寻找时间的边缘黑洞、白洞和虫洞-第2部分

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可以使用这些粒子传递信息。想象一下，你和我有一个时间电台。我答应，倘若我在下午五点钟没有收到在时间上倒退发送的时间电台信息，我会在六点用普通电话打给你。而你答应，倘若我在六点打电话，你会发给我时间上倒退的信息。你只会在我打电话的情况下给我发信息；而我只会在你不发信息给我的情况下打电话。假定我们俩都遵守承诺，那么我们如何解决这一两难处境？与外祖母谋杀情境或时间旅行发明家的情况不同，这可能会在不远的未来变成一个现实的问题。根据老的相对论，撇开费曼较新的时空图幻象，时间上退行的粒子概念并没有错，唯一的要求是它们必须总是在时间上退行，而且顺便说一下，它们旅行的速度要快于光。它们甚至还有个名字——超光速粒子——至今没有人确实找到过它。
超光速时间旅行者
　　　　乍看之下，这一特殊的相对论似乎可以阻止超光速（FTL）旅行。如果你以低于光速的速度出发然后越走越快，时间也越来越慢，在达到光速的时候，时间停止。你不能走得更快，因为光速本身就是一个无法逾越的屏障——如果你试图提高速度，但是没有剩下的时间。不过根据方程，在屏障的另一面是一个奇怪的反时针世界。在那里，如果你以高于光速的速度前进，时间就会缓慢地倒退。这其中有一个确定的逻辑——毕竟，当你接近光速的时候时间行驶速度更慢，当达到光速的时候时间静止，那么当你超过光速的时候时间倒退（比静止还慢）。在超光速粒子世界中，前进的速度越快，时间倒退的速度就越快，而且这种粒子拥有的运动能量越多，它移动的速度就越慢（即，增加能量通常会推动一个粒子接近于光速屏障，从屏障的任何一侧都一样）。因为一个超光速粒子越走越快就会损失能量，这时时间就会向后倒退。令人惊讶的是，这一奇怪的可能性是在爱因斯坦发表自己的相对论之前刚刚提出的。在20世纪初，阿诺德…索末菲（曾任哥丁根大学的编外教师，然后成了德国亚琛工业大学的教授，并且在慕尼黑获得了量子理论先驱之名）认识到麦克斯韦的电磁学理论要求超光速（FTL）粒子在损失能量的时候加速。他在1904年公布了这一结论，1905年发布的特殊理论也很大程度上基于麦克斯韦的理论，因此其中包含关于超光速粒子的相似描述不足为奇。但是，直到20世纪60年代都没人更多地关注过这一观念，它更多地被认为是一个方程游戏，而不是一个严肃的现实可能性。这种超光速粒子的假定存在是许多物理学方程中固有的正负对称的另一种体现，十分类似于允许有反粒子存在的对称情况。当反粒子概念第一次提出的时候，没有人认真对待，把这种对称当作方程的数学上的巧合。现在，反物质是物理学的一个常规部分，通常上它是在类似于欧洲粒子物理研究所的粒子加速器之中制造出来的。但是，超光速粒子不是已知粒子的反粒子对应物；它们（如果存在的话）本身就是一个全新的可能性。〞米〞花〞书〞库〞 ；http：//www。7mihua。com

　　　　如何才能发现超光速粒子？最明显的观察地点是在宇宙射线簇之中——间中的粒子撞击进入地球大气层上部。当一个宇宙射线粒子与一个普通的原子粒子在大气层上部相撞的时候，就会产生一个能在地面上观测到的次级粒子簇（事实上，正电子第一次就是以这种方式被发现的）。如果以这种方式产生的粒子中一部分是超光速粒子，它们将会在时间上倒退旅行，不仅在射线簇中的大多数粒子撞击大气层上部之前，而且在初始宇宙射线（原始宇宙射线）撞击大气层上部之

　　　　前，到达地面上的探测器。

　　　　宇宙射线研究人员已经扫描了在常规的宇宙射线簇到达之前他们仪器中显现出来的这种前兆信号痕迹记录。他们已经发现一些符合要

　　　　求的信号，但是，其中没有能够证明超光速粒子存在的明确证据，虽然20世纪70年代早期曾出现过一些令人激动的结果。1973年定居在澳大利亚的研究员罗杰…柯莱和菲利普…克劳奇发现在他们的宇宙线探测器中显示有超光速粒子先兆信号的强有力证据。他们的结果被送到我当时就职的《自然》杂志，并且在1974年发表，我依然记得许多物理学家的惊愕和新闻记者的欣喜。那些结果依然如故，但是它们不再被当作是超光速粒子的证据，因为随后的一些实验未能找到与其他宇宙射线簇相关的先兆特征。一定是其他一些东西在1973年的恰当时间（或者错误时间，这取决于你的观点）启动了澳大利亚探测器，这一点在物理学界中被广泛地接受。但是，这并不意味着对超光速粒子的寻找结束了。

　　　　获知超光速粒子存在的另一个方法是，它们（至少是它们中的一部分）是否带电。严格地说，爱因斯坦的光速极限说指的是真空中的光速。这就是著名的常量c，因为比c移动速度慢的粒子不可能被给予足够的能量，以超过真空中的光速。但是，当光穿过像一片玻璃或一箱水这样的透明物质时，光的移动速度要慢于c。因此，比方说，“普通的”粒子在水中的速度要高于光速，但不会超出极限速度值c。当一个带电粒子（例如一个电子）这样做，它会辐射出光。就像一个快速移动的物体突破声障产生一个音爆，一个快速移动的带电粒子突破光障产生一种“光学臂”。这是苏联物理学家帕维尔…切连科夫于1934年发现的，并且以他的名字命名为“切连科夫辐射”。一个带电的超光速粒子，甚至要比真空中光的移动速度要快，还会发出切连科夫辐射，因为它有可以辐射的能量。计算结果表明，这种粒子在瞬间几乎会损失所有能量，最终变为零能量并且以无限的速度运动，这样在某种意义上它们会沿着世界线出现在任何地方。如果那条世界线与另一个粒子发生关联，超光速粒子可能因此暂时地从碰撞获取能量，并且发出另一道闪光。唉，从未在水箱中发现过合适的闪光，在多个实验室中进行搜寻也无果。

　　　　共识是不存在真正的超光速粒子。根据传统观点，超光速粒子是被忽视的方程的人工产物，被认为没有真正的物理学意义。斯坦福大学的物理学家尼克…赫伯特把情况都概括在他的著作《超光速》之中。他说“大多数物理学家认为超光速粒子存在的可能性只比独角兽存在的可能性高一点”。可是，它们是物理学定律所允许的，一名物理学家格里高利…本福德将这一观点用到了自己的小说《时间景象》之中，取得了很好的效果，其中还提到了平行世界的存在。然而，甚至在本福德的虚构世界之中也没有时间退行的普通物体（更不用说是人）的物理运输。如果我们想要实现这一目的，我们就要提出改变时空结构的某种方法。虫洞具有明显的可能性；但是还有另一种可能性，在某些方面来说，另外的可能性更为简单。这涉及旋转，它源于这样一种认识，如果整个宇宙正在旋转，那么它本身就是一个时间机器，在这个意义上，它包含了封闭的类时回路。
哥德尔的宇宙
　　　　提出这一想法的人习惯于做出一些令人困惑的理论发现。他就是数学家库尔特…哥德尔，他于1906年出生在布尔诺（奥地利的一部分，现在属于捷克）。他曾在维也纳大学学习数学专业，并且于1930年取得了博士学位。此后不久，他就制造了一个爆炸性事件——发表于1930年的一篇论文，有时被描述为20世纪理论数学研究中最有意义的事件。简言之，哥德尔指出了算术是不完全的。如果规则系统建立起来用于描述简单的算术（我指的真是简单的算术，比如2加2等于4），那么哥德尔证明，注定要有一些算术上的命题，是系统规则本身既无法证实也无法证伪的。这就是现在众所周知的哥德尔不完备定理。不得不说的是，在算术的日常应用中并不存在任何问题。加法和减法等规则仍然用得很好，与1931年之前是一样的。但是令逻辑学家和哲学家深感担忧的是，这基本上意味着数学中有些东西是无法被证明正确或错误的。通过一个古老的涉及文字的逻辑谜题，你就能体会到这意味着什么，这个谜题是由古希腊哲学家埃庇米尼得斯提出来的。他注意到一些自我陈述的内在逻辑矛盾，下面的例句：

　　　　这一陈述是错误的。

　　　　如果这句话是正确的，那么它肯定是错误的；如果这句话是错误的，那它肯定是正确的。你可以提出问题“这句话是正确的还是错误的？”但是这个问题没有答案。实际上，这种谜题不能阻碍我们在日常交流中使用语言，许多普通人都会认为这类语句意义的讨论是逻辑上的吹毛求疵。然而，重要的一点是，无论是埃庇米尼得斯的例子还是哥德尔的不完备定理，都指向逻辑矛盾的自我循环——或者，如果你喜欢的话，可以称为非逻辑矛盾。这可以作为论点的基础，例如，

　　　　人的智力绝不可能理解人类思想，因为在理解自身方面我们不可避免地要遇到这种逻辑循环。所有这些构成了道格拉斯…霍夫施塔特的名著《哥德尔、艾舍尔、巴赫》的中心主题；但是，在某种意义上来说，那些无法被证明正误的说法或数学命题的存在类似于时间循环造成的难题，例如：外祖母既被谋杀又未被谋杀，既未存活也未死亡的薛定谔小猫的量子学难题，不过，这有些跑题了。

　　　　在20世纪30年代纳粹接管奥地利之后，哥德尔移居到美国，成为普林斯顿大学的一名教授，与他的好朋友阿尔伯特…爱因斯坦一起工作。对于能够在逻辑上证明数学是不完备的一个人来说，理解广义相对论方程一定是一件轻而易举的事情。在他与爱因斯坦的友谊鼓舞之下，哥德尔为相对论做出了一些重要贡献，找出了一些方程的新解法。关于相对论主题的最令人关注的变化出现在1949年，那时候提出了这样的观点：如果整个宇宙正在旋转，那么使得宇宙聚合起来和坍

　　　　缩的重力的自然趋势可以被离心力抵消。这样一个旋转的宇宙并不一定有一个围绕其旋转的唯一中心，如同膨胀宇宙没有一个它开始膨胀的唯一中心。在宇宙中我们环顾四周，任何一个观察者，无论他身处何处，都将看到一个似乎以观察者为中心的均匀膨胀；近似的，在哥德尔的宇宙中，无论观察者身处何处，都将会看到似乎以观察者为中心旋转的宇宙。但是，那不是他们所见到的全部。

　　　　当一大质量天体旋转的时候，它会以一种方式将周围的时空拖入，这让人联想到如果搅动杯子里的匙咖啡就会旋转。在旋转黑洞周围的能层中，这种现象很多，这也是一些奇特过程发生的原因，这些奇特的过程允许我们（原则上）从黑洞中提取能量。事实上，这一效果对于任何旋转质量都是适用的，无论其质量多么小——只不过时空拖动太过微小，只有在旋转物体足够大的情况下才能引起注意。尽管如此，如果效果足够大，在地球上就可以探测到。如果这一时空拖动按照爱因斯坦广义相对论所预测的方式发生，这种效果会通过在地球附近旋转回转仪的行为表现出来。由于地球的旋转，回转仪的旋转方向将会略微地改变方向。预测效果很小；但是二十年来斯坦福大学的研究人员都在从事这一项目的测量。他们的计划是制造出相对平衡的质地均匀的金属球形回转仪，它们将会在20世纪90年代末之前的某个时候飞入地球轨道落在航天飞机上面，并且在失重的条件下开始旋转。在那里，一组仪器将会观测失重的回转仪，看看它们是否受到了地球旋转的影响。

　　　　对于像行星一样的小旋转物体来说，要测量这一效果的确是十分困难的。但是，如果整个宇宙正在旋转，类似的效果应当以一种十分戏剧性的方式显现出来。要搞明白怎么回事的最好方法就是从光锥的角度来看，它可以显示出在标准的闵可夫斯基图上（这次不是费曼图）的时空点之间的关系。图7。4显示出与A、B和C三个时空点相关的光锥。这些点彼此一无所知而且没有相互影响，因为从这些点中的任意一点到其他点的信号都需要经过相应的光锥并且速度要比光速快。但是，随着时间的推移，从这些点中每一个点出发的观察者都会沿着各自差不多弯曲的世界线进入未来并且穿过页面。在未来的某一点，从A点出发的观察者将接收到来自B点的信号，而且观察者被一些发生在B点的事件所影响，这是第一次。但是，这一观察者绝不会对发生在B点的事件产生任何影响，因为向那里发送一个信号就需要做时间退行（在这一讨论中，我假定超光速粒子是不存在的）；任何相互影响严格上来说都是单向的。相同的方式也适用于其他观察者，事实上适用于平直时空中的所有观察者。

　　　　但是，如果观察者居住在一个正在旋转的宇宙，他们将会发现这个宇宙会以一种翻倒光锥（在宇宙中的任何地方）的方式拖动周围时空。如果宇宙旋转得足够快，光锥翻倒，以至于从A点出发的观察者在不超出未来光锥范围的情况下可以达到B点——也就是在不超过光速的情况下。一个从B点出发的观察者以相似的方式访问C点，我们可以想象一组相互重叠的光锥合拢起来，在整个宇宙中组成了一条循环线，然后返回到点A（图7。5）。但是，请记住，这是一个时空图。点A既代表了空间中的一个位置也代表了一个时间点。在哥德尔的宇宙中，从时空中的一点出发，在一个封闭路径中绕行宇宙，它将带你回到出发

　　　　时的同一时间和地点。这是有可能的，只是根据宇宙飞船中携带的计时器这一旅行可能历时千年。

　　　　当然，这样也有问题。为了以这种方式产生封闭类时曲线，像我们这样的宇宙应当是每700亿年旋转一次，对于一个约150亿年的宇宙来说，这是一个相当慢的旋转速度而且是很难测量的，然而现有证据明确反对宇宙具有这一旋转。即使宇宙以这一速度旋转，最短的类时曲线的周长也约有1000亿光年。就是说，哪怕是甚至对于一束光，绕着宇宙旋转并且回到出发时的同一时空点，也需要1000亿年。事实上，使用这一宇宙时间机器是不具有现实可能性的。但是，哥德尔对爱因斯坦方程式的解答再一次显示，时间旅行是不受一般理论禁止的。这也显示出，这种旋转及其产生的光锥倾斜可能导致类时曲线的存在。1973年，马里兰大学的研究人员意识到，如果物质密度够大，旋转得足够快，而且质量上远远小于整个宇宙的话，这样的一幕也会上演。
提普勒的时间机器
　　　　提出这一戏剧性想法的弗兰克…提普勒，他居住在美国新奥尔良的杜兰大学，并且筹划建造一个时间机器。他对宇宙中是否存在不同宇宙的旋转图7。5如果宇宙正在旋转，光锥可能翻倒，这样你可以从A移动到B再到C——然后绕了一圈，回到事件A。即，回到出发时的同一地点和同一时间——这不需要比光速快。

　　　　于我们人类的任何其他形式智能生命很感兴趣（不开玩笑，他的结论是，对于比我们稍微先进的文明来说将整个宇宙开拓为殖民地是非常容易的，在我们天文