英國著名物理學(xué)家霍金曾指出,穿越時空的方法之一,就是讓物體接近光速飛行。他認為,如果能建造出接近光速的宇宙飛船,宇航員駕駛它飛行一個星期,地球上的時間就過去了100年,也就意味著飛進了未來。
那么,物體能否超光速呢?香港科技大學(xué)物理學(xué)教授杜勝望的研究團隊表示,他們的實驗證實,單光子即光的基本粒子,也不能超越光速?!坝钪嬷凶钶p的物質(zhì),是光子。如果允許的話,從原則上光子應(yīng)是最容易超光速的,如果光子不行,其他物體可能更難?!?/p>
這一研究成果,似乎再一次擊碎了眾多科幻愛好者穿越時空的夢想。
許多人一直渴望光速能被超越
10年前,美國普林斯頓大學(xué)研究院的一項實驗表明,光波群能以“超光速”傳播。這曾引起無數(shù)人對時間穿梭的遐想。
因為,如果光波群的傳播是一個實在的信息傳播過程,那么其超光速傳播,就意味著對因果律(原因必先于結(jié)果)的違背。依據(jù)愛因斯坦的狹義相對論觀點,只要實現(xiàn)超越光速,時間就會出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)倒流。
然而,隨后人們失望地發(fā)現(xiàn),這項實驗,只不過是一種視覺效應(yīng),并不能用來傳遞信息。于是,人們又寄希望于單光子,因為它可以不需遵守經(jīng)典世界里的規(guī)則,或許可以超光速。
在量子世界里,我們需要用概率來理解許多事情。有些在經(jīng)典世界里不可能發(fā)生的事情,在量子世界里,卻會有一定的概率發(fā)生。
例如,量子隧穿效應(yīng)。在經(jīng)典物理里,如果一個物體要越過一個山頭,其動能必須大于在山頭的勢能才行,否則,就會違背能量守恒定律;然而在量子力學(xué)里,即使動能很低,該物體仍有概率穿過山頭的勢能,而出現(xiàn)在山的另一邊。
那么單光子呢?它是否也有概率,哪怕是很小的機會,也會做一些離經(jīng)背道的事情呢?比如違背因果律、超光速運動。由于缺少實驗的數(shù)據(jù),物理學(xué)家們對這個問題,一直爭論不休。
而在某種意義上,爭論也為科幻提供了資源。比如,在科幻影片《星際迷航2》中,年少不羈的寇克被分解成“量子”,被放逐到雪地里,遇到怪物襲擊,意外地見到了老年史巴克。寇克的這一奇遇之旅,是通過“企業(yè)”號的“光波傳送系統(tǒng)”實現(xiàn)的。
時間旅行夢想的終結(jié)者
單個光子是沒有概率超光速的,它永遠以真空中的光速移動。這可以引申為更強的命題,單個光子在任何介質(zhì)里,是不可能超光速運動的。愛因斯坦的理論依舊有效,即沒有任何物體的運動,可以比真空中的光走得更快。
于是,杜勝望被認為是“時間旅行夢想的終結(jié)者”。事實上,“我們并沒有證明任何物體都不可以超光速!”杜勝望坦言,這一實驗結(jié)論,也無法絕對地回答“時間旅行是否可行”。
“從邏輯上講,我們并沒有說穿越時空不可以,而只是說依靠光的手段不行。”杜勝望說,從愛因斯坦的狹義相對論可以推出,要加速一個有質(zhì)量的粒子接近光速,需要無窮大的能量,這就是為什么一個粒子加速器十分昂貴的原因。
而此次研究最大的貢獻,杜勝望認為,可以加深對光子運動的理解,揭示物理學(xué)規(guī)律;而對現(xiàn)實社會和一般人而言,“或許只是飯后談資罷了”。
“100年前,愛因斯坦對時間、空間的看法也不被世人理解?!辈贿^,杜勝望期待,此次研究能引起思想、觀念的改變,推動技術(shù)發(fā)展。尤其在通訊領(lǐng)域,重申用光傳遞資訊的速度最快,并指明限制,這可以讓技術(shù)發(fā)展少走彎路。
時間旅行受悖論制約
其實,作為一個物理基礎(chǔ)研究者,杜勝望對穿越時空之類的話題,并沒有太大的興趣。而時間旅行也不是這次研究的重點,媒體往往重視的是時間旅行。
在杜勝望看來,一旦超過光速,可以隨意穿梭過去和未來,我們就會有倫理上的困難,這個世界的秩序就亂了。比如,假如你可以“回到過去”,就必須面對一個“外祖母悖論”,也就是你見到尚未結(jié)婚生子的外祖母,若將其殺死,又怎么會有你的母親,自然也就不會有你,你又如何“返回過去”?
當(dāng)然,為了解釋上述悖論,物理界提出了“平行宇宙”的說法:世界不是只有一個,而是有許多平行的世界存在。電影《宇宙追緝令》,就運用這個的概念,將宇宙大約分為125個平行空間。在平行空間里,居住著兩個完全一樣的人,他們的遭遇一樣、生活一樣,但絕不會相遇。
假如你可以“飛向未來”,也沒有什么可以值得高興的,因為當(dāng)你結(jié)束星際旅行回到地球上時,你所有的親朋好友可能都不存在了。
比如,影片《時間旅行者的妻子》中,主人公亨利可穿越時空,但卻不能掌控這一本領(lǐng),因此,他經(jīng)常不知道在某時、某地、因為什么,突然就轉(zhuǎn)換到另一個陌生的時空里,把愛人一次又一次遠遠地拋在了后面。
這些悖論讓因果關(guān)系概念陷入困境,如果是這樣,人恐怕就不能想干什么就干什么,但是好不容易有了在時間中穿梭的自由,卻又失去了行動的自由,眼睜睜看著歷史從身邊滑過卻無力改變什么,豈不是一個巨大的損失?
多個宇宙平行存在嗎
關(guān)于時間旅行問題,科學(xué)家可以用量子物量學(xué)的一些定律來解答這些矛盾。在亞原子世界里,量子的不確定性占主導(dǎo)地位:一個電子撞擊一個質(zhì)子既可能轉(zhuǎn)向左邊也可能轉(zhuǎn)向右邊,其間并無規(guī)律可循。在一些物理學(xué)家看來,這種不確定性造成了宇宙的“多重性”,每當(dāng)一個電子轉(zhuǎn)向右邊的時候,就和一個轉(zhuǎn)向左邊的電子形成一個新的宇宙。
也就是說,世界不是只有一個,而是有許多平行的世界。你可以回到過去,但那已不是你自己的世界,而是和你的歷史相似的世界;如果你干預(yù)了歷史,未來走向的將是一個與你來時世界不同的另一世界。這種想法近乎瘋狂,但仍有許多著名物理學(xué)家相信有平行世界的存在。
杜勝望說,自己的研究興趣,是認識和揭示宇宙的基本規(guī)律,哪怕是很小的一部分。至于此次研究的應(yīng)用前景,杜勝望坦言,目前他需要繼續(xù)研究,有待觀察。