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作者：寧向東 著KwI曹操讀書網(wǎng)

作者：加來道雄KwI曹操讀書網(wǎng)

譯者：夏璐KwI曹操讀書網(wǎng)

100 年前，科學(xué)家們會說，激光、電視和原子彈超越了物理學(xué)上的可能性，但今天它們都已經(jīng)成為現(xiàn)實。KwI曹操讀書網(wǎng)

在《不可思議的物理》中，加來道雄借助科幻的魅力帶領(lǐng)我們一同踏上探索科學(xué)邊界的旅程，從隱形傳送到心靈感應(yīng)，他將以當(dāng)下所知的物理定律和科學(xué)原理，探索技術(shù)的極限以及那些不可思議的幻想在未來得以實現(xiàn)的可能性。KwI曹操讀書網(wǎng)

他將這些想象分為一等、二等和三等，依據(jù)是它們可能在何時被實現(xiàn)：在下一個世紀(jì)之內(nèi)、在數(shù)千年之內(nèi)，或者永遠不會。KwI曹操讀書網(wǎng)

我們將在這本書中看到，利用光學(xué)和電磁來實現(xiàn)隱身的方法，了解如何利用沖壓噴氣式火箭、激光帆、反物質(zhì)發(fā)動機和納米飛船帶我們?nèi)ネ渌乔颍约巴ㄟ^核磁影像、超導(dǎo)性和納米科技實現(xiàn)心靈感應(yīng)的可能性，感受不可思議的魅力。KwI曹操讀書網(wǎng)

本文將截取原文中的一部分，跟大家分享。KwI曹操讀書網(wǎng)

正文

或許，在黑洞和時間機器的密集數(shù)學(xué)方程方面，宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金是最著名的代表人物。不同于其他早早就因數(shù)學(xué)、物理受人注目的學(xué)習(xí)相對論的學(xué)生，霍金在年輕時其實不是個優(yōu)秀的學(xué)生。他顯然極為聰明，但他的老師們常常會注意到，他沒有將精力集中在學(xué)習(xí)上，并且從來不發(fā)揮他的全部潛力。KwI曹操讀書網(wǎng)

但是轉(zhuǎn)折點在 1962 年到來了，從牛津畢業(yè)后，他開始出現(xiàn)肌萎縮側(cè)索硬化（ALS）的癥狀。他被自己患有這一運動神經(jīng)元上的不治之癥的消息驚呆了，這種病將剝奪他的所有運動功能，并可能很快導(dǎo)致死亡。最初這一消息令人極為難過。如果他無論如何都會很快死去，那么獲得博士學(xué)位又有何用呢？KwI曹操讀書網(wǎng)

在熬過了最初的恐懼、震驚之后，他有生以來第一次得以集中精神。他意識到自己沒有多長時間可以活了，便開始猛攻廣義相對論中某些最困難的問題。KwI曹操讀書網(wǎng)

20 世紀(jì) 70 年代早期，他發(fā)表了一系列里程碑式的論文，證明愛因斯坦理論中的“奇點”（在這個位置，引力場變得無窮大，比如黑洞的中心和宇宙大爆炸的瞬間）是相對論不可或缺的一部分，并且無法被輕易摒除（就像愛因斯坦所認為的那樣）。KwI曹操讀書網(wǎng)

1974 年，霍金還證明了黑洞并不完全是黑的，而是會逐漸放射出輻射，現(xiàn)在這被稱為“霍金輻射”，因為輻射連黑洞的引力場都能穿透。這篇論文是量子理論在相對論上的第一次重要應(yīng)用，并且是他最著名的研究成果。KwI曹操讀書網(wǎng)

正如預(yù)測的那樣，肌萎縮側(cè)索硬化慢慢使他的手、腿和聲帶癱瘓，但速度比醫(yī)生最初的預(yù)計慢得多。KwI曹操讀書網(wǎng)

因此，他已經(jīng)經(jīng)歷了許多對于普通人來說十分重大的人生事件：成為三個孩子的父親，于 1990 年與第一任妻子離婚，五年后娶了第二任妻子，并于 2006 年申請與第二任妻子離婚；2007 年，他登上噴氣式飛機進行無重力飛行，實現(xiàn)了畢生的心愿。他的下一目標(biāo)是飛向太空。KwI曹操讀書網(wǎng)

后來，他幾乎完全癱瘓在輪椅中，通過眼睛的活動與外界交流。然而，盡管身患難以忍受的殘疾，他仍舊能開玩笑、寫論文、做演講，并且參加論戰(zhàn)。他僅靠移動雙眼就比那些能夠完全控制自己軀體的科學(xué)家團隊更有效率。KwI曹操讀書網(wǎng)

（他在劍橋大學(xué)的同事、女王任命的皇家天文學(xué)家馬丁·瑞斯爵士曾經(jīng)向我透露，霍金的殘疾的確妨礙他進行那些為了保持自己研究領(lǐng)域內(nèi)頂尖地位所需要的單調(diào)計算。因此，他轉(zhuǎn)而集中精力提出新穎的思想，而不是完成困難的運算，這可以由他的學(xué)生來做。）KwI曹操讀書網(wǎng)

1990 年，霍金讀了同事們的一篇論文，提出了一種類型的時間機器，他立刻產(chǎn)生了懷疑。他的習(xí)慣告訴他，時間旅行是不可能的，因為不存在來自未來的旅行者。如果時間旅行如同星期天在公園里野餐一樣常見，那么來自未來的時間旅行者應(yīng)當(dāng)會舉著相機糾纏我們，要求我們擺好姿勢。KwI曹操讀書網(wǎng)

霍金還向全世界的物理學(xué)家提出了一項挑戰(zhàn)。他宣布，應(yīng)當(dāng)有一條定律使時間旅行不可能實現(xiàn)。他提出了“時序保護猜想”，從物理定律上禁止時間旅行，以“為歷史學(xué)者保障歷史的安全”。KwI曹操讀書網(wǎng)

然而，令人尷尬的是，無論物理學(xué)家們多么努力地嘗試，都無法找出一條不允許時間旅行的定律。看起來時間旅行似乎符合已知的物理定律。KwI曹操讀書網(wǎng)

由于無法找出任何禁止時間旅行的物理定律，霍金后來改變了主意。他說：“時間旅行或許可行，但是它不實際。”這句話在倫敦的報紙上被大肆報道。KwI曹操讀書網(wǎng)

時間旅行一度被認為是邊緣科學(xué)，卻突然間成了理論物理學(xué)家們的游樂場。加州理工學(xué)院的物理學(xué)家基普·索恩寫道：KwI曹操讀書網(wǎng)

“時間旅行曾經(jīng)僅僅是科幻作家的領(lǐng)地。嚴(yán)肅的科學(xué)家對其像躲避瘟疫一般，唯恐避之不及——哪怕是在用筆名寫小說或者私下閱讀的時候。時代真是變了！現(xiàn)在能夠在嚴(yán)肅科學(xué)期刊上發(fā)現(xiàn)關(guān)于時間旅行的學(xué)術(shù)性分析，出自著名的理論物理學(xué)家之手……KwI曹操讀書網(wǎng)

為什么會發(fā)生這樣的改變？因為我們物理學(xué)家已經(jīng)意識到時間的本質(zhì)是一個極為重要的議題，不能僅僅被遺落在科幻作家手中。”KwI曹操讀書網(wǎng)

所有這些混亂與興奮的原因是，愛因斯坦的方程允許很多種時間機器存在。（然而，它們是否經(jīng)得起量子理論的挑戰(zhàn)仍不確定。）在愛因斯坦的理論中，事實上我們常常遇到某種叫“封閉式類時間曲線”的東西，它是允許回到過去的時間旅行路徑的專業(yè)術(shù)語。KwI曹操讀書網(wǎng)

如果我們沿著一條封閉式類時間曲線的路徑前進，那么我們將踏上一次旅程，并且回到我們出發(fā)之前的時間。KwI曹操讀書網(wǎng)

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《神秘博士》中的時間機器 Tardis。圖片來源：PixabayKwI曹操讀書網(wǎng)

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第一種時間機器包含了一個蟲洞。愛因斯坦方程有許多解連接了空間中兩個相距遙遠的點。但是，由于空間和時間在愛因斯坦的理論中密不可分，相互交織，因此，同一個蟲洞可以連接時間中的兩個點。掉入蟲洞，你可以（至少在數(shù)學(xué)上）回到過去。KwI曹操讀書網(wǎng)

可以想象，你隨后能夠回到開始的那一刻，并且遇到離開之前的你自己。但是，正如我們在之前的章節(jié)中提到的，穿過一個黑洞中心的蟲洞是一次單程旅行。正如物理學(xué)家理查德·戈特所說：“我不認為一個人在黑洞中回到過去的時光會存在什么疑問。問題是他是否能重新出現(xiàn)，夸耀他的經(jīng)歷。”KwI曹操讀書網(wǎng)

另一種時間機器包括一個旋轉(zhuǎn)的宇宙。1949 年，數(shù)學(xué)家?guī)鞝柼亍じ绲聽柊l(fā)現(xiàn)了第一個包含時間旅行的愛因斯坦方程的解。假設(shè)宇宙旋轉(zhuǎn)，那么只要你在宇宙中以足夠快的速度移動，或許就可以回到過去，甚至到達自己出發(fā)之前的時間。因此，一次環(huán)繞宇宙的旅行也是一次回到過去的旅行。KwI曹操讀書網(wǎng)

當(dāng)天文學(xué)家們拜訪高級研究所的時候，哥德爾常會問他們是否找到了宇宙正在旋轉(zhuǎn)的證據(jù)。當(dāng)他們告訴他有清楚的證據(jù)表明宇宙在膨脹，但是宇宙的凈轉(zhuǎn)動可能是零時，他很失望。（否則，時間旅行或許會很平常，歷史會像我們所了解的那樣令人崩潰。）KwI曹操讀書網(wǎng)

第三種情況，如果你繞著一根無限長的、旋轉(zhuǎn)的圓柱走，你可能同樣會發(fā)現(xiàn)，自己回到了自己出發(fā)之前。（這個解是由W.J. 范·斯托克姆在1936 年發(fā)現(xiàn)的，早于哥德爾的時間旅行解，但斯托克姆看起來沒有意識到他的解允許時間旅行。）既然如此，如果你在五朔節(jié)繞著一根旋轉(zhuǎn)的五月柱跳舞，那么你或許會發(fā)現(xiàn)自己身處四月。（然而，這一方案的問題在于圓柱必須是無限長的，并且旋轉(zhuǎn)得非常快，以至大多數(shù)材料會被甩出去。）KwI曹操讀書網(wǎng)

最近的時間旅行的例子由普林斯頓大學(xué)的理查德·戈特于1991年發(fā)現(xiàn)。他的解決方案是以發(fā)現(xiàn)巨大的宇宙弦（可能是最初的大爆炸的殘存物）為根據(jù)的。他假設(shè)兩根大型宇宙弦即將相撞。如果你快速繞這兩根相撞的宇宙弦移動，你就會回到過去。KwI曹操讀書網(wǎng)

這種類型的時間機器的優(yōu)勢在于不需要無限長的圓柱、旋轉(zhuǎn)的宇宙或者黑洞。（然而，這一方案的問題在于必須先找到漂浮于太空中的巨大宇宙弦，并且隨后使它們以精確的方式相撞。回到過去的可能性只能持續(xù)一段短暫的時間。）戈特說：“一個坍縮的弦環(huán)足夠大，需要你用一年的時間繞它一圈然后回到一年前，那么弦質(zhì)量－能量必須超過整個星系的一半。”KwI曹操讀書網(wǎng)

但是，時間機器最有前景的方案是前一章中提到的“可穿越蟲洞”，一個時空中的洞，在蟲洞中人可以自由在時間中前進和后退。理論上說，可穿越蟲洞不僅能提供超光速旅行，還可以提供時間旅行。可穿越蟲洞的關(guān)鍵是負能量。KwI曹操讀書網(wǎng)

一個可穿越蟲洞時間機器將由兩個房間組成，每個房間由兩個分開一小段距離的同心球體組成。使外側(cè)的球體向內(nèi)聚爆，兩個球體會制造卡西米爾效應(yīng)，并因此產(chǎn)生負能量。KwI曹操讀書網(wǎng)

假設(shè)一個III 型文明能夠?qū)⑦@兩個房間用一個蟲洞（可能從時空泡沫中獲取一個）連接起來。隨后，將第一個房間以接近光速的速度送入太空。那個房間里的時間會減慢，這樣兩個時鐘就不再同步了。兩個房間內(nèi)的時間以不同的速度流逝，而它們由一個蟲洞相連。KwI曹操讀書網(wǎng)

如果身處第二個房間內(nèi)，你可以立即穿過蟲洞到達第一個房間，那里的時間比較早。這樣你就回到了過去。KwI曹操讀書網(wǎng)

這一方案面臨難以克服的問題。蟲洞可能會很小，比一個原子還小得多。金屬板可能必須被向內(nèi)收緊到普朗克長度的距離，以制造足夠的負能量。最后，你只能回到時間機器被制造的時間點。在那之前，兩個房間的時間流逝速度是相同的。KwI曹操讀書網(wǎng)

【《不可思議的物理》作者介紹：加來道雄（Michio Kaku）。他是美籍日裔物理學(xué)家，科學(xué)暢銷書作者，超弦理論創(chuàng)始人之一，紐約城市大學(xué)研究生中心理論物理學(xué)教授。KwI曹操讀書網(wǎng)

他撰寫了多部廣受贊譽的科普著作，包括《平行宇宙》《不可思議的物理》《人類的未來》等，并多次入圍《紐約時報》和《華盛頓郵報》年度科學(xué)讀物。他還主持過多檔電視科普節(jié)目，并在美國《60分鐘》《早安美國》以及《拉里?金直播在線》等節(jié)目中擔(dān)任嘉賓。他的文章《一名物理學(xué)家的教育歷程》被收錄至人教版高中語文課本。】KwI曹操讀書網(wǎng)

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