物理學家:時間只往前不後退 穿越時間可能嗎?

在最近的上海書展上,旅美理論物理學家張操先生的一本科普新作《穿越時間可能嗎?PK》由復旦大學出版社出版和發行。

這是一本既有蔡志忠漫畫,又有麥克斯韋方程,還有「佛說」、「子曰」談論現代物理和宇宙學的書。文字少、圖片多,即使沒有物理學背景之人,如我,也願意仔細一讀。

細讀之下,我才發現,原來張操先生是在煞費苦心地將讀者帶出一個框框英國物理學家霍金在他的科普讀物《時間簡史》中所描繪的那個「可能回到過去」的宇宙。他是想讓大眾認識到霍金的宇宙理論的局限,用真正科學的態度,而非迷信權威的方式,來認識宇宙,了解自然科學與我們的生活。

穿越時間可能嗎

早在《步步驚心》之類的穿越劇前十年,《尋秦記》便已從港颱風靡大陸;1985年,美國科幻片《回到未來》就開始了「穿越」時間。更早,受佛教影響,中國明清兩代的市井小說中,就充斥了很多前世今生輪迴的「穿越」情節。

因為世上沒有後悔的葯,時間是「逝者如斯夫」地不可挽回,「穿越時間」才成了人類的一大願望。然而,在科學上,它可能嗎?

英國物理學家霍金所寫的《時間簡史》在1988年首版,第一次如此大規模地告訴大眾,根據愛因斯坦的相對論關於宇宙的認識,時間旅行是可能的只要有多維空間和蟲洞,如果某種物質超光速,相對論時間將可能倒流。

不過,張操在書中告訴人們,即使存在有物質超光速,時間一樣不可能倒流。「1987年2月,SN1987A超新星爆發時既有中微子又有光子前往地球,中微子到達時間比光子到達的時間早了3個多小時。」「SN1987A超新星距離地球16萬光年……而在2011年歐洲OPERA實驗中,兩地距離為730公里……中微子到達的時間比光子僅僅早了0.01納秒。目前的技術水平測量不到這樣小的時間差。」還有量子信息傳輸的速度至少是光速的1萬倍,引力場的傳播速度也可能超光速,然而,時間沒有倒流。

如果不是一位40年專註於理論物理前沿的學者如此娓娓道來,作為一個普通人,任誰也不會想到,原來就在當下,「超光速」早就存在於我們身邊。然而,我們依然沒有回到過去。

為什麼?因為霍金講的是相對論時間,是多種時間定義中的一種。就像中國古代把一天劃分為12個時辰,而現代人用24小時來計時;就像全球旅行要採用格林尼治時間來確定時差,而小範圍活動只需使用本地太陽時。張操先生通過這本書告訴大家,牛頓曾經提出過絕對時間,它是只會往前、不會後退,單向流逝的穿越時間是不可能的,穿越劇更不可當真。

審視霍金的假設

霍金到底哪裡說錯了?說實話,現代物理學、宇宙學因著大量複雜的數學推理,早已成為當代玄學,要讓大眾搞明白,實在很難。可在張操先生的這本書中,我看到了如此可喜的一次嘗試:避開了一切繁瑣繞舌的公式推理,直接告訴你現代宇宙學中最可能有問題的根子所在。

他告訴讀者,「真空中的光速不變」只是愛因斯坦狹義相對論中的一個假設,它僅僅在一定的條件下適用「如果物理學中准許有其他的時間定義,光速將不再是一切物質運動速度的極限。」;愛因斯坦認為時間和空間相互聯繫,不存在獨立的時間維度,而這也只是愛因斯坦的定義。

在書中,當出現張操先生自己的觀點時,都會出現一幅小小的畫像:頭髮灰白的老先生,戴著眼鏡,穿著中式高領外套,手托葫蘆,頗有哲人的味道。對於霍金的宇宙理論,他的評判也很有哲學的高度:「相對論講的是相對時間,但在實際存在中,還有著真實時間,也就是絕對同時的時間。絕對時間一直均勻地在流逝,不會改變方向。如果絕對時間倒流,那麼因果律就會被打破;如果因果律不成立,那麼所有的自然科學大廈都將轟然倒塌因為因果律是比相對論的事件觀念更為基礎的科學基石。」

他要警醒讀者,愛因斯坦的偉大在於跳出了牛頓經典力學的框架,奠定了現代物理學大廈的基石,然而他所建立的仍然是一個大框架,猶如一副幫助人類認識宇宙的「眼鏡」,我們應該隨時準備突破這個框架,面對更本真的自然和宇宙。

流行的未必是真理

PK霍金?很多人會認為那是一個為新書叫座的噱頭。更有人會問,如此世界聞名的霍金教授,連《生活大爆炸》中的「物理奇才」謝爾頓都以見上他一面為榮的霍金,如何是你張操所能PK的?

我以為不然。雖然這是一本科普書,但年屆古稀的張操先生卻是以十分嚴謹的態度來寫的。有一點可以見得:這本書出版於今年6月,而他所用的資料一直更新到了今年3月8日的「大亞灣中微子實驗室國際合作組宣布發現新的中微子振蕩」。

眾所周知,人類對於宇宙認識的任何一點新進展,尤其是基於實證的發現,都有可能對此前的理論產生影響,有的甚至是顛覆性的影響。張操不願意錯過任何最新的進展,他要讓這本書更豐滿而全面。

不管霍金在公眾中的影響多麼大,聲音多麼響亮,張操仍然願意堅持一個科學家的態度,來發出自己的聲音

「霍金在第二章中指出,從愛因斯坦廣義相對論可推斷出,宇宙必須有個開端,並可能有個終結。事實上,愛因斯坦本人從來沒有作出過這樣的推斷。」

「在霍金的書裡面,他多次提到航天員接近黑洞的"故事"。在黑洞理論中,"事件視界"是指數學中的"奇異曲面",在這一"奇異曲面"上,廣義相對論的公式和物理學定理都失效。」

如果只看霍金的書,一個物理學外行不會了解到這些。這本《穿越時間可能嗎?》打開了一扇窗,讓我們透過《時間簡史》的帷幕,看到了更廣闊的物理學天空。

張操這本《穿越時間可能嗎?》是送給青少年讀者的很好的禮物。如果在科普園地,能有更多的霍金,也有更多的張操,那將是大眾的福音。


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