上世纪八十年代中期,英国的一位教师宣称,他通过电脑收到了来自过去和未来的人类所发来的消息。无论是从十六世纪还是2100年传来的未知声音,明显与当下有一定联系。所谓的“多德尔斯顿消息”用当代科学的眼光来看或许显得过于虚假,不过,这个想法的确激发了人们关于时空的思考。既然思想已经传播开来,今天的我们仍然试图回答这个听起来不可思议的问题:发送一条穿越时空的消息是否可能?
如果可能的话,为什么没有更多的信息传来,进而引起人们更多深入的思考与科学发现?时空旅行一直以来都是科幻电影中颇具争议的话题,并且每部科幻片都建立在一定的科学事实的基础之上。过去的科学家和哲学家一致认为时间是一种数据化的、不可更改的力量,现在大家却发现事实并非如此。爱因斯坦发现,时间实际上是具有相对性的,并且会被看起来非常普通的事物——比如,速度——影响。
相对论可以概括为,与一个静止的人相比,当你的速度越快时,你所经历的时间就少。因此,从技术上而言,时间旅行是完全可行的,只是回到过去仍然比穿越未来困难得多。科学家们假设,时空旅行要求能够达到超越光速的速度,然而这几乎是不可能的。当然,也有一些看起来比光速更快的运动,比如宇宙膨胀和量子纠缠。
不过从最新的视频来看,科学家们认为时空旅行是有可能的也仅仅是因为没有新的研究发现。无论如何,这仍是现代科学有待解决的重要问题之一。我们真的能打破光速不可能超越的法则吗?可能切入点在于从传输少量、微小的信息开始,而不是直接传送一整个人到时间的海洋中去。
近几年少量传送这个想法得到了广泛的关注,信息扩散的速度也达到了自人们有交流以来的巅峰。在历史的长河中,分享信息最初受个人步行能力的限制,人们需要从一个地方走到另一个地方,或者使用马车等载具送信。现如今,随着电的广泛使用,人们能够以光速来交换信息,从电报到手机,再到今天的邮件、短信,现代的信息全都能以光速送达,而这一切都得益于电磁波的强大功能。
但对于时间紧迫的信息,即使光速也不够快。在现实世界,这是一个真正日益严重的问题。例如与火星上的“漫游者号”火星车通信,根据我们地球位置的不同,由于光速(电磁波速度)的限制,也需要花费5到20分钟,对于那些需要迫切传输的信息,这种延迟是不可接受的(甚至在将来可能是致命的)。爱因斯坦在1907年考虑过,信息发送过快的可能结果是它们实际上会穿越时间旅行,他和理论物理学家Arnold Sommerfeld(阿诺德·索末菲)讨论过这种发送信息到未来或者过去的构想。
后来,天文物理学家Gregory Benford(格雷戈里·本福德)把这种假设可能实现的装置叫做超光速粒子电话。这样称呼它是因为它依靠一种迄今为止尚未发现的叫做超光速粒子的潜在粒子,它能超越光速来快速移动,因此可能用于时间旅行,超光速粒子设想由物理学家Gerald Feinberg(杰拉德·范伯格)于1967年首次提出,他研究爱因斯坦的狭义相对论。由于他们是反物质粒子,特别奇怪的事情会发生:当能量发出后,超光速粒子的速度实际上会增加,因此超光速粒子电话也是可能实现的。
但是,这很快会导致一些棘手的矛盾悖论。想象一下,假如两个人在非常远的空间距离上互相通信,A发送初始信息,B接收,理论上,如果通过超光速粒子,A在问题问出之前可能接收到回复,这意味着一开始就不需要回复。这就是由著名的心理学家爱德华·托尔曼提出的“图尔曼悖论”。结果表明,超光速粒子电话设计虽然是用于更高效沟通,但它却在现实世界上使事情变得更加复杂。
关于超光速粒子的更大问题是它可能从来就不存在,即使它存在,控制和测量它也是不可能的。一种不同的观点认为,超光速粒子并不是不可能存在,因为我们知道我们现在的标准物理模型并不完美。因此,有些理论还在试图完善它,例如在弦论的模型中,就包含了超光速粒子的概念。
对于现代理论来说,这仍然是非常“有可能发生什么?”的事情。而且,还有另一种潜在的方法可以让信息回到过去,它不需要一个假设的概念,而是需要一个被证明的概念——量子力学。我们知道,在量子层面上发生了许多奇怪的事情,这些与宏观世界相比没有什么意义……但其中最令人费解的是量子纠缠。量子纠缠发生在当两个粒子以某种方式连接在一起时,好像有一种想象的或看不见的力量通过时空将两个粒子连接起来。
当这种情况发生时,无论粒子看起来相距多远,它们似乎都能立即相互感应。这就是爱因斯坦著名的理论:“幽灵般的远距离作用”,现在被广泛称为量子非局域性。一个经常被引用的例子说,如果两个光子是不可测量的,那么我们知道它们可以作为波或粒子传播。但是,如果其中一个光子被测量,那么我们可以立即知道另一个光子的形式,即使它在整个星系之外。光子纠缠在一起,所包含的信息在某种程度上是通过时间传送的。
然而,有个问题仍然存在。目前,研究人员还没有完全弄清楚如何利用这种瞬间现象来传送数据,尽管看起来这些粒子似乎能够共享信息。那是因为到目前为止,我们还不能随意操纵其中一个粒子,不能使它以这样或那样的方式起作用——因为这只是随机的。事实上,一些理论认为,相关粒子在纠缠时就已经选择了它们的形式,所以我们在实验中所做的一切都是为了揭开它们的面纱。但是,如果科学家们能找到一种方法来处理它,并通过量子纠缠来传送信息,那么比光更快的通信技术是可行的。
物理学家约翰·克拉默(John Cramer)是这一领域的领军人物,尽管量子纠缠能否真的产生时间信息还有待观察。但最后,从无限小到无限大,还有一种可行性技术可以用来传递时间信息,就是使用源于爱因斯坦最开始研究的技术:爱因斯坦-罗森桥。或者更通俗的说法就是虫洞技术。
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