstellar的註解是再合適不過了。

如何建造時間機器？(節選)

霍金 (翻譯：白露為霜)

什麼是蟲洞？

沒有什麼東西是完全平滑或結實的。如果你仔細觀察任何物體，你都會發現有漏洞、皺紋和小孔。這是一個基本的物理原理，甚至適用於時間。這一事實很容易在三維空間中被證明，但請相信我，這在第四維 - 時間上也成立。時間上也有微小的裂縫、褶皺和空洞。這要進入非常微小的規模，甚至比分子、原子還小，我們到達了一個叫量子泡沫(quantum foam)的地方。蟲洞在這裡存在。在這個量子世界里，連接空間和時間的微小隧道或捷徑不斷形成，改變和消失。這些隧道實際上連接兩個不同的地方或者兩個不同的時間。

不幸的是，這些現實生活中的時間隧道或蟲洞只是一個厘米的數十億萬億萬億分之一，要想讓人穿過實在太小了 - 但這裡正是蟲洞時間機器的概念的誕生之地。一些科學家認為有可能捕捉到一個蟲洞，然後把它擴大許多萬億倍，使其大到人甚至飛船都能進入。

如果有足夠的能量和先進的技術，也許能在太空建造一個巨大的蟲洞。我不是說這可以做到，但假如可能，這將是一個真正了不起的裝置。蟲洞一端可以在地球附近，另一端在很遠很遠的地方，接近一些遙遠的星球。

從理論上講，一個時光隧道或蟲洞可以做比把我們帶到別的星球更多的事情。如果兩端在同一個地方，相隔的是時間而不是距離。太空船飛入蟲洞，出來時仍在地球附近，但在遙遠的過去。恐龍或許可以見證太空船的徐徐降落的景象。

回到過去可能嗎？

想象一下，我打算開一個「爬梯」(party)，一個專為將來的時間旅行者舉行的歡迎酒會。但有一個小小的曲折：我在聚會結束之前不會讓任何人知道。我在邀請信中給出在時間和空間上的精確坐標。我希望邀請信的副本，能以各種形式，流傳很多萬年時間。也許有一天，未來的人會發現邀請函的信息，並利用蟲洞時間機器回到我的「爬梯」，證明時間旅行會在某一天成為可能。

現在，我的時間旅行的客人應該就要到了：五，四，三，二，一。但正像我說的這樣，沒有人來。真可惜，我希望至少未來的環球小姐能夠賞光。那麼，這個試驗為什麼沒有成功？其中一個原因可能是因為時間旅行到過去有眾所周知的「悖論」問題。

思考悖論是件有趣的事情。其中最有名的，通常被稱為「祖父悖論」。我有一個新的、更簡單的版本，我稱之為「瘋狂的科學家悖論」(Mad Scientist paradox)。

我不喜歡電影經常將科學家描寫為「瘋狂」，但在這一次是真的。這個傢伙決心建立一個悖論，即便要他付出生命的代價。試想一下，不知何故，他建立了一個蟲洞 - 時光隧道，只回到一分鐘前的過去。

通過蟲洞，這位科學家可以看到一分鐘前的自己。但是，假如我們的科學家通過蟲洞向他自己開槍。現在，他已經死了。那麼又是誰在一分鐘后開的槍？這是一個悖論，它在邏輯上沒有任何意義。它產生的後果會讓宇宙學家做噩夢。

這種時間機器會違反支配著整個宇宙的基本規則 – 「原因」發生在「結果」之前，「結果」永遠不會出現在「原因」之前。任何一種時間旅行的方法回到過去也許是不可能的，否則悖論就會出現。所以，恕我直言，看起來像回到過去的時間旅行是永遠不會發生。恐龍獵手或許要失望，但是歷史學家卻得以安心。

重力引起的時間旅行

但故事並沒有結束，並不是說所有的時間旅行都是不可能的。離開我們26000光年的銀河系的中心，存在著銀河系最重的物體。這是一個超大噸位的黑洞 - 包含400萬個太陽因其自身重力而被壓碎成一個點。你越接近黑洞，引力就越強。當靠得非常近，甚至連光也不能逃脫。像這樣的黑洞對時間有很大的影響，比星系裡其他東西更能讓它放慢。這使得黑洞成為天然的時間機器。

我喜歡想象宇宙飛船也許可以利用這一現象，圍繞著它，來完成時間旅行。如果一個航天機構正從地球指揮這一旅行，他們會看到，飛船每在軌道上轉一圈需要16分鐘。但對於在船上的勇敢的宇航員來說，因為接近這個巨大的物體，時間將放緩。船員的時間將減半，對於每個16分鐘的一周，他們只體驗到8分鐘的時間。

一圈又一圈地轉下去，只經歷了遠離黑洞的所有人的一半時間。飛船及船員是在穿越時間。想象一下，他們盤旋黑洞五年時間，別處則是過去了十年。當他們回到家，地球上的人都比他們老了五歲。

因此，一個超大質量的黑洞是一台時間機器。當然，它並不很實用。它比蟲洞好的地方是不會引發悖論，再加上也不會因為一瞬間的反饋毀滅自己。但是，還是相當危險的。要走很多的路，而且也不能把我們帶到很遙遠的未來。幸運的是，還有其他方式進行時間旅行。這是我們建造時間機器的最後的和最好的希望。

光速時間機器

飛向未來不難，你只需要飛得非常、非常快。甚至比免於吸入黑洞的速度還要快。這是因為另一個有關宇宙的奇特的事實：宇宙有一個速度極限，每秒186,000英里(30萬公里)，也被稱為光速。沒有什麼能超過這個速度。這是科學確立的最重要的原則之一。信不信由你，以接近光的速度旅行，你就可以去到未來。

在瑞士日內瓦，座落著世界上最大的粒子加速器 - 歐洲核子研究中心(CERN)。地下深處，在一個16英里長的圓形隧道里，是一束數以萬億記的微小顆粒流。當電源接通時，它們在幾分之一秒內從零加速到每小時60000英里。隨著能量的增加粒子越轉越快，直到它們在一秒鐘呼嘯隧道11000圈，這大約是光的速度。它們從來沒有完全達到極限速度，最多只能到達光速的99.99％。這種情況下，它們也開始在時間中旅行。我們知道這一點，因為一些壽命非常短暫的粒子，稱為派介子(pi-mesons)。通常情況下，它們在250億分之一秒后就衰變。但是，當被加速到接近光速的速度，其壽命可以延長30倍之久。

真的就是這麼簡單。如果我們想旅行到未來，我們只需要走得快。我們做到這一點的唯一方法是進入太空。歷史上速度最快的載人飛船是阿波羅10號，它達到每小時25000英里。但要想進行時間旅行，我們要超過這個速度2000倍(白露為霜註：原文如此，好像應該20000倍)。而做到這些，我們就需要一艘更大的飛船，一個真正巨大的機器 - 以承載巨量的燃料，將它加速到接近光速。如果全力加速也要花6年時間才能達到宇宙速度的下限。

開始時加速是溫和的，因為船又大又重。但漸漸地它的速度加快，很快就會覆蓋大段的距離。在一個星期內它會到達外行星。兩年後它會達到光速的一半，並遠離太陽系。再過兩年，飛船將以光速的90％穿行。這時，飛船已經300000億英里遠離地球，它開始在時間中旅行。船上每過一個小時，地球上兩個小時就過去了，情況同運行在巨大黑洞的軌道上的飛船類似。

再經過兩年全速推進，飛船將達到它的最高速度，光速的99％。以這樣的速度，在船上一天是地球時間的整整一年。我們的飛船將真正飛入未來。

時間變慢還有另一個好處。這意味著我們，在理論上，能夠在人的一生完成非凡的旅行距離。一趟銀河系的邊緣的旅行只需僅80年(白露為霜註：相當於地球上過去了3萬年)。但是，我們的旅程的真正意義在於，它揭示了宇宙是多麼的奇妙。這裡，時間在不同的地方按照不同的速度流淌；這裡，微小的蟲洞就隱藏在我們的身邊；這裡，我們最終有可能利用物理的知識穿越第四維，成為真正時間旅行家。

白露為霜注：英文好的讀者請參閱霍金的原文：How to build a time machine

本文的圖片和視頻均來自網路

連接不同時空的蟲洞

霍金的時光爬梯 - 請了愛因斯坦，牛頓，等

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《星際穿越》中飛船圍繞黑洞

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