23. 关于时间旅行和引力波
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<h2 class="section j-chapter" data-paragraphid="ffa06f7e133c4a418e0b80a02ca8e1ed_5">23. 关于时间旅行和引力波</h2>
霍金曾在《果壳中的宇宙》这本书中提出过一个问题：“时间旅行可能吗？一种先进的文明能返回以前并改变过去吗？”
时间旅行，听上去是很奇妙的事情，很多科幻迷都会想一个问题：人真的能旅行到过去吗？1990年，基帕·索恩提出一个观点：通过虫洞也许可能旅行到过去。对于这个观点，霍金认为：关于时间旅行，是值得去研究的，也就是说，时间旅行是否符合物理定律。
在《果壳中的宇宙》一书中，霍金写道：“我的朋友兼合作者基帕·索恩和我打过许多赌。他不是一位人云亦云的物理学家。这种品格使他具有勇气成为讨论时间旅行的实际可行性的第一位严肃的科学家。”
我在网站搜索时间旅行，却意外发现了一个关于时间旅行的趣事：2009年6月28日，这是一个普通的不能再普通的日子，霍金发出请柬，邀请时间旅行者参加他举办的派对。遗憾的是，虽然桌子上有烤面包和香槟，却没有一个人来参加派对。后来，霍金公开说：时间旅行派对就是一个实验，没人来参加派对就是证据：时间旅行是不能实现的。
霍金在参加派对活动的现场还拍摄了照片，并且上传到视频网站上。在接受记者采访时，霍金说：“爱因斯坦提出自己的观点，他说时间旅行是能实现的，那必须要扭曲时空，但是，扭曲时空是很可怕的事情，它可能摧毁时空。”
在谈到时间旅行这个话题，霍金在他的自传《我的简史》中写道：“由于几个原因，公开思考时间旅行是微妙的。如果报界得知政府资助时间旅行的研究，那就会引起抗议，责备政府浪费公币，或者要求研究归类于军事用途。毕竟，如果其他国家已拥有时间旅行而我们却没有，那我们如何保护自己？”
通过虫洞去旅行，的确是一个大胆的想法，不过，还是觉得像科幻片里的情节。早在1689年，牛顿爵士就开始研究时间，他当年就是剑桥大学的卢卡斯教授，经过研究，他得出这样一个理论：时间是前进的，不会回到过去的年代。
关于时间旅行，霍金提出了自己的观点，他在《我的简史》一书中写道：“允许这种情形发生的一种可能性是虫洞，这是可以把空间和时间中不同区域相连接的假设的时空管子。意思是你迈进虫洞的一个开口，而从处于不同空间和时间的其他开口迈出。”
霍金教授说：对于时间旅行者来说，必须通过虫洞来实现，如果它们存在的话。究竟在宇宙中是不是有虫洞存在？这确实是个值得研究的问题。假如，存在虫洞，一个人就可以通过虫洞到另一星系了吗？
在研究这个问题的时候，霍金在《我的简史》中提出了自己的观点。他说：“人们可以证明，如果虫洞存在，你还能使用它们回到你出发之前。如果你回到过去，在你父亲被孕育之前就把你祖父杀死，将会发生什么？那么你在目前的状态下存在吗？如果答案是否定的话，那就表示你不存在，也不可能回到过去杀死你祖父。”
有些人梦想通过时间旅行回到过去的时空，或者通过时间旅行去往未来的时空，并且还想改变历史，那都是不可能的事情。霍金在《我的简史》中提出一个问题：“物理定律是否允许虫洞和时空弯曲到这种程度，使得诸如太空飞船这样的宏观物体能够回到它自己的过去。”
霍金在三种水平上回答了能不能进行时间旅行的问题。先来谈谈第一种水平，那就是爱因斯坦的经典理论：广义相对论。在谈到这个问题的时候，霍金给出的回答是这样的：“对于经典广义相对论，我们对于时间旅行可能会如何运作有个相当完整的图像。然而，我们知道，经典理论不可能完全正确，因为我们观察到，宇宙中的物质受涨落支配，而它的行为不能被准确地预言。”
第二种水平是什么呢？霍金称它为半经典的理论。他在《我的简史》中写道：“20世纪20年代所谓量子论的范式得到发展，它被用来描述这些涨落并量化该不确定性。因此，人们可在这称为半经典理论的第二种水平上询问有关时间旅行的问题。人们在这种水平上考虑经典时空背景下的量子物质场。这里的图像较不完整，但至少我们拥有了某些如何前进的见解。”
在很多科幻电影里，常常会出现这样的场景，人类做时间旅行，都要先建造一台时间机器。在谈到借助时间机器进行时间旅行的问题时，霍金给了我们一个否定的回答，他在《我的简史》里写得很详细：“然而现在人们可以质问：一种先进文明为了翘曲时空以建造一台有限大小的时间机器需要哪种物质？它能到处都具有正的能量密度，正如在宇宙弦时空中一样吗？人们或许想象，可用宇宙弦的有限的圈建造一个有限的时间机器，并使处处的能量密度为正。”
接下来，霍金就告诉大家：如果想利用时间机器返回过去，肯定会失望的，因为根本做不到。霍金用轻松的话语在《我的简史》中告诉读者：“这是一个物理学家可自由讨论而不被嘲笑轻蔑的问题。即使最后结果是时间旅行不可能，我们理解为何它是不可能的也很重要。我们对完全的量子引力论所知不多……时空背景的量子涨落可在微观尺度上顺利创生虫洞和时间机器，但是根据广义相对论，宏观物体不能回到它的过去。”
霍金教授在经过一番推理和分析之后，在《我的简史》中对时间旅行下了最终的结论：“即使在将来发现了某种不同理论，我认为时间旅行将永不可能。如果那是可能的，时到如今，我们早就该备受来自未来的旅客的蹂躏了。”
关于时间旅行，霍金的合作者、美国加州理工学院博士基珀·S·索恩在谈到虫洞和时间旅行的问题时，举过一个有趣的例子：“你把自己想象成一只蚂蚁，生活在一个苹果的表面上。苹果用一根线悬在天花板之下，线细到你不可能攀援上去，这样苹果的表面就是你的整个宇宙。你不能到任何其他地方去。现在想象一条虫咬出一个穿过苹果的洞，这样你就能有两条路径从苹果的一边走到另一边去：绕过苹果表面，或者通过虫洞抄近路。”
索恩博士把宇宙比喻成苹果，而把读者比喻成蚂蚁，用这个简单的比喻，尤其是让小读者读懂他所要阐述的科学道理。不过，我们就在思考，宇宙看不见摸不着，究竟像什么东西？谁也说不清楚。
索恩博士提出了一个问题：“宇宙能像这个苹果一样吗？在我们的宇宙中可能存在从一处连接到另一处的虫洞吗？如果有的话，这种虫洞在我们看来是什么样子的？”
索恩博士认为，虫洞有两个入口，一边一个。他假设一个入口在伦敦的白金汉宫，另一个入口在加利福尼亚的海滩，而且入口的形状是球形的。关于入口的问题，索恩博士曾这样说：“窥探伦敦的入口，你能看到加利福尼亚海滩的无边波浪和摇曳的棕榈树。你的朋友窥探加利福尼亚的入口，他就能看到在伦敦的你，你身后是宫殿和卫兵。和水晶球不同，入口不是实心的。你可以一下子跨进伦敦的巨大球形入口，然后穿越某种奇异的隧道做短暂浮游之后，到达加利福尼亚海滩，可以和你的朋友一道冲浪一整天。拥有这样的虫洞不是很美妙吗？”
在谈到未来人类是否能在太空中旅行的问题时，索恩博士说：“今天离开人类工程师能制造虫洞并维持其开放还有多远？很远很远。虫洞工程，如果终究可能的话，对于我们的难度就和洞穴人进行太空旅行一样。但是，对于非常先进的文明而言，掌握了虫洞技术，那真是太美妙了：它是星际航行的理想手段！”
索恩在谈到关于时间机器的问题的时候，他是这样说的：“我们确实知道物理定律也许在两种方面阻止制造时间机器，而维护时序。首先，定律也许永远阻止最先进的工程师们收集足够的负能量去维持虫洞开放并让我们通过它。引人注目的是，斯蒂芬·霍金（用物理定律）证明了，所有时间机器都需要负能量，这就阻止制造任何时间机器，还不止是使用虫洞的时间机器。”
索恩告诉大家：如果有人试图制造时间机器并去开动它们，可能会发生巨大的爆炸，并且在爆炸中也遭到毁灭。所以，索恩说：“最后的结论还不清楚。我们不能断定，物理定律是否允许非常先进的文明制造供星际旅行的虫洞，或者旅行回到时间过去的机器。”
关于时间旅行，霍金和索恩曾经为了这个问题打赌。霍金说：“我不愿和其他任何人打赌。他也许来自未来并且知道时间旅行是可行的。”当然，这句话就当作是霍金的调侃吧！
关于引力波，引力波又叫引力波暴，是约瑟夫·韦伯在1969年利用检测器观测到的，它是由真空的铝棒组成的。霍金在《我的简史》中说：“当引力波到来时，它会把东西在一个（垂直于波行进）的方向拉伸，而在另一个（垂直于波的）方向压缩。这就使这些棒以它们的共振频率——1660赫振荡，而捆扎在棒上的晶体会检测出这些振荡。”
1970年年初，霍金来到离普林斯顿不远的地方见到了韦伯，并仔细检查了他观测引力波暴的检测器，那时候，他没受到过这方面的训练，他也看不出韦伯的检测器是对的还是错的。但是，韦伯宣布了惊人的结果。
后来，霍金在《我的简史》中，在谈到引力波这个问题时，这样写道：“强大的足以激动韦伯棒的引力波暴仅有可能的源应是：一颗大质量恒星坍缩形成黑洞，或者两颗黑洞碰撞并且合并。这类事件的早先估计是大约每世纪一次，但韦伯宣布每天观测到一两次暴。这就意味着，该星系正以一种巨大的速率损失质量，星系存在期不可能一直维持这样的损失率，那样的话现在根本就没有星系留下。”
霍金回到英国后，他和他的学生写了一篇文章，是关于检测引力波暴引力的。在这篇文章中，霍金和他的学生对检测设计提出了更好的想法。但是，事实却让霍金和他的学生失望了，因为没有人对观测引力波暴的检测器感兴趣，没有人愿意投资去建造这种东西。于是，霍金和他的学生采取了他们称之为鲁莽的行动，他们写了申请，并且交给了科学研究会，主要目的是申请资助，建造两台引力波暴检测器。
为什么霍金要申请建造两台检测器呢？在《我的简史》中，霍金用他那一贯的理性语言告诉我们：“因为来自噪声和地球振动的假信号的干扰，观察至少两个检测器结果之间是否符合是必要的。”
接下来，为了寻找可以做研究用的真空室，霍金的学生想到了利用战后存放剩余物资的地方来做实验室，霍金也在到处寻找适合做实验室的地方，两人分头寻找。最后，他们召开了一个科学研究会，用便宜的价格得到了办公室。很遗憾的是：霍金发现了还有一个小组在研究引力波暴，于是，他们果断放弃，收回了递交的申请。
后来，霍金身体越来越不好，变成残疾人，成为根本不能搞实验的物理学家。而且，他也发现一个问题：一位物理学家想要在实验课题上有新的突破，是相当困难的。而且，要做一个实验，需要投入很多的时间和精力，一个人是完成不了的，必须有一个十几人或者几十人组成的团队，大家一起实验，一起研究，才能够取得成功。
霍金觉得，他更喜欢研究天体物理学的理论，用他自己的话来说：“一个理论家可以在一个下午，或者在我的情形之下，上床之际突然得到一个想法，而独自地或者和一两位同事撰写论文，从而成名。”
这让我想到电影《万物理论》的一个镜头：有一天，霍金在穿毛衣的时候，他透过毛衣，忽然想到了一种理论。本来，我以为，这是导演为了塑造霍金的形象而编造的故事。后来，我读了霍金的前妻简的自传《飞向无限》，才知道，这段故事是真实的，霍金确实在穿衣服的时候想到一种理论。
从1970年以后，用来检测引力波的检测器越来越灵敏。美国已经拥有了两台检测器，虽然，这两台检测器比韦伯发明的检测器要敏感一千万倍，但是，令人遗憾的是，到如今，也没有检测到引力波。霍金开始庆幸，他选择了理论物理，而不是实验物理：“我非常高兴我仍是一位理论家。”
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霍金曾在《果壳中的宇宙》这本书中提出过一个问题：“时间旅行可能吗？一种先进的文明能返回以前并改变过去吗？”
时间旅行，听上去是很奇妙的事情，很多科幻迷都会想一个问题：人真的能旅行到过去吗？1990年，基帕·索恩提出一个观点：通过虫洞也许可能旅行到过去。对于这个观点，霍金认为：关于时间旅行，是值得去研究的，也就是说，时间旅行是否符合物理定律。
在《果壳中的宇宙》一书中，霍金写道：“我的朋友兼合作者基帕·索恩和我打过许多赌。他不是一位人云亦云的物理学家。这种品格使他具有勇气成为讨论时间旅行的实际可行性的第一位严肃的科学家。”
我在网站搜索时间旅行，却意外发现了一个关于时间旅行的趣事：2009年6月28日，这是一个普通的不能再普通的日子，霍金发出请柬，邀请时间旅行者参加他举办的派对。遗憾的是，虽然桌子上有烤面包和香槟，却没有一个人来参加派对。后来，霍金公开说：时间旅行派对就是一个实验，没人来参加派对就是证据：时间旅行是不能实现的。
霍金在参加派对活动的现场还拍摄了照片，并且上传到视频网站上。在接受记者采访时，霍金说：“爱因斯坦提出自己的观点，他说时间旅行是能实现的，那必须要扭曲时空，但是，扭曲时空是很可怕的事情，它可能摧毁时空。”
在谈到时间旅行这个话题，霍金在他的自传《我的简史》中写道：“由于几个原因，公开思考时间旅行是微妙的。如果报界得知政府资助时间旅行的研究，那就会引起抗议，责备政府浪费公币，或者要求研究归类于军事用途。毕竟，如果其他国家已拥有时间旅行而我们却没有，那我们如何保护自己？”
通过虫洞去旅行，的确是一个大胆的想法，不过，还是觉得像科幻片里的情节。早在1689年，牛顿爵士就开始研究时间，他当年就是剑桥大学的卢卡斯教授，经过研究，他得出这样一个理论：时间是前进的，不会回到过去的年代。
关于时间旅行，霍金提出了自己的观点，他在《我的简史》一书中写道：“允许这种情形发生的一种可能性是虫洞，这是可以把空间和时间中不同区域相连接的假设的时空管子。意思是你迈进虫洞的一个开口，而从处于不同空间和时间的其他开口迈出。”
霍金教授说：对于时间旅行者来说，必须通过虫洞来实现，如果它们存在的话。究竟在宇宙中是不是有虫洞存在？这确实是个值得研究的问题。假如，存在虫洞，一个人就可以通过虫洞到另一星系了吗？
在研究这个问题的时候，霍金在《我的简史》中提出了自己的观点。他说：“人们可以证明，如果虫洞存在，你还能使用它们回到你出发之前。如果你回到过去，在你父亲被孕育之前就把你祖父杀死，将会发生什么？那么你在目前的状态下存在吗？如果答案是否定的话，那就表示你不存在，也不可能回到过去杀死你祖父。”
有些人梦想通过时间旅行回到过去的时空，或者通过时间旅行去往未来的时空，并且还想改变历史，那都是不可能的事情。霍金在《我的简史》中提出一个问题：“物理定律是否允许虫洞和时空弯曲到这种程度，使得诸如太空飞船这样的宏观物体能够回到它自己的过去。”
霍金在三种水平上回答了能不能进行时间旅行的问题。先来谈谈第一种水平，那就是爱因斯坦的经典理论：广义相对论。在谈到这个问题的时候，霍金给出的回答是这样的：“对于经典广义相对论，我们对于时间旅行可能会如何运作有个相当完整的图像。然而，我们知道，经典理论不可能完全正确，因为我们观察到，宇宙中的物质受涨落支配，而它的行为不能被准确地预言。”
第二种水平是什么呢？霍金称它为半经典的理论。他在《我的简史》中写道：“20世纪20年代所谓量子论的范式得到发展，它被用来描述这些涨落并量化该不确定性。因此，人们可在这称为半经典理论的第二种水平上询问有关时间旅行的问题。人们在这种水平上考虑经典时空背景下的量子物质场。这里的图像较不完整，但至少我们拥有了某些如何前进的见解。”
在很多科幻电影里，常常会出现这样的场景，人类做时间旅行，都要先建造一台时间机器。在谈到借助时间机器进行时间旅行的问题时，霍金给了我们一个否定的回答，他在《我的简史》里写得很详细：“然而现在人们可以质问：一种先进文明为了翘曲时空以建造一台有限大小的时间机器需要哪种物质？它能到处都具有正的能量密度，正如在宇宙弦时空中一样吗？人们或许想象，可用宇宙弦的有限的圈建造一个有限的时间机器，并使处处的能量密度为正。”
接下来，霍金就告诉大家：如果想利用时间机器返回过去，肯定会失望的，因为根本做不到。霍金用轻松的话语在《我的简史》中告诉读者：“这是一个物理学家可自由讨论而不被嘲笑轻蔑的问题。即使最后结果是时间旅行不可能，我们理解为何它是不可能的也很重要。我们对完全的量子引力论所知不多……时空背景的量子涨落可在微观尺度上顺利创生虫洞和时间机器，但是根据广义相对论，宏观物体不能回到它的过去。”
霍金教授在经过一番推理和分析之后，在《我的简史》中对时间旅行下了最终的结论：“即使在将来发现了某种不同理论，我认为时间旅行将永不可能。如果那是可能的，时到如今，我们早就该备受来自未来的旅客的蹂躏了。”
关于时间旅行，霍金的合作者、美国加州理工学院博士基珀·S·索恩在谈到虫洞和时间旅行的问题时，举过一个有趣的例子：“你把自己想象成一只蚂蚁，生活在一个苹果的表面上。苹果用一根线悬在天花板之下，线细到你不可能攀援上去，这样苹果的表面就是你的整个宇宙。你不能到任何其他地方去。现在想象一条虫咬出一个穿过苹果的洞，这样你就能有两条路径从苹果的一边走到另一边去：绕过苹果表面，或者通过虫洞抄近路。”
索恩博士把宇宙比喻成苹果，而把读者比喻成蚂蚁，用这个简单的比喻，尤其是让小读者读懂他所要阐述的科学道理。不过，我们就在思考，宇宙看不见摸不着，究竟像什么东西？谁也说不清楚。
索恩博士提出了一个问题：“宇宙能像这个苹果一样吗？在我们的宇宙中可能存在从一处连接到另一处的虫洞吗？如果有的话，这种虫洞在我们看来是什么样子的？”
索恩博士认为，虫洞有两个入口，一边一个。他假设一个入口在伦敦的白金汉宫，另一个入口在加利福尼亚的海滩，而且入口的形状是球形的。关于入口的问题，索恩博士曾这样说：“窥探伦敦的入口，你能看到加利福尼亚海滩的无边波浪和摇曳的棕榈树。你的朋友窥探加利福尼亚的入口，他就能看到在伦敦的你，你身后是宫殿和卫兵。和水晶球不同，入口不是实心的。你可以一下子跨进伦敦的巨大球形入口，然后穿越某种奇异的隧道做短暂浮游之后，到达加利福尼亚海滩，可以和你的朋友一道冲浪一整天。拥有这样的虫洞不是很美妙吗？”
在谈到未来人类是否能在太空中旅行的问题时，索恩博士说：“今天离开人类工程师能制造虫洞并维持其开放还有多远？很远很远。虫洞工程，如果终究可能的话，对于我们的难度就和洞穴人进行太空旅行一样。但是，对于非常先进的文明而言，掌握了虫洞技术，那真是太美妙了：它是星际航行的理想手段！”
索恩在谈到关于时间机器的问题的时候，他是这样说的：“我们确实知道物理定律也许在两种方面阻止制造时间机器，而维护时序。首先，定律也许永远阻止最先进的工程师们收集足够的负能量去维持虫洞开放并让我们通过它。引人注目的是，斯蒂芬·霍金（用物理定律）证明了，所有时间机器都需要负能量，这就阻止制造任何时间机器，还不止是使用虫洞的时间机器。”
索恩告诉大家：如果有人试图制造时间机器并去开动它们，可能会发生巨大的爆炸，并且在爆炸中也遭到毁灭。所以，索恩说：“最后的结论还不清楚。我们不能断定，物理定律是否允许非常先进的文明制造供星际旅行的虫洞，或者旅行回到时间过去的机器。”
关于时间旅行，霍金和索恩曾经为了这个问题打赌。霍金说：“我不愿和其他任何人打赌。他也许来自未来并且知道时间旅行是可行的。”当然，这句话就当作是霍金的调侃吧！
关于引力波，引力波又叫引力波暴，是约瑟夫·韦伯在1969年利用检测器观测到的，它是由真空的铝棒组成的。霍金在《我的简史》中说：“当引力波到来时，它会把东西在一个（垂直于波行进）的方向拉伸，而在另一个（垂直于波的）方向压缩。这就使这些棒以它们的共振频率——1660赫振荡，而捆扎在棒上的晶体会检测出这些振荡。”
1970年年初，霍金来到离普林斯顿不远的地方见到了韦伯，并仔细检查了他观测引力波暴的检测器，那时候，他没受到过这方面的训练，他也看不出韦伯的检测器是对的还是错的。但是，韦伯宣布了惊人的结果。
后来，霍金在《我的简史》中，在谈到引力波这个问题时，这样写道：“强大的足以激动韦伯棒的引力波暴仅有可能的源应是：一颗大质量恒星坍缩形成黑洞，或者两颗黑洞碰撞并且合并。这类事件的早先估计是大约每世纪一次，但韦伯宣布每天观测到一两次暴。这就意味着，该星系正以一种巨大的速率损失质量，星系存在期不可能一直维持这样的损失率，那样的话现在根本就没有星系留下。”
霍金回到英国后，他和他的学生写了一篇文章，是关于检测引力波暴引力的。在这篇文章中，霍金和他的学生对检测设计提出了更好的想法。但是，事实却让霍金和他的学生失望了，因为没有人对观测引力波暴的检测器感兴趣，没有人愿意投资去建造这种东西。于是，霍金和他的学生采取了他们称之为鲁莽的行动，他们写了申请，并且交给了科学研究会，主要目的是申请资助，建造两台引力波暴检测器。
为什么霍金要申请建造两台检测器呢？在《我的简史》中，霍金用他那一贯的理性语言告诉我们：“因为来自噪声和地球振动的假信号的干扰，观察至少两个检测器结果之间是否符合是必要的。”
接下来，为了寻找可以做研究用的真空室，霍金的学生想到了利用战后存放剩余物资的地方来做实验室，霍金也在到处寻找适合做实验室的地方，两人分头寻找。最后，他们召开了一个科学研究会，用便宜的价格得到了办公室。很遗憾的是：霍金发现了还有一个小组在研究引力波暴，于是，他们果断放弃，收回了递交的申请。
后来，霍金身体越来越不好，变成残疾人，成为根本不能搞实验的物理学家。而且，他也发现一个问题：一位物理学家想要在实验课题上有新的突破，是相当困难的。而且，要做一个实验，需要投入很多的时间和精力，一个人是完成不了的，必须有一个十几人或者几十人组成的团队，大家一起实验，一起研究，才能够取得成功。
霍金觉得，他更喜欢研究天体物理学的理论，用他自己的话来说：“一个理论家可以在一个下午，或者在我的情形之下，上床之际突然得到一个想法，而独自地或者和一两位同事撰写论文，从而成名。”
这让我想到电影《万物理论》的一个镜头：有一天，霍金在穿毛衣的时候，他透过毛衣，忽然想到了一种理论。本来，我以为，这是导演为了塑造霍金的形象而编造的故事。后来，我读了霍金的前妻简的自传《飞向无限》，才知道，这段故事是真实的，霍金确实在穿衣服的时候想到一种理论。
从1970年以后，用来检测引力波的检测器越来越灵敏。美国已经拥有了两台检测器，虽然，这两台检测器比韦伯发明的检测器要敏感一千万倍，但是，令人遗憾的是，到如今，也没有检测到引力波。霍金开始庆幸，他选择了理论物理，而不是实验物理：“我非常高兴我仍是一位理论家。”