寻找时间的边缘黑洞、白洞和虫洞-第4章

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线。我们所需要的是一个大质量的、致密的和高速旋转的圆柱体。最佳的开始点是中子星。中子星是已知的最致密的大密度天体，并且其中一些的旋转速度很快。至少已知某些脉冲星每1又1/2毫秒绕着自己的轴心旋转一次（有一种夸张的说法，将其称为“毫秒脉冲星”）。令人惊讶的是，根据提普勒的推断，这接近于一个自然时间机器形成的旋转速度。他说，如果一个旋转的大质量圆柱体旋转速度足够快，那么在它的中心位置就会形成一个裸奇点，形成与奇点相关联的封闭类时曲线。这个圆柱体至少需要100千米长，横向不超过10至20千米，至少包含与太阳相等的质量并且具有中子星的密度，整个旋转速度是原每毫秒速度的两倍——比毫秒脉冲星的速度要快三倍。事实上，如果你找来10个中子星，将它们极对极连接起来，让它们做足够的旋转运动，208寻找时间的边缘：黑洞、白洞和虫洞你就可以得到一个提普勒时间机器。

　　　　当然，在这样一个宏大的工程中涉及很多问题，不仅仅是在哪里找到10个中子星作为开始。圆柱体的边缘将会以光速一半的速度作圆周运动，而且与这一旋转的强大角动量相关的能量与圆柱体的静止能量（“mc2”）几乎相同——提普勒说，“能量很大，以至于所伴随的离心力可能导致旋转体分裂”。当圆柱体试图在一个方向上将自己分裂的时候，它会设法在另一个方向上沿着它的长度进行坍缩。10个首尾相连的中子星的引力将很快使它们坍缩为一个黑洞，除非一些形式的场能量比我们已知的任何事物都要强，能够让圆柱体保持坚固不变。这听起来似乎不可能——但是要记得，奇点要在最短暂的一瞬间形成，以便能够提供封闭类时曲线从而使得时间旅行从此以后一直可以实现。与之前的许多相对论者一样，提普勒想要告诉我们，时间旅行在原则上的确是可能的，但是，与建造时间机器相关的现实困难是很多的，而且可能是无法解决的。尽管如此，我发现毫秒脉冲星的存在实在诱人而有趣，是“如此之近却又遥不可及”的一个经典案例。这种天体太接近于自然时间机器，以至于我们很难反对这一推断，那就是自然可能已经完成了人类工程师认为很难完成的工作。对我来说，更有可能的是我们的后代将会发现一个已经存在的时间机器（意外的惊喜是他们真的可以利用它走回历史），而不是自己建造一个。

　　　　但是，这并不是时间机器工程的终点。提普勒的时间机器坍缩为一个黑洞的设想，以及所需的能量场——其场能量要比地球上已知的任何事物强大从而使得事物坚固不变，这些似乎又使我们回到虫洞和宇宙弦的话题。如果存在宇宙弦，它将是一个理想的东西，可以将提普勒的中子星穿起来并且阻止它们坍缩，就像一个理想的东西能够保持由虫洞制造出来的星际之门打开。与索恩一样，诺维科夫和他的同事们已经证明，一旦有一个作为星际之门的虫洞，它能够通过多维空间提供一个捷径，原则上来说，一个普通的东西就能将其转变为时间机器。
虫洞和时间旅行
　　　　卡尔…萨根需要一些合理可信的噱头，以取悦他的小说读者们，这引起了一些连锁反应，在物理学团体和整个世界广泛传播。诺维科夫对封闭类时曲线的含义感兴趣已经很多年。当加州理工研究小组认识到他们为了适应萨根虚构需要所设计的这类星际之门可以被用作时间机器的时候，对于索恩来说，与诺维科夫取得联系是很自然的，对于在莫斯科的诺维科夫小组来说，参与查明物理学定律是否能够以索恩所谓的“一种合理方式”解决封闭类时曲线存在的问题，这也是很自然的。加州理工学院小组直接参与了由两大洲的七名研究人员组成的这个研究。索恩将他们称为“俱乐部”；还有一些其他俱乐部，包括纽卡斯尔研究小组，雷德蒙特（美国圣路易斯的华盛顿大学）和马特…维瑟，他们都对封闭类时曲线含义很感兴趣。本章下面讨论的大部分内容都基于苏美俱乐部的研究——从他们将星际之门转变为时间机器的方法开始。

　　　　一旦你有一个运转中的虫洞星际之门，你甚至不需要广义相对论来告诉你如何将其变为时间机器。要记得，如果有两个同卵双生的双胞胎，其中一个待在家里，而另一个以接近光速的速度外出旅行然后回到家，那么双胞胎中外出旅行的那个人就会比待在家里的那个人年轻。运动中的时钟转得慢。如果具备了高度文明的工程资源，我们就可以设想以某种方式抓住虫洞的一个洞口，并且让其开始这样的旅行。当然，要抓住虫洞洞口这样飘忽不定的东西并非易事，但是有两种方式可以实现。首先，这种虫洞洞口的重要特征之一就是具有很大的质量并且具有相对很强大的引力场——这是必须要有的，这样才能充分扭曲时空，制造出一个进入虫洞的开口，这个开口必须足够大才能让人和宇宙飞船通过。用来吸引一个引力天体的是另一个引力天210寻找时间的边缘：黑洞、白洞和虫洞体；可以想象在虫洞口前面悬挂一个大物体（可能是一个行星），移动这个大物体以便虫洞口紧随其后，就像是一个古老的故事，驴跟在一个它总是够不到的捆在大棒上的胡萝卜后面跑。或者，我们可以想象一下，给虫洞洞口小心地加电（当然，不能改变“喉咙”的几何机构），并且在电场的帮助下拖动它。毫无疑问，高度文明还有其他高招，但是目前这些就已经足够了。

　　　　一旦有办法拖动虫洞的一端，你就可以带着它以接近光速的速度进行长途旅行，然后将其带回到靠近虫洞另一端的地方。这可以是往返另一个星球的旅行，或者仅仅是使得可移动虫洞口在周围打转，直到你在移动参照系之中的时钟和虫洞口家中的时钟之间建立起一个明显的时间差。更麻烦的是，甚至当我们将移动的虫洞口带回来的时候，那个时间差还是存在的。它是与移动虫洞口相关的空间区域的真实物理属性；它要比未移动的虫洞口年轻，因而是后者的过去。

　　　　因为时空是以虫洞几何结构的方式连接在一起的（时空布局与虫洞相关），这意味着虫洞将会起到时间机器的作用。一个旅行者跳入已经移动的虫洞口，他将会在与移动虫洞口的时间相对应的时间出现在静止虫洞口。假定移动虫洞口旅行得足够远并且速度足够快，在两个虫洞口之间创建了一个小时的时间差。一个旅行者在时钟显示为12点的时候从静止虫洞口出发，并且用10分钟的时间去穿越到达移动虫洞口，当旅行者的手表和静止虫洞口时钟都显示为12点10分的时候他将会到达。然而，如果旅行者现在跳入到移动虫洞口之中，当他或她出现在静止虫洞口的时候（对旅行者而言几乎是一瞬间），那里的时间将会是11点10分。旅行者现在可以快速穿越到达移动虫洞口，到达那里的时间是11点20分，并且再次跳进去，在10点20分出现在静止虫洞口。整个程序可以不断重复，一次一次地跳跃回到从前，回到两个虫洞口之间的时间差形成的时候。与提普勒的时间机器一样，这种虫洞只允许它们最远回到时间机器创建的时候；不过，还有一点与提普勒的时间机器一样，它允许进入未来的无限旅行，在这种情况下，

　　　　进入静止虫洞口并出现在移动虫洞口在旅行者的手表上只显示为一瞬间，但是对外部宇宙来说是1个小时。

　　　　最大的实际困难是你需要快速地将虫洞口移到远处，这样就可以建立起一个有效的时间差。即便是以99。9％的光速旅行10年，也仅能使移动虫洞口的老化减慢9年10个月，在虫洞两端之间创建一个9年10个月的时间差。但是，这些实践性并不是目前研究时间旅行理论的物理学家的主要关注点——基普…索恩说过（可能会有点过于悲观），虽然物理学定律允许建造时间机器，但是在未来几千年建造一个时间机器的几率是“零”。他和他的俱乐部成员（以及其他俱乐部）所关注的是，在使时间旅行成为可能的物理学定律框架内，如何找到一系列符合逻辑的方程式去消除一些著名的时间旅行悖论的物理学基础。如果时间旅行真的是可能的，如何才能不违背因果关系？或者，换句话说，如何才能修改这些悖论？
化解悖论
　　　　该俱乐部的方法有两个关键特征。首先，它与人无关，人可能会改变计划或者在是否想要谋杀外祖母的问题上说谎。这很合理，因为他们感兴趣的问题涉及时间旅行的基础物理，在不引入人类心理学的情况下基础物理就已经十分复杂。如果当我们对理解基础物理感到很满意的时候，那么将会有充裕的时间考虑固执的人类观察者的作用。在使用最简单可行的物理系统去发掘方程式中所隐藏事实的传统之下，该俱乐部研究了当撞球穿过时间隧道的时候它们之间相互作用的方式。

　　　　俱乐部解决时间悖论的第二个特征是认为宇宙只会允许那些自洽的方程式存在。这一点也是基于两个理由。如果我们允许一些不一致的解决方法，那么一切都是徒劳的，而且试图理解理论物理也是没有意义的；此外，甚至在一些简单的日常物理系统之中，求相关方程式解是非常普遍的，这些解从数学的角度来说是允许的，但在物理学上是不可能的，而且是可以被忽略的。这通常发生在包含有平方根的方程式上。例如，著名的毕达哥拉斯勾股定理表示为一个方程式，实际上它告诉我们三角形每个边的边长都可以是负的；但是我们知道这个“解”在物理学上是不可能的（也就是说，不存在这样的三角形，两个边分别是3米和4米，而第三边是负5米）从而忽略了这个解。同样的，该俱乐部认为只有那些“整体上自洽”的时间旅行方程式的解才是可以接受的。﹏米﹏花﹏书﹏库﹏ ；www。7mihua。com

　　　　通过观察等同于外祖母悖论的撞球，我们可以了解所有这些意味着什么及其如何提供一些关于宇宙运行方式的全新而深入的了解。我们设想一下建造一个两个虫洞口挨在一起的时间隧道。如果一个撞球以正确的方式被射入时间隧道的适当虫洞口，它会出现在另一个虫洞口的过去，并且有时间在进入时间隧道之前穿越区隔空间进行自我碰撞，将较早版本的自己撞到一边。因此，它从未穿越时空，从未发生过碰撞，因此较早版本的撞球进入时间隧道，等等。这是一个自相矛盾的解决方法，俱乐部认为这种方法是不能接受的——宇宙不可能以那种方式运转。

　　　　为什么他们确信摒弃这一自相矛盾的解决方法是可以接受的？原因是他们发现总是有另一个解，它能够给出一个从相同初始情况开始的自洽的总体解释。引申到毕达哥拉斯定理，如果该方程式只有一个解，说三角形一边的长度应当是负的，我们将不得不在表面上接受它，即使我们不理解这意味着什么；然而，因为有两个解，而且因为我们完全了解三角形边长为正数，所以我们可以接受在物理学上有意义的解决方法而忽略其他解。同样的，俱乐部只接受关于时间旅行问

　　　　题的自洽解而忽略其他解。

　　　　这类撞球问题的一种自洽解是，当球接近时间隧道并且被出现在时间隧道虫洞口的同一个撞球击偏，后者将第一个球撞击到时间隧道的另一个口之中。当第一个撞球出现在时间隧道的另一个虫洞口，它与较早版本的自己相撞，将其撞入时间隧道之中（图7。7）。索恩、诺维科夫和他们的同事发现这类撞球问题不仅有一种自洽的解决方法，而且他们所考虑的每一个这类问题都有无数的自洽解决方法。图7。8显示出这是如何发生的。在这种情况下，撞球径直从时间隧道的两个虫洞口之间通过。或者是这样，假定当撞球位于两个虫洞口之间的中间位置，它被一个出现在静止虫洞口的快速移动撞球剧烈撞击。“初始”撞球被撞击斜向一边，经过隧道并且成为“第二个”球——但是，在撞击中，它偏移回撞击前的轨道。就一个远距离的观察者看来，仍然像是一个单独的撞球平稳地径直从两个虫洞口之间通过；你可以想象一些类似的情况，包括由时间隧道周围的撞球形成的两个、三个或多个回路。似乎有不止一个可接受的方式可用于描述撞球的行为。

　　　　所有这些让人想起宇宙在量子水平上运行的方式。这有个现实选择的问题，正如著名的薛定谔猫案例中所体现的。撞球在接近时间隧道之前