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物理学的哲学意义(第四十九章)

(2020-09-28 17:34:35)
分类: 物理学的哲学意义

第四十九章 时间可以旅行吗?

回答这个问题之前,我们必须弄清这个问题到底在问什么? 什么是时间?时间是单一的吗?如果不是,时空旅行是指在同一个时间中旅行,还是不同的时间中旅行?只有弄懂这些问题,时间是否可以旅行,才能够回答。

科幻作家的小说里,经常有这样的情节,一个人回到了过去或者未来,见到了小时候或者老年的自己。可见,人们讨论的时间旅行是自已的时空。这个问题的提出,来自爱因斯坦的相对论,因为爱因斯坦论证时空是关联的,而且可以弯曲。当我们有能力把时间曲线弯成一个封闭的圆环,似乎就可以回到过去。这里面隐含了一个预设的前提,即时间是统一的,宇宙只有一个。时空的弯曲只是对这个统一宇宙的弯曲。这样讲你可能越听越糊涂。好吧, 我们从头开始。

什么是时间?这似乎是个显而易见的问题。所有人都知道时间,然而,若追问什么是时间?却又没人能准确的回答。就象西方一位基督教思想家圣·奥古斯丁有句名言:“时间是什么,不问我,我很清楚,一旦问起,我便茫然。” 科学家对时间的定义,大概分三个阶段。一是牛顿的定义,在牛顿力学里,他把空间定义为物体运动的场所,时间是无限的延展。时空只是运动的计数,是一种外在的、客观的实在。是早于物质存在,早于运动存在的,逻辑的提前预设。它与物质的存在无关,与相互作用无关,与运动无关。是早已存在的,永恒不变的存在。我们知道,自在世界只是相对认识主体——观者的独立存在。在没有认知之前,除存在之外,没有任何性质。我们经验的世界,是主体心灵——观者对自在自然的诠释。一句话,经验世界的存在,只是观者对自在世界的感知。心灵所感知的本源是相互作用,即在引力作用下,作用一方——物质的时空变化——运动。在牛顿的世界里,时空是平直的外在存在,与物质的存在及运动无关。时间只是一种延展的、物质运动的计数,在时序上是单向的,不可能回头,当然也就不存在时空旅行。其实,在没有心灵认知的自在世界里没有时空的概念。时空只是心灵为了认知运动而创造的认知概念。它是经验世界的概念。爱因斯坦意识到了这一点,他把时空描述成了这样一种存在。时空是关联的,是物质的存在——相互作用造就了时空,是运动造就了时空。也就是说,时空不再是与物质存在——相互作用无关的逻辑先设,而是与物质存在统一的存在。从这个意义上讲,引力场既是时空。时空不再是平坦的,均匀的存在,而是与引力场相统一的东西。由于引力场的不同,它可能是平直均匀的,也可能是弯曲非均匀的。也就是说,引力造成了时空的变形。这种变形指两个方面,一个是转向,一个是收缩。也就是说时空——引力场是一个弯曲的,非均匀的存在。物体就在这个时空中运动,它的运动轨迹就是弯曲的时空。或者说,物体在这个弯曲的时空中运动,时而平直,时而转向,时而舒缓,时而急骤。爱因斯坦的广义相对论的本质就是用弯曲的时空代替引力对运动的影响,即用时空几何来描述物质运动,不再用引力的作用来影响运动的变化。其实就是用数学几何的语言来代替牛顿的描述方式,二者是统一的,就像是同一事件用英语,或者汉语描述。语音不同,但故事是一样的。由于爱因斯坦的时空是弯曲的,那么,人们猜想,在时序不变的情况下,时间足够弯曲,有可能后发事件与前发时件相联,从而实现时空穿越。但爱因斯坦有个问题,他虽然把时空与物质运动相联系,创造了弯曲时空。但他仍然把时空当作了外在的,客观的存在。即时空是单一的,不是多元的。一个引力场对应单一的时空,即便存在多个引力场,我们也取其合力形成的引力场,这个综合的引力场对应一个唯一的时空。某个质点在这个引力场中只能有,且只有一条运动曲线——切地线。曲线上,时空中的某点,对于这个质点,有且只有一条切线。也就是说,该点的时空几何是确定的。

但我们知道,对任何物质存在——相互作用,或者说引力场,或者说时空的描述都必须先确定基础时空——观者。因为,没有观者就没有存在,没有经验世界,没有时空。而且观者不同,经验世界的存在状况,时空的状况也会不同。上段对时空的描述,其实是隐含着一个观者存在的。在爱因斯坦时空里,对于同一个观者,物质有且只有一条切地线。这条线可能有相交,也可能形成一个圆。但在同一个时空中,时序是不会发生变化的。比如,地球绕太阳转动,今年转到宇宙中的某点,明年也会转到该点,但时序上不会发生变化。因为,今年的地球比明年的老了一岁,虽然空间相同,但并非一切都没有变化。所以,相对同一观者,同一引力场,时序不会发生改变,不可能实现时空穿越。

如果,我们做出改变呢?比如,我们改变观者,或者改变引为场。先讨论前一种情况。空中的某点p,当观者的远动状态不同时,那么该点的时间线必不重合。也就是说,空间中的同一点相对不同观者的时间不同。比如,著名的双生子佯谬。如果弟弟乘飞船作太空旅行,接近于光速时,飞船上的时钟的走速,相对兄弟俩是不同的。假如,2019年6月5日, 上午9:42 分,兄弟俩分离,当时他们正好是20岁生日。弟弟乘飞船以接近光速作太空旅行。100年后,2119年6月5日,上午9:42分。哥哥过生日时,十分想念弟弟,抬头仰望太空,假使他能看见。在哥哥看来,弟弟还是 20岁。因为,根据相对论,在哥哥看来,飞船的时钟几乎是停止的。由于太想念弟弟,哥哥决定乘飞船去看弟弟。当哥哥追上弟弟,登上弟弟的太空船(同速),他会发现弟弟和他一样老,也是120岁。那么,哥哥在作太空旅行的这一小段时间内,就经历了,或者说穿越了弟弟100年的时光。哥哥到了弟弟未来,因为他开始做太空旅行时,弟弟才20岁,见到时弟弟已经120岁了。这就是时间旅行。同一条时间上的时序是不可能改变的,因此,无法实现时间旅行;不同时间线上,时间的流动速率不同,改变速度,才有可能实现时间旅行。所谓时间旅行,就是时间线上的跨越。人不可回到自己的过去,或者未来,因为那是同一条时间线。也可以这样解释,以自身为观者——参照物,事物永不受力,就象在爱因斯坦电梯中一样,处于失重状态,时空没有变化弯曲,或者说,没有引力场的作用,当然不能实现时间旅行。

时间旅行,只能在不同观者的时空中实现,你永远不能回到自己的过去去改变自己的人生轨迹。也不可能造访自己的未来,看看自己的人生结局。这好没意思!世界一点趣也没有!爱因斯坦骗了我们。他们的错误在于虽然认识到了时空是弯曲的,但并没有认识到时空不是外在的、客观的、单一的实在。它只是相对观者的主观的、内在的、多元的存在。但你不要失望,虽然你不能造访自己的过去和未来,但对宇宙历史研究还是有意义的。

什么是历史? 历史是相对观者的、现阶段的、研究标的物之前的状况及变化。你同意吗? 宇宙的现阶段就是目前我们观测的,了解的现状。假如有一星体以接近光速,相对地球运动。我们会看到一个红色的,极小的星球。现在是地球与该星体(故且称之为A星吧)的宇宙纪年零年。如果我们乘飞船飞向该星,随着速度增加,它会变得越来越大,逐渐退去红色。我们会看到A星的成长历史,快速变化的历史。假如A星与地球同时生成,速度相对地球很快,当我们追上它时,就会看到它的发展历史。这样就可以了解地球的演变历史。因为,现在在地球上看的是A星(宇宙)的早期,追上它(速度)看到的是它的晚期。这样对我们研究宇宙的发展历史是个很好的手段。对于微观高速物质,不但能了解其发展历,还是个放大镜。对了,微观,当我们加速时,它们可能就不再那么微观了。当然,除了加速,空间变化也可以研究宇宙的历史。在宇观尺度下,空间既是时间,因为光的传播速度有限。比如,100万光年外的宇宙空间,我们看到的只是100万年前的状况。若我们飞到哪里,应当是100万年后的状况,世界或许会大不同吧!

第三种情况,就是量子力学时空。根据量子力学的不确定原理,当时空中的空间位置确定时,速度是不确定的。位置测的越准确,速度越不准确。也就是说,当空间位置确定后,时间是不确定的。即空间上的某点,可能存在无数条时间线。那么,空间上的同一点,就可以在不同时间线上实现时间旅行。科学家认为,粒子是波包,它存在无限多的可能,但只要你一测量,波包就会塌缩,粒子的时空性质就会确定为单一的可能。这是否意味着,粒子的不确定性来自于观者的不确定性。当观者确定后,粒子的不确定性也就会消失。那么,量子时空性质就和上面讲的是同一个问题。有些科学家认为量子的行为是量子天赋禀性,和观者无关,和力场也无关。这很难想想,按照物理学的传统,变化是由于力场引起的。没有力场,就没有加速度,速度就不会改变,时间也就不会改变。如果量子在没有力场的作用下,自 身发生变化,这是很难接受的。力场是相对观者的,因此,观者变化,和力场变化是同一个问题。这很有意思,立场与力场相统一。空间的一点,当观者确定时,不管受多少力的作用,心灵都会把它们作为一个合力来看待,这就是引力场的统一。如果量子的变化是由力场作用引起的,空间上同一点,如果时间不统一,那么就是力场不统一。或者说存在无法统一的力场。真的是这样吗? 或者是量子的运动真的与力的作用无关。这是个新的问题,那么它与什么有关呢? 这可能突破了我们对世界的认识方法?我更倾向于改变是力场作用的结果,量子的不确定性,可能来自于观者的不同。可洐射现象的观者 相同,这可能是空间中同点受到了变化的引力场的作用,这个变化的引力场具有统计学上的摡率性,才造成了量子运动的概率性。因此,量子时空的性质可能与第二种现象是同一个问题。观者不同,是不确定原理的根本所在。

时间可以旅行吗? 我的回答是可以。但与传统上讲的时空旅行不同。相同观者的时序不容变化,不可能实现时间旅行。但不同观者之间,不同的世界线,时间线之间可以实现时间旅行。宇宙不是外在实存,不是一成不变的存在。没有虫洞可以实现同一时空的穿梭。相对于地球的观者,如果我们加速超过光速,我们会失去地球,进入另一个没有地球的宇宙空间。那里是否依旧星光灿烂,没人知道,或许是个美丽新世界,也说不定。如果这也算时间旅行,当然也可能存在。不过那即不是你的未来,也不是你的过去。我们总是站在地球上观察世界,如果地球会毁灭,或许我们需要移民太空。但不可能回到地球的过去再来一遍。也无法去到它的未来,重新开始。当然,带着地球去流浪的现实意义也不大。但寻找殖民星球的目标,不应当只局限于看到的宇宙。也许一个适合人类居住的星球就在我们身边。也或许有一个新的太阳,我们不用离开家园。一切从自我改变开始,这个改变就是加速!

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