果壳中的宇宙-第7部分

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上能量密度变成有限的。然而，这样的时间机器是否稳定仍然不清楚：最小的扰动，譬如某人穿过视界进入该时间机器，可能激活了循环的虚粒子并引发闪电。这是一个物理学家应该能自由讨论而不被嘲笑的问题。即使结果是时间旅行不可能，我们也理解了为何如此，而这一点是重要。　　
　　为了确定地回答这个问题，我们不仅需要考虑物理场的，而且也要考虑时空本身的量子起伏。人们也许预料到，这些会引起光线的轨迹以及整个时序概念上的朦胧模糊。的确，因为时空的量子起伏意味着视界不是准确定义的，人们可以把来自黑洞的辐射认为是漏洞。因为我们还没有量子引力的完整理论，很难说时空起伏的效应应是怎样的。尽管如此，我们能指望从在第三章中描述的费因曼对历史求和中得到一些提示。　　
　　每一个历史都是弯曲时空以及其中的物质场。由于我们打算对所有可能的历史，而不仅是那些满足一些方程的历史求和，这个求和应当包含卷曲到足以旅行到过去的时空在内。这样，问题就变成，为何时间旅行不到处发生呢？其答案是，时间旅行的确发生于微观尺度上，但是我们察觉不到。如果人们将费因曼的历史求和思想应用于一个粒子上，他就必须包含粒子旅行的比光还快甚至向时间过去旅行的历史。尤其是，存在粒子在时间和空间中的一个闭合圈环上不断循环的历史。这就是影片《圣烛节》中的记者必须不断地重复过同一天一样。　　
　　人们不能用粒子检测器来直接观测这种处于闭合圆环历史中的粒子。然而，在许多实验中已经测量到他们的间接效应。有一个实验是由在闭合圆环中运动的电子引起的氢离子光谱微小的位移。另一个实验是两片平行金属板之间的很小的力，这是由于可适合于平板之间的闭合圈环历史比适合于外面区域的微少这一事实引起的——卡米西尔效应的另一种等效解释。这样，实验验证了闭合圈环历史的存在。　　
　　人们在许会争辩道，由于闭合圈环历史甚至在固定的背景诸如平空间中发生，它们和时空卷曲有何相干。但是近年我们发现物理学中的现象通常具有对偶的同样成立的描述。人们可以等价地说，粒子在给定的背景中沿一个闭合圈环运动，或者粒子固定不动而空间和时间围绕着它起伏。这只不过是你是首先对粒子轨道求和然后再对弯曲时空求和，还是以相反的顺序求和的问题。　　
　　因此，量子理论看来允许在微观的尺度上的时间旅行。然而，这对于科学幻想，诸如你回到过去去杀死你外祖父的目的没有多大用处。因此，问题就变成：在对历史求和中的概率能否在具有宏观时间圈环的时空附近取得锋值呢》　　
　　人们可以这样研究这个问题，考虑在一系列越来越接近允许时间圈环首的时空背景中的物质场的历史千求和。人们预料，在时间圈环首次出现时会发现某种戏剧性事件，而这正是被我和我的一名学生迈克·卡西迪研究的一个简单例子所证实的。　　
　　在我们的一系列研究的背景时空和所谓的爱因斯坦宇宙紧密相关。当爱因斯坦相信宇宙在时间上是静止不变，既不膨胀也不收缩时提出了这种时空。在爱因斯坦宇宙中时间从无限的过去走向无限的将来流逝。然而，空间方向是有限的并且自身闭合，如同地球的表面一样，只是多了一维。人们可以把这时空画成一个圆柱，长轴是时间方向，而截面是三个空间方向。　　
　　因为爱因斯坦宇宙不膨胀，所以它不代表我们在其中生活的宇宙。尽管如此，因为它简单，人们可以作对历史的求和，所以在讨论时间旅行时利用它作为背景很方便。暂时忘记一下时间旅行，考虑在爱因斯坦宇宙中围绕某个轴旋转的物质。如果你位于轴上，你可以留在空间中的同一点，正如你站在儿童旋转木马的中心。但是如果你不在轴上，你就以围绕着轴旋转的方式在空间中运动。你离开轴越远，就运动的越快。这样，如果宇宙在空间上是无限的，则离开轴足够的地方必须旋转得比光还快。然而，因为爱因斯坦宇宙在空间撒谎能够是有限的，所以就存在一个旋转的临界速度，低于这个临界速度时宇宙任何部分都旋转得比光慢。　　
　　现在考虑对一个旋转的爱因斯坦宇宙中的粒子历史求和。当旋转很慢时，对于给定的能量粒子历史可以采用许多路径。这样对在这样背景中的所有粒子求和就会得到大的幅度。着意味着，在对所有弯曲时空的历史求和中这个背景的概率是高的，也就是说，它是更可能的历史之一。然而，随着爱因斯坦宇宙的旋转速度达到临界值，似的它外缘的运动速度达到光速，在边缘上只存在一个经典允许的粒子路径，也就是以光速运动的路径。这意味着对粒子历史的求和将很小。这样，对所有弯曲的时空历史求和中这些背景的概率很低。也就是说，它们是最不可能的。　　　
　　旋转的爱因斯坦宇宙和时间旅行以及时间圈环有何相干呢？其答案是，它们和其他允许时间圈环的背景是数学上等价的。这些其他背景是在两个空间方向膨胀的宇宙。该宇宙在第三个空间方向不膨胀，这个方向是周期性的。这也就是说，如果你在这个方向走一定的距离，就会回到出发点。然而，每次你在第三个空间方向走一圈，你在第一和第二方向的速度都被加快上去。　　
　　如果加快得很小，就不存在时间圈环。然而，考虑一个加快不断增加的背景的序列。当加速达到某一临界值时时间圈环就要出现。这一临界加快对应于爱因斯坦宇宙的临界旋转速度，这是可以想见的。由于在这些背景中对历史求和计算是数学上等效的，人们可以得出结论，当这些背景达到现实时间圈环需要的圈曲时，它们的概率趋向零。这就支持了我在第二章末提到的所谓的时续防卫猜测：物理定律协同防止宏观物体的时间旅行。　　
　　虽然历史求和允许时间圈环，其概率极为微小。基于我早先提及的对偶性论证，我估计帕基·索恩能回到过去并杀死其祖父的概率小于一后面更一万万亿亿亿亿亿亿亿个领分之一。　　
　　那是相当小的概率，但是如果你仔细观察帕基的像，你可以在边缘上看到一点模糊。那对应于某个私生子从未来回来并杀死其祖父，因此他并不真的在那里的微弱可能性。　　
　　作为赌徒，帕基和我会认为此而打赌，麻烦在于我们不能互相打赌，因为现在我们两人都站在一边。另一方面，我不愿意和其他任何人打赌。他也许来自未来并且知道时间旅行的可能性。　　　
　　你也许想知道这一章是否为政府包庇时间旅行的一部分。你也许是对的。　
　第六章　　我们的未来？《星际航行》可以吗？　　
　　　　因为《星际航行》是未来的安全而舒适的幻影，所以广受欢迎。我自己也就算是一名《星际航行》迷，这样便很容易被说服去客串了一集。在那一集中我和牛顿，爱因斯坦以及达他航长玩扑克，我把他们全打败了。可以报警出现，所以我从未收到我赢的钱。　　
　　　　《星际航行》战线了一个在科学，技术和政治组织远比我们先进的社会。在现时和那时之间一定会有巨大的改变以及与之相伴随的紧张和混乱，但是在戏剧中描述的时期，科学，技术和社会组织据说已达到几乎完美的水平。　　
　　　　我想质疑的是这种场景并诘问，我们是否会在科学和技术上达到一种最终的稳定的状态。从上一次冰河时期迄今的大约一万年左右人类知识和技术上一直在演化着。也出现过一些挫折，例如在罗马帝国崩溃之后的黑暗时代。但是世界人口，作为我们维持生命和养活自己的技术能力的测度一直在稳步上升，除了一些诸如黑死病的小起伏。　　
　　　　在前两个世纪，它的增长变成指数式的，也就是说每年的人口增加同样的百分比。这个增长率现在大约为每年百分之一点九。听起来这似乎不很多，但是它意味着世界人口每40年要加一倍。　　
　　　　电力消耗和科学论文的数目是近代技术发展的另外的测度。它们也是指数增长的，并在短于四十年间加倍。没有任何迹象表明，在最近的将来科学技术的发展会缓慢下来甚至停止——直至《星际航行》时代这肯定不会发生。这个时代被认为在不那么遥远的将来。但是如果人口到2600年将会到达擦肩摩踵的程度，到那时地球会因大量使用电力而发出红热的光芒。　　
　　　　如果你把正在出版的所有新书一本本地堆放，比必须至少以每小时90海里的速度运动才能追赶它的尽头。当然，到了2600年新的艺术和科学著作将以电子形式出版，而不用书报。尽管如此，如果继续这种指数增长，在我的理论物理领域每秒种就有十篇新论文，根本来不及阅读。　　
　　　　很清楚，目前的指数增长不可能无限继续下去。那么将会发生什么呢？一种可能性是我们被某些灾难，譬如核战争毁灭殆尽。有一个黑色幽默讲，我们之所以未被外星人接触，是因为当一种文明达到我们的水平时，就变得不稳定而且毁灭自身。然而，我是一名乐观主义者。我相信，人类达到今天这样的境界，事物变得这么有趣，绝非仅仅为了把自己毁灭。　　
　　　　《星际航行》对未来的想象，也就是我们达到先进的但是本质上静态的水平，就我们对制约宇宙的基本定律的知识而言，是可以实现的。正如这个终极理论存在的话，它将要确定《星际航行》式的翘曲飞行能否实现。按照现在的观念，　　　
　　　　我们必须以一种缓慢和冗长乏味的方式探索星系，利用运动得比光还慢的空间飞船；但是由于我们尚未拥有完整的统一理论，我们还不能完全排除翘曲飞行。　　
　　　　另一方面，我们已经知道在除了最极端情形外都成立的定律：制约《探险号》全体职员的定律，如果不包括制约空间飞船本身的话。但是我们在利用这些定律上或者利用它们所产生的系统的复杂性上，似乎永远不会达到一种恒定的状态。本章的期于部分正是讨论这种复杂性。　　
　　　　我们迄今为止所有的最复杂系统是我们自身的生命。生命似乎起源于太初海洋之中，太初海洋在40亿年前覆盖着地球。我们不知道这是怎么发生的。也是是原子间的随机碰撞构成了宏观分子，这些宏观分子能复制自己并且将自己聚成更复杂的结构。我们能确切知道的是，到35亿年之前，高度复杂的DVA分子已经出现。　　
　　　　DNA是地球上所有生命的基础。它具有双螺旋结构，犹如螺旋状楼梯，它是在953年于剑桥的卡文迪许实验室由弗朗西斯·克里克和詹姆·化特森发现的。双螺旋的两缕由核酸对连接，正如螺旋楼梯中的踏板。存在四种核酸：胞嘧啶，鸟嘌呤，酪氨酸和腺嘌呤。不同核酸沿着螺旋楼梯发生的顺序携带遗传信息，他使DNA分子在它周围集合有机体并复制自己。当DNA复制自身时，在核酸沿着螺旋的顺序会偶尔出错。在大多数情形下，复制的错误使DNA要么不能要么更少可能去复制自己，这意味着这种遗传误差或者被称作突变的会死去。但是在一些情形下，这误差或者突变将会增加DNA存活和繁殖的机会。遗传密码的这种改变是很有利的。这就是包含在核酸序列中的信息逐渐演化并且变得更复杂的过程。　　　
　　　　因为生物演化基本上是在所有遗传可能性空间中的随即漫游，所以它非常缓慢。其复杂性或者被编码于DNA中的信息的比特数粗略地为分子中的核酸数目。在最初的20亿光年左右，其复杂性增加率应该是每百年一个比特信息的数量级。DNA复杂性增加率在最近的几百万年里逐渐地上升到每年一比特左右。但是后来，大约6000~8000年以前，发生了重大的新的进展。我们发现了书写语言。这意味着，信息从这一代向下一代转移，不必等待非常缓和的随即突变和自然选择把它编码到DNA的序列的过程。复杂性的量被极大地增加。单独的一本浪漫小说就够储存关于猿和人类DNA差别的那么多信息，而30卷百科书可以描述人类DNA的整个序列。　　
　　　　更重要的是，书中的信息可以快速地更新。现在人类DNA由于生物进化引起的更新率超过每秒100万比特。当然，大部分信息都是垃圾。但是即使100万中只有一比特是有用的，那仍然比生物进化快10万倍。　　
　　　　这种通过外部的非生物手段的资讯传递使人类凌驾与世界之上并使人口指数地增长。但是我们现在处于新时代的启始，在这新时代里我们不需等待生物进化的缓慢步骤就能增加我们内部纪录即DNA的复杂性。在最近的一千年我们很有可能将其完整重新设计。当然，许多人说人类遗传工程应该被禁止，但是我们能否防止它是很另人可疑的。为了经济的原因将允许植物和动物的遗传工程，而有些人一定会对人类进行尝试。除非我们有一个极权的世界政府，某些人在某处将设计改良人种。　　
　　　　很清楚，创造改良的人种相对于未改良的人种会产生巨大的社会和政治问题。我不想将人类遗传工程当作必须的发展来辩护，我只不过是说，不过我们要不要，它都可能发生。这就是为什么我不相信《星际航行》那样的科学幻想，在那里四百年后的未来人们和我们今天本质上是相同的。我认为人种及其DNA将相当快速地增加其复杂性。我们应该认识到这很可能发生，而且考虑如何去应付这种局面。　　
　　　　如果人类要去应付它周围日益复杂的世界和遭遇到诸如太空旅行这样的新挑战的话，它必须改善其精神与体温。如果生物系统想领先电子系统的话，人类也需要增加自己的复杂性。电脑在现时具有速度的优势，但是它们毫无智慧的迹象。这并不奇怪，因为我们现有的电脑比一根蚯蚓的大脑还简单。蚯蚓是一种智力微不足道的物种。　　
　　　　但是，计算机服从所谓的穆尔定律：它是那些显然不能无限继续的指数增长之一。然而，它也许会继续到电脑具有类似于人脑的复杂性为止。某些人说电脑永远不能显示真正的智慧，不管这智慧是何止而言。但是我似乎觉得，如果非常复杂的电子路线也能使电脑以一种智慧的方式行为。而且如果它们是智慧的，它们也应该能设计出甚至具有更大的复杂性和智慧的电脑。　　
　　　　生物和电子复杂性的这种增加会永远继续下去吗？还是存在一个自然的极限？在生物方面，迄今的人类智慧的极限被通过产道的大脑尺度所定。我目睹我三位孩子的出世，知道让头出来是如何困难。但是，我预料在一百年内，我们将能够在人体之外养育婴儿，这样这个极限就被消除了。然而，通过遗传工程增加人脑尺度最终会遭遇到这样的问题，即身体中负责我们精神活动的化学信使运动较慢。这意味着，进一步提高大脑的复杂性将会以速度为代价。我们可能才思敏捷或者非常智慧，但是二者不可能兼。我仍然认为，我们可能比《星际航行》中的大部分人有智慧的多，那不是什么困难的事。　　
　　　　电子线路具有和人脑一样的复杂性对速度的问题。然而，在这种情形下讯号是电子的，而不是化学的，它以光速运动，速度快多了。尽管如此，光速已经是设计更快速电脑的实际极限。人们可以进一步降低线路尺度以改善这种局面，但最终将有一个由物质原子性质设下的极限。我们在遇到这个障碍之前仍有一段路可走。　　
　　　　电子线路在保持速度之际