与霍金一起了解宇宙

http://www.56.com/u94/v_NTQ2MTM0MTE.html

1、探讨如何建造“时间机器”的文章中详细分析了人类如何利用自然规律实现“时间旅行”的伟大梦想。
    
2、在科学界，时间旅行一度被认为是歪理邪说。过去因为担心有人会把怪人的标签贴在自己身上，我对这个问题常常避而不谈。但现在，我不再那么谨小慎微了。我对时间痴迷已久，如果有一台时间机器，我会去拜访风华正茂的玛丽莲-梦露，或是造访将望远镜转向宇宙的伽利略。或许，我还会走到宇宙的尽头，破解整个宇宙湮灭之谜。

3、为了让这一切从虚幻变成现实，我们应以物理学家的角度来重新审视时间——即第四维。这个问题没有听上去那么晦涩难懂。每个好学的孩子都知道，任何物体都以三维形式存在。一切物体都有宽度、高度和长度。此外，还有一种长度——时间的长度。

4、霍金提出三种穿越路径
（1）虫洞：穿越第四维的通道
    虫洞就在我们周围，只是小到肉眼无法看见。宇宙万物都会出现小孔或裂缝，这种基本规律同样适用于时间。时间也有细微的裂缝和空隙，比分子、原子还要小的空隙被称作“量子泡沫”，而虫洞就存在于“量子泡沫”中。
    有朝一日，人类也许能够捕获某一个虫洞，将它放大到足以使人类甚至宇宙飞船从中穿过。

（2）光速：时空旅行的关键
    如果我们想踏上未来之旅，那么速度必须快。如果能够建造出速度接近光速的宇宙飞船，那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速最快的法则，而致使舱内的时间放慢。霍金设想出一艘大型极速宇宙船，其速度是人类历史上速度最快的载人飞船“阿波罗”10号的2000倍。在太空飞行数年后飞船将到达其最高速度——相当于光速的99%。在这一速度下，在船上待一天，就意味着在地球上度过一年。船上的乘客就是变相飞向未来，作出名副其实的时间旅行。

（3）黑洞：天然的“时间机器”
    时间就像是一条河流，在不同的地段会有不同的流速，而这正是实现通往未来之旅的关键。比整个银河系还要重的超大黑洞可以更明显地降低时间流逝的速度。霍金说，这种超大黑洞就像是一部天然的时间机器。如果一艘宇宙飞船进入超大黑洞，在超大黑洞内执行5年任务，返回地球时会发现已过去了10年。这种时光旅行方式的问题在于，接近超大黑洞的危险太大。


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探索频道高清.

与霍金一起了解宇宙 时间旅行

Into.the.Universe.With.Stephen.Hawking Time Travel

Oriphia个人字幕

时间旅行曾经被认为是科学的异端邪说，我一向都回避这个话题，避免被贴上狂想家的标签，但这段日子我不再犹豫，事实上我更中情于建造巨石柱的人，我被时间记录了，如果我有台时间机器，我可以在玛莉莲·梦露当红的时期拜访她；拜访伽利略，当他把望远镜指向宇宙，可能我还会到宇宙的尽头，揭开我们宇宙的全貌，要验证我们的想法是否可行，我们就要以物理学家的眼光去研究时间，也就是四维时空。

四维时空并不难理解，所有的物理性质，包括我的椅子都是三维的，任何物体都有宽·高·长，但另外有一种量度单位：时间。

一个正常人可以活80岁，一堆石头可以存在更长时间，可能是数千年，而太阳系则是数十亿年，所有东西都在时间上有长度，空间也一样。在时间中旅行意味着要穿梭四维的时空。

拿日常的开车旅行来理解这句话的意思，高速的车带来更多的乐趣，直走意味着穿过其中一维的空间，转左或转右意味着穿过第二维，在弯曲的山路中爬上爬下带来高度的变化，那样就在三维中穿梭了，但我们怎样穿梭时间呢，怎样才能找到第四维呢？

先让我们换一个话题来看一个科幻的假想，关于时间旅行的电影通常有体积巨大、超耗能的机器，机器制造出穿越第四维的通道：一条时间的隧道。物理学家同样思考着时间和隧道，但从完全不一样的角度，我们想知道通往过去或者未来的入口是否在自然法则下存在，如果真的存在的话会是怎样的，

我们将这个入口命名为“虫洞”。事实上虫洞布满在我们身边，只是它们细小得看不到，虫洞非常微型，虫洞存在于时空的每个角落（nooks and crannies）

这可能很难理解，这样说明：没有东西是平坦的或者实心的，如果靠得足够近看任何东西，你会发现小洞和裂痕，这是基本的物理法则，同样适用于时间，在三维世界和第四维同样是正确的。

时间中存在细小的裂痕、皱褶、瑕疵，在非常小的尺度，甚至比分子还小，比原子还小，我们把那一区域叫做量子泡沫（Quantum Foam），这是世界的基本存在，微型的时空隧道和捷径，在这个量子的世界里面不断地形成——消失——再形成，连接两个独立地点和不同的时间。

很不幸这种时空的隧道只有10的-33次方厘米的大小（普朗克长度），不足以令人类可以通行，不过引出了虫洞型的时间机器的概念，有些科学家认为有可能抓住其中一个将之扩大数亿亿亿倍，使其足以通过一个人甚至一艘太空船，给以足够的动力和超前的科技或许可以在宇宙中制造出大虫洞，我不保证可行，只是理论上有可能做出来。一端在地球不远的地方，另一端则在遥远的宇宙的深处。

理论上虫洞可以有更多的用途，如果虫洞的两个开口在相同的地点不同的时间，飞船可以穿越到地球形成之前的世界，一个遥远的过去，,或许恐龙们可以目睹飞船的降落。

如果觉得四维时空的概念很难理解，虫洞的概念更加令人摸不着头脑，但换言之，我想出一种简单的实验验证人类是否可以通过虫洞穿越时间，或者在遥远的未来。

我喜欢简单的实验和香槟，所以我结合两样我喜欢的东西来验证从未来穿越到过去是否可行，我搞了一个派对，欢迎来自未来的时间旅行者，在派对开始前我没有告诉任何人，只是用一张请柬告知确切的时间和地点。请柬我复印了数份，想必其中一份可以流传至数千年后，可能在未来的某一天有人可以看到这份请柬，用虫洞型的时间机器来参加我的派对，证明时间旅行在未来可以实现，我的穿越客人可能随时都会到，很遗憾，没有人推开门开门进来。





 

cordially 诚挚地，诚恳地；友善地

invite 邀请，招待；招致

reception 接待；接收；招待会；感受；反应

hosted （作为主人）款待，招待（客人）；主持（host的过去式）

RSVP 请回复（Respondez sil vous plait）

required 要求；需要

 

那么为何这个实验不起效呢，我想其中一个原因是众所周知穿越过去的问题：谬论的问题。

    【祖父谬论】：回到过去，在（外）祖父生你父母之前把他杀了，因此你不能出生，更不能回到过去杀你的祖父。

我有一个新的简单版本，我称之为【疯狂科学家谬论】

一个人决定要制造一个谬论，就算代价是自己的生命。想象一下他用某种手段造出了一个虫洞，通过时间隧道返回一分钟前的世界，听起来好像没多大问题，而实际上一分钟的穿越可能捅很大的娄子，通过虫洞科学家可以看见自己一分钟前的影象，但我们的科学家如何用这个虫洞呢——开枪射一分钟前的自己，现在他死了，在他组装起手枪之前就死了，那么，谁开的枪？这是个谬论，听着就觉得不可能，这种情况是宇宙学家们的恶梦，这种时间机器会改变宇宙最基本的法则：【结果早于原因发生，影响原因的发生。】

我相信事物不能够否定自己的存在，如果可以的话，那么就没有人可以阻止宇宙重回混沌，所以我想有东西总是阻止谬论的发生，总是有某一原因使得我们的科学家没有射死自己机会，在这个例子中，虫洞就是问题的所在，我可以肯定地说这种类型的虫洞是不可能形成的，原因就在于反馈。

如果你曾经去过听摇滚，你会认得这震耳欲聋的声音，这是反馈，成因很简单，声音进入麦克风，通过电线的传导，通过扩音机放大，再从音箱放出来，但声音又再一次通过麦克风，一次又一次地经过这样的循环，每一次都变得更大声，如果没有人叫停，反馈将会令这个系统崩溃。我想同样的事情会发生在虫洞中，只是辐射取代了声音的位置，当虫洞打开的瞬间，自然界中的辐射会进入其中并形成回路，反馈会变得足够强大使虫洞毁灭，虽然微型虫洞当真存在，也可能某天可以将之放大，也没能持续足够长时间而变成时间机器，那就是没有人来参加派对的真正原因，事实上我相信任何的手段包括虫洞可以穿越时空回到过去的这种情况可能并不存在，否则就会产生谬论，穿越时间回到过去永远不会发生。（这一段没有看懂）

故事并未完结，时间旅行并不是不可能，我相信时间旅行：通往未来的时间旅行。时间就像河流一样流动，我们就像是被时间流冲向下流一样，但时间在另外的方面也很像河流，在不同的地方有不同的速度，而这也是到未来旅行的关键，这个概念源自100年前的爱因斯坦，他意识到可能有的地方会使时间慢下来，而另一些地方时间会加快，他是正确的，而证据就在我们头顶上：外层空间。

全球定位系统GPS，由绕地球运行的31个人造卫星组成的系统，这些卫星用于卫星导航，但它们同时证明了时间在这里走得比地球表面快，在每个航天器上都有一个非常精密的钟，无独有偶，它们全部每天都走快十亿分之三秒，系统必须纠正这个误差，否则这个误差会导致地面的定位系统产生每天6英里的偏差，你可能想像一下后果。问题并不在于钟，钟走快只说明这里的时间走得比在地面快，产生这种现像的原因在于地球的质量。爱因斯坦意识到物质会影响时间，就像河流流得慢的部分，越重的物体时间流逝得越慢，这一点和未来旅行有着重大的关系。

我明白这是个很难明白的概念，所以来看个简单的例子，吉萨金字塔，它有40000000吨重，就像所有重的物体一样它实际上在减慢时间的流逝，比超地球其它地方它的作用小于十亿分之一秒，但的确在发生影响，接近金字塔的物体时间就会变慢，就像被隔断的河流，在这里时间自身的流动相对于较远的地方来说会变慢。这就打开了通往未来之门。

实际我们用来进行时空穿梭的物体的质量要比金字塔大得多，我只想到有一个物体，在人马座的中心，离我们1600光年之外，就像银河系其它地方一样，有着大量的气体和恒星，一个超级黑洞，拥有4百万个太阳的质量，由于自身的重力压缩成一点，你越是接近黑洞，重力越强，离得足够近，甚至连光都跑不掉，以至于形成一个直径5千万英里的黑球体，这样的黑洞对于时间起着意想不到的效果，作用远远强于宇宙中的任何其它东西，这就是一个自然产生的时间机器。

我想像有一天一艘飞船可以得以接近这个特别的地方，但最起码要避免被吸进去，我想其中的技巧就在于交界处的调整，而刚好不被吸进去，他们必须有精确的航向和速度，否则就出不来了。飞船将会环绕其运行，其轨道是长达3千万英里的圆周，但愿飞船的速度可以保证其停止下坠，如果有人可以从地球上或者其它远离黑洞的地方加以指挥，他们设定其在轨道运行一周要用16分钟，但对于飞船上的勇者来说接近这样质量的物体，时间将会慢下来，其效果将会比接近金字塔或者小行星旁边更大，时间的流动将会减慢一半，16分钟一周的轨道他们感觉只用了8分钟，每转一周，比起远离黑洞的人他们只感受到一半的时间，飞船和它的船员就会穿越时间，试着想一下他们绕着黑洞运行了5年，我们则会渡过十年，当他们回到地球，其它人都会比他们年长5岁，飞船及其船员将会回到未来的地球，他们旅行经过的不单只是空间而且包括时间，超大质量黑洞是一台时间机器，但事实上并不容易操作，比起虫洞，他有着不产生谬论的优势，也不会因为反馈而崩溃，但真的十分危险，短时间内还不可能实现。

幸运的是还有其它的方法可以穿越时间，你需要很快很快的速度运行，比围绕超大质量黑洞运行的速度还要快很多，这是因为宇宙的另外一个古怪的定律【恒定的宇宙极限速度：186000英里每秒，也就是众所周知的光速】，没有东西可以超过这速度，你知道这听起来不可思议但请相信我这是宇宙的一个基本法则，用接近光的速度就可以去到未来。

让我们看一个科学的假想的运输系统例子，试想一下存在一条围绕地球的轨道，一条为超高速列车准备的轨道，我们将会试用这条假想的轨道达到近似光速看看这如何成为出一台时间机器，在上面的旅客将得到一张通往未来的单程票，列车开始进行实验，越开越快，很快它就会绕着地球不断运行，一圈又一圈，接近光速意味着极高速地绕地球运行，每一秒跑七圈，但无论列车的动力如何强劲，绝对不会超过光速，因为物理法则不允许，所以我们只能无限接近极限速度，而非常奇特的事情开始发生，相比于地球其它地方列车上的时间流动得非常缓慢，就像在黑洞的附近，但不仅如此，列车上的所有物体的运动都会变慢，这样就可以限制列车上的物体的速度，试想像一个小孩在列车上向前进方向奔跑，他的奔跑速度将加上列车的速度，她就可以意外地突破速度上限吗？答案是否定的，自然法则将时间减慢以避免可能性的发生，所以她不能够跑得快过极限速度，时间总是会变慢使得极限速度不会被突破，利用这个特性我们可以通往遥远的未来，假设列车在2050年1月1日出发，绕了地球走了100年，而在2150年的新年靠站，而旅客们只是过了一个星期，因为车内的时间流动足够慢，当他们走下列车将会发现一个完全不一样的世界，他们用一周时间就来到一百年后的世界。显然建造一辆如此速度的列车是不可能的。

    我们还是可以造跟这列车相像的东西：位于瑞士日内瓦的世界上最大的粒子加速器。在地下深处有长达16英里的环形管道，上万亿个微小粒子组成的粒子流存在其中，当电源打开，在不到一秒内粒子流从零加速到时速60000英里，增大能量，粒子流变得越来越快，最终粒子流将会每秒绕管道11000圈，差不多达到光速，但就像列车一样，他们不会达到极限速度，只能达到99.99%光速，这样的情况下粒子流也会穿越时间，我们得知这点因为一种寿命超短的物质“π介子”

，正常情况下他们只能存在二百五十亿分之一秒，当他们达到近似光速，他们的寿命延长了30倍，这些粒子真正意义上的穿越时间，就是这么简单，我们想要去往未来，我们只需要跑快点就可以了。

“非常快”，我想唯一可能实现的方法就是到宇宙空间去，人类历史上最快的运输工具是阿波罗10号，它可以达到25000英里每小时的速度，但要时间旅行我们还要2000倍以上的速度，我们需要一艘更大的船，一台真正的超巨大机器，飞船要足够大容纳足够的燃料，足够加速到近乎光速，要使飞船达到极限速度，飞船需要整整六年时间加速，最初的加速会是缓慢的，因为飞船巨大而且笨重，而后逐渐加速，行驶一大段的距离，一周后它就会飞近太阳系的边缘行星，气态的行星如海王星，两年之后就会加速到光速的一半，而且会远离我们的太阳系，再两年后它就会达到光速的90%，而接近离我们最近的恒星系统人马座α星系，大约离地球30万亿英里，发射四年之后，飞船开始了时间旅行，飞船上的一个小时等于地球上两个小时，和环绕大质量黑洞飞行的实验相近的情形。好戏在后头，再经过二年加速飞行，飞船将达到最高速度，99%的光速，在这个速度下，飞船上的一天等于地球的一整年，飞船真正地飞向未来，变慢的时间还有一个好处，就是在人类的寿命里可以进行很长距离的旅行，去到银河尽头只需要80年。

我最想探研的是我们宇宙的真谛，在我们的宇宙时间以不同的速度在不同的地方流逝，我们被微型的虫洞包围，最终我们将用我们掌握的物理知识，成为真正的四维时空穿梭者。

霍金先生讲到了要以四维的角度看时间。所有的物体都是三维的，包括你和你坐的椅子，任何事物都有长度、宽度和高度。但是还存在一种维度，即时间维度。而所有的事物在时间上都有长度，人的寿命80余年，石头可以延续数千年，太阳系则能长达数十亿年。

接着以台球桌为例，说明任何事物其实都有小洞和细缝（那为什么不以玻璃为例呢，这样更有说服力），相信这些在三维空间里最基本的物理原理同样适用于四维空间，即在时间的空间里虫洞无处不在。但是虫洞非常微小，是比原子分子还微小的量子泡沫，在量子的世界里，穿越时空的微小隧道或捷径，不断形成、消失、再形成，它们连接了两个独立的区域和两处不同的时间。不幸的是这种真实存在的时间隧道只有10 -33 厘米大小，人类或者宇宙飞船想要穿越其中的话只能通过把虫洞放大数万亿倍。此外，虫洞还面临另外两大致命问题，悖论和反馈。

悖论。一个科学家拿着枪，装好子弹，然后穿越到了1分钟之前（虽然只是短短的1min，也足够说明问题），面对1分钟前还正在装子弹的这个自己开枪，过去的自己死亡了，那开枪的这个人又是谁？这便是个悖论，这完全说不通，这种情形是宇宙学家的恶梦。这样的时间机器会违背主宰宇宙的基本法则，使因果关系颠倒，倘若这样的事情发生，整个宇宙将不可避免地陷入混乱。因此霍金先生认为终究会有状况发生，从而避免悖论的出现，也总会有某种原因避免那位科学家处在射杀自己的困境中，既然如此，虫洞本身就是问题所在。至此，霍金先生认为，这样的虫洞根本不会存在，其原因就是反馈。

反馈。以音箱为例，声音进入麦克风，经过电缆传送，再由扩音器放大，最终由音箱发出。但倘若有太多的声音由音箱返回麦克风，声音便会在此回路中不断折返，并被逐次放大，如不加阻止，反馈信号将毁坏音箱系统。霍金先生认为这同样适用于虫洞，只是虫洞传播的是辐射而不是声音，虫洞一旦张开，自然辐射是巨大的，进入其中并终结于回路，反馈会变得无比巨大以至于将虫洞摧毁。因此，尽管微型虫洞的确存在，但其生命之短暂则无法被用作时间机器。

事实上，霍金先生基本不相信可以利用虫洞，或者其他可能手段重返过去，否则会导致悖论（我在想影片回到未来三部曲中主角回到过去面对自己和正被杀的博士，也是悖论，但影片中的穿越方式不一样），因此回到从前似乎永远不会发生，但对于历史学界却是一种解脱。

这并不意味着所有时间旅行都不可行，霍金先生对时间旅行深信不疑，相信人吗能够跨入未来。

第二种方式，环绕巨型黑洞。众所周知，如同流水一样，时间在不同的地点流逝的速度并不一样。在太空中负责全球定位系统（GPS）的31颗卫星，上面配备的计时系统已十分准确，但每天都会走快大约十亿分之一秒的三分之一，系统必须更正这些偏差，否则这一细微的偏差会导致地球上所有的GPS设备每天出现约6英里的误差。问题并不在于时钟，时钟走得快是因为在天空中时间本身就比在地球上快，产生这种现象的原因是地球巨大的质量。爱因斯坦意识到，物质滞延时间，物体越重滞延时间越长。这一惊人的事实，打开了一扇穿越未来的希望之门。

恰好有一个符合条件的物体，银河系中心的特大质量黑洞，距离我们26000光年，是整个银河系中质量最大的物体，质量相当于400万个太阳。黑洞隐藏在大片气体和星体中，直径为1500万英里的黑暗球体区域，在自身重力作用下挤压成一个点，离黑洞越近引力作用越强。这使之成为一个天然的时间机器，未来宇宙飞船可以挑战利用这一奇观。它首先必须避免被吸入其中，关键要准确无误地沿切线驶过，处于完全正确的轨道并达到精准的速度，如果一切正常 宇宙飞船就会进入一个直径为3000万英里的巨型圆轨道，在这里它就安全了，它的速度足以避免其坠入黑洞。如果某航天局从地球或其他任何远离该黑洞的地方远程操控该任务，会发现飞船沿轨道运行一周需16分钟，但是对于飞船上的宇航员时间会减慢一半，每16分钟的轨道运行，他们实际只需用8分钟时间。试想当宇航员绕着黑洞转了5年返回地球（地球上已经过了10年），发现地球上所有人的年龄都比他们多增长5岁，宇航员们回到的是未来的地球，他们应该经历了一段空间更是时间的旅行。它优于虫洞的地方是不会产生悖论，并且不会在反馈瞬间摧毁自身，但它仍然非常危险,行路迢迢,而且也不能将我们带入非常久远的未来。

第三种方式，趋近于光速旅行。一个奇妙的宇宙事实是，世界上存在宇宙速度极限速度（光速 186000英里/秒），这是世间最快的速度，也是最具权威的科学定理之一，以接近光速的速度移动你就能穿越至未来。试想有一条紧绕地球的极速列车专用轨道，假定这列虚幻列车无限接近光速，列车上的乘客手持通向未来的单程票。列车一圈又一圈绕地球行驶不断加速 ，无限接近光速意味着达到每秒7圈。但无论列车有多大动力，物理法则的限定使它永远无法到达光速，但我们假定它无限趋近于光速，仅略微慢一些。

相对于列车外 ，列车内的时间逐渐减慢，就如同黑洞周围的情形，不过更慢，列车上的一切动作都缓慢下来。试想一个孩子沿列车运行方向奔跑，她的速度与列车速度相加，那她岂不是无意间就打破速度极限了吗，答案是否定的。自然法则通过减慢列车内的时间来防止这一可能的发生，这样她就不可能突破速度极限，时间总是能够减慢，足以保护极限速度不被突破，基于此便产生了通过时间旅行穿梭至久远未来的无限可能。

假设列车2050年1月1日从站台出发，周而复始地环绕地球100年，最后在2150年元旦停下来，此时列车上的旅客仅度过了1周，当他们走出列车，会发现世界发生了天翻地覆的变化，一周内，他们穿越到了未来100年 。

人类已经制造出了类似的仪器，瑞士日内瓦的欧洲核子研究所坐落着世界上最大的粒子加速器。地下深处长达16英里的环形管道内，有一道万亿颗细小微粒所组成的粒子束，机器启动的瞬间它们能从静止加速到6万英里的时速。增加动力这些粒子便能不断加速，直到粒子流能以每秒1.1万圈的速度飞绕管道， 这一速度已极近光速但正如虚拟的列车一样，它们永远不能达到光速，只能达到光速的99.99%。一旦达到这一速度，它们也能进行时间旅行。

在一种寿命极短的π介子上观察到了时间旅行的过程，通常情况下它们会在250亿分之一秒后衰变，但当其加速到接近光速时寿命变成了原来的30倍，这些粒子 是活生生的时间旅行者。其实就是这么简单，如果想去未来旅行，我们只需跑快点。

我一直认为，拥有最高智慧的科学脑袋，某种程度上一定是非常感性的。

所以，人类的科学发展其实一直是被那些极富想象力和征服欲的聪明脑袋带动的。

霍金说：虽然我行动不便，还必须通过电脑说话，但在我的意识中，我无比自由。

他想象着各种外星生物生存的有趣画面；他期待乘时空机器去一睹年轻的玛丽莲梦露；他天天琢磨着那个叫宇宙的大玩意儿，就像他说的那样，他其实是个梦想家。

困顿的身体没有困住这个有趣的脑袋，思维敏捷，天马行空，钟爱美女，向往未知，迷恋侵略……

必须得说，霍金教授在意识里是个十分健全的男人，比很多肢体健全的男人还要健全。

最后，感谢Discovery，你还是个很给力的频道。

忽然感到如此荣幸可以和斯蒂芬·威廉·霍金共度一段相同的时代。回到过去不可能，好在还有穿越未来的希望。其实按照这个神人的理论，也许会晤外星人和时间旅行会同时实现，因为他们看起来是如此的息息相关。
关于宇宙，其实是不是只有我一个人长久以来都这样想啊，就是它也许可以类比成生物体，而地球在这个生物体里相当于一个细胞，人类也许是这个细胞内的蛋白质或是其他什么，当然这个比例可以更小，以此类推。
也许宇宙又是更大的什么东西的一粒细胞，或者蛋白质，或者分子，量子…