第7章 時間旅行(1)(1 / 3)

前不見古人

後不見來者

念天地之悠悠

獨愴然而涕下

這是唐代詩人陳子昂(661年—702年)所作的《登幽州台歌》。詩人登台遠眺,獨立蒼茫;深感時光如水,宇宙無窮,人生短暫;且懷古傷今,灑淚而揮筆。

古往今來,不知有多少人麵對歲月的流逝而感慨萬千。時間似乎是亙古不變地一分一秒的自然前進,然而,愛因斯坦告訴我們,時間是可以改變的。

4.1運動與時間

根據相對論,時間與空間都不是絕對的,觀察者在不同的相對速度或不同時空中的測量點,所測量到時間的流逝速度是不同的。一個在作運動的時鍾比另一個靜止的時鍾的時間要走得慢。在相對論看來,任何移動都能改變時間,速度越快,時間改變的效果越明顯。如果我們以接近或達到光速的速度運動的時候,時間就會很慢或靜止。而當一個人乘坐運動速度超過了光速的飛船去旅行,還可以讓時光倒流,回到從前。不過相對論又指出:光速是運動速度的極限。這就幾乎否定了所有有關時間倒流想法的可能性。關於這一點,在上一章中已經說明,利用空間磁場、避開運動過程的隔空傳輸,是可以實現超越光速的。

相對運動的物體比一個靜止物體的時間要走得慢,已被精確的物理實驗所證實。例如,由於相對論的時間膨脹效應,當不穩定粒子作高速運動時,觀測到的粒子的壽命要比它靜止時長,並且壽命的長短與它的運動速度有關。在粒子物理中,粒子的壽命是指它靜止時的壽命。同樣,相對論的時間膨脹效應也適合於人體。運用相應的公式,可以計算出一個人乘飛機旅行,每一秒就可以多贏得15×10—14秒;時間確實很短,即使是在整整一年裏不間斷地飛行,時間才會慢約5微秒。可以想象在通常情況下,每天以我們所能達到的最快的速度旅行,一生也比不旅行的人年輕不了多少。

相對論誕生初期,曾有質疑相對論的人提出了一個有趣的疑難問題——雙生子佯謬。有一對雙胞胎兄弟,一個乘宇宙飛船作長程太空旅行,而另一個則留在地球上。當旅行者回到地球後,以相對論的觀點來看,旅行者要比留在地球的兄弟更年輕。如果飛船加速到接近光速,然後再返回,旅行者將比他的兄弟要年輕許多,他在地球的兄弟可能已是垂暮老人,而他自己還很年輕。

然而,對於乘坐太空飛船的旅行者來說,他在飛船上是靜止不動的,他看到的是他的兄弟相對於自己在極短的時間內朝相反的方向運動,從他的角度分析得到的是一個完全不同的結果,由於他的兄弟相對於自己在快速運動,所以當他們重逢時,他的兄弟要比自己年輕。這樣,不同的觀察者就得出了相互矛盾的結果。雙生兄弟中的每一個人都認為對方相對於自己運動,因此由於時間膨脹效應,每一個人都認為對方應該比自己年輕。狹義相對論指出所有觀察者都有同等意義,沒有任何一個參考係是會獲得優待的。因此旅行者會預期回到地球後會看見比他更年輕的雙生兄弟,但這就與他兄弟的想法恰好相反。

兩個作相對運動的雙胞胎兄弟,究竟是誰比誰老、誰比誰年輕呢?對於雙生子佯謬有幾種不同的解釋,都認為旅行者的想法是錯誤的,是旅行者比他的兄弟要年輕。1971年10月期間,美國海軍天文台把四台銫原子鍾裝上商業噴氣航班飛機,分別向東和向西作環球飛行。結果發現,向東飛行的銫鍾與停放在該天文台的銫鍾之間讀數慢了59±10納秒(Nanoseconds,納秒即十億分之一秒);向西飛行時,這一差值為273±7納秒。這個測量結果似乎實證了旅行者的想法是錯的。

現在我們來設想一下,如果旅行者是以隔空傳輸的方式超光速旅行,結果又會怎樣呢?大麥哲倫雲中的超新星1987A距離地球16.3萬光年,它是在公元前約161000年爆發的,它的光直到1987年2月23日,才抵達地球。

一個旅行者在1957年從地球C處朝A方向以隔空傳輸的方式瞬間運動到B處,B處距離地球30光年,正好超新星A爆發的閃光也到達B處。因而他可以比地球上的人提前30年見到大麥哲倫雲方向1987A爆發的強烈閃光,他想將這一信息告訴給他在地球的兄弟,便馬上又從B處以同樣的方式瞬間返回地球C,這時他與地球上的兄弟有多少年時間差呢?旅行者的第一次運動的距離是30光年,並見到了30年以後的事情,兩次超光速隔空傳輸共60光年的距離,當他回到地球時,地球已經是2017年了。這個結果顯然是錯誤的,如果地球的時間已到了2017年,那麼地球人也見過了A處的超新星閃光。由於旅行者的第二次隔空傳輸運動的方向與第一次相反,與閃光傳向地球的方向一致,當旅行者瞬間完成了從B到C的傳輸後,閃光還需經30光年的傳遞才能到達地球C,所以旅行者回到地球後還是1957年。經曆了這次旅行後,旅行者就成了預言家,他可以告訴人們,30年後大麥哲倫雲中會有超新星爆炸。