概论

前言

书中讨论了8种时间旅行的方式,但都不太可行,详情见附录。

书中提到了电视剧《神秘博士》,还提到威尔斯的《时间机器》、马克·吐温的《康州美国佬大闹亚瑟王朝》、罗伯特·海因莱因的《你们这些还魂尸》等,素材十分丰富。

书中还有不少名人轶事,比如爱因斯坦两年的「舔狗岁月」,这点为本书增加了一点乐趣。

本书译者的中文水平不高,不如写不出「屡试不爽的魅力」这样的话。

曲速4级指4倍光速。“曲速”(Warp factor)来自科幻剧《星际迷航》,指曲速航行的速率分级(曲速层级),曲速1级是真空光速(c)。

根据我的观点,个人生命历程在不断变化,时间在流逝,人不可能逆向生长。回到过去,也无济于延年益寿。

书籍简介

构造时间机器

作者: [英]布莱恩·克莱格(Brian Clegg)

出版社: 重庆出版社

译者: 向梦龙

出版年: 2019-8

页数: 208

定价: 39.80元

装帧: 软精装

丛书: 科学可以这样看丛书

ISBN: 9787229142452

内容简介

《构造时间机器》为读者回答了时间是什么?时间如何操控?时间回退与时间前进的科学原理是什么?时间机器能构造吗?此外,克莱格带领读者走近时间旅行者,理论分析了时间机器无法返回到它首次被发明之前的科学原因。他探讨了宇宙空间中量子纠缠、超光速、中子星圆柱体和太空虫洞产生时间旅行的非凡可能性。

《构造时间机器》温习了经典力学里的时间实验、回顾了相对论环境下的时间关系、畅想了量子力学里的量子隧穿和纠缠效应,具有较高的学术价值。

作者简介

布莱恩.克莱格(Brian Clegg),英国理论物理学家,著名科普作家。克莱格曾在牛津大学研习物理,一生致力于将宇宙中奇特领域的研究介绍给大众读者。他是英国大众科学网站的编辑和英国皇家艺术学会会员。著有科普畅销书《量子纠缠》、《量子时代》、《十大物理学家》、《宇宙中的相对论》、《科学大浩劫》等。

正文摘录

弁言 认识时间本质,8种方式让时间旅行成为现实!

你也许思考过,“如果我能回到过去……”、“如果我能后一次与已逝亲人交谈”、“如果我能前往未来看看24世纪的科技”。欲实现这些愿望,时间机器与时间旅行将是你的必须!

那么,时间机器真实存在吗?时间旅行可实现吗?

迄今为止,时间旅行仍停留在幻想阶段。但量子理论和相对论为我们提供了许多实现时间旅行的方法。最重要的是:物理定律并未阻止时间旅行的实现。

《构造时间机器》为读者解释了时间是什么,如何操控它,克莱格带领读者走近时间旅行者,理论分析了时间机器无法返回到它首次被发明之前的时间的原因。他探讨了宇宙空间中量子纠缠、超光速、中子星圆柱体和太空虫洞产生时间旅行的非凡可能性。克莱格向读者介绍了物理学教授罗纳德•马利特,他将毕生精力致力于设计能回到过去与自己早逝父亲相见的机器。克莱格还带着读者一起思考了奇特的时间旅行悖论。

本书从科学、哲学和神学的角度回顾了人类探究时间本质的历史,从柏拉图、圣奥古斯丁到霍金,讨论了争论达数个世纪的时间之谜。由此出发,在现代物理学进展的基础上,阐释了时间旅行的各种可能机制和限制条件。克莱格引人入胜地带领读者走近了终极答案——时间旅行是真实的,我们今天可在小范围内做到。如果人类寿命能足够长久,时间机器一定会在未来世界出现。

1 闪闪发光的金属框架

2 万物都是相对的

真实的时间旅行具有两大绝对要素,其一,时间与空间的联系;其二,引力对时空连续统(space-time continuum)的影响。这两个基础观念皆为阿尔伯特·爱因斯坦在神游时想到。

3 时间往事

4 时间之矢

芝诺悖论

5 时间旅行者集会

6 回到未来

之前介绍过,狭义相对论并非爱因斯坦提供的唯一一种操控时间的办法。广义相对论告诉我们,引力也能让时钟变慢。当GPS卫星系统被相对论影响时,对卫星时钟产生最大影响的并非狭义相对论,而是低引力导致的时钟变快——因为卫星时钟在轨道上运行,它们受到的地球引力影响明显小于地面的时钟,这意味着它们比地面上的时钟走得更快。

7 曲速4级

量子隧穿效应

8 量子纠缠之网

索尔维会议

EPR佯谬

贝尔不等式

这里涉及一个问题——量子传送并不能瞬时发生,即便其中的一个步骤(量子纠缠)能实现瞬时传送,整体上却无法做到。那些暗示它能瞬间发生的说法似乎更多地来自《星际迷航》而非物理学。事实是——量子纠缠本身并不能发送信息,尽管量子传送可发送信息,但它的速度无法超越光速。

看来,无论你如何绞尽脑汁,量子纠缠都非时间旅行的答案。但量子纠缠并非量子理论这种20世纪的新物理学唯一的奇特概念。还存在一些其他的诱人的可能性——尽管这些诱人的可能性尚停留在理论上,甚至比量子纠缠还不确定,但仍有希望让我们让我们超越时间的限制。

9 时间的魅影

麦克斯韦方程组

狄拉克海

快子理论

切伦科夫辐射

10 星际工程

特斯拉,科罗拉多斯普林斯基地

强磁场可对大脑产生显著影响,这一过程被称为经颅磁刺激(transcranial magnetic simulation,TMS),TMS利用快速变化的磁场在大脑里激发微小电流,刺激神经元放电。

封闭类时间曲线

哥德尔的逃难之旅

弦理论

11 爱丽丝穿越虫洞

Galileo

黑洞

卡西米尔效应:真空中的量子效应

量子泡沫

12 马利特机器

13 杀死祖父悖论

历史会排斥悖论并让你回到采取行动之前的时刻,这让人联想到了史蒂夫·霍金曾提出的一个重要概念——历史一致法。这个概念基于俄罗斯物理学家伊戈尔·诺维科夫(Igor Novikov)的“自洽性原理”(self-consistency principle),其意指,自然规律实际上会阻止一切能通过改变过程而改变未来的尝试。回到过去也许是可能的,但你在过去只能实施那些不会改变历史的行为。

霍金还提到了另一种可能——多重历史论(alternative - histories)。

14 真实还是幻想

时间旅行是真实的,我们今天在小范围内就能做到。如果人类能活得足够长久,它是我们未来不可避免的一部分。如果这都不能激起你的好奇心,那还有什么能呢?

最终,只有时间能告诉我们答案。

附录

《构造时间机器》的中心论点

中级评论员  2019-09-10 17:25:59

1.现代科学认为时间起源于大爆炸,时间是不连续的,可被分为普朗克长度的数位单元。

2.时间可控,是基于相对论效应:物体速度越快,质量越大,时间流逝越慢,这使前往未来的时间旅行成为可能。如果物体速度超过光速,时间会倒流,这使回到过去成为可能。

3.反物质是真实存在的,它是构造时间机器的最佳能源。反物质是现知的能量密度最高的燃料,想要达到90%光速仅需携带31吨反物质。

4.向前与向后的时间旅行机制并不相同,因为时间之矢是单向的。

5.关于孪生子悖论。根据狭义相对论,以相对地球静止的弟弟卡尔的视角来看,乘坐飞船的姐姐卡拉的时间流逝较慢,她返航后会比自己更年轻;但以相对飞船静止姐姐的视角来看结果正好相反。悖论产生的原因是狭义相对论仅适用于匀速运动(或静止)的物体,而飞船经历了加速过程。根据等效原理,加速度与引力产生的效应相同,而引力能导致时间膨胀。处于(相对)静止参考系的弟弟的计算是正确的,姐姐确实旅行到了未来。

6.深冷储存并不是时间旅行的理想方式,因为代价太高(旅行者必须先行死亡),并且可行性仍有疑问。此外,“未来人复苏”的动机不确定。

7.中子星引力极强,因此时间膨胀效应明显,但是潮汐力会导致飞船“意大利面化”,不过通过建造一个中子星物质球体能解决这个问题。让旅行者坐在球体中间,引力就会在所有方向平衡。若干年后拆开球体,旅行者就实现了向前的时间旅行。

8.量子隧穿实验中,光子在屏障前后两段真空为普通光速,中间一段隧穿距离是瞬间穿越屏障,因此光子的总速度超越了光速。但是光子无法携带信息。

纠缠态光子可以瞬间影响彼此,但是处于纠缠态中光子之间不存在距离,它们就像是同一事物的不同部分。在这一过程中,并无任何东西的速度超越光速。

9.量子纠缠之所以是量子力学第一特性,是因为它打破定域性,代表与经典物理彻底决裂。

10.量子纠缠机制构造时间机器的三大条件:

①使用射束分离器产生一对纠缠态粒子,并使用“热土豆”技术保持纠缠态。

②将其中一个光子放在探测器上发射出去,经过10年航行能产生秒级的时间移位。

③使用量子纠缠的联系作瞬时通讯。利用粒子自旋发送比特信息,测量地球上的粒子的自旋,假设它是自旋向上,则探测器上的粒子瞬间进入自旋向下的状态,由于相对论效应,从地球上看,这个事件发生在稍早的过去,于是实现了向过去发送信息。但是在测量前,我们无法控制粒子自旋状态,这意味着发送的只是一段随机的比特信息。

11.加来道雄认为时间机器的出现只是时间问题。他想象了一种利用卡西米尔效应的时间旅行装置:时间机器包括两个舱室,每个舱室由一对相隔距离极小的同心球构成,两个舱室需要挂上一个虫洞,使彼此连接,利用狭义相对论效应(加速器或孪生子悖论旅行方式)或广义相对论效应(中子星)在两个舱室间构建时间差异,然后应用卡西米尔效应(内爆外层同心球)稳定虫洞,如果能在极短时间内使爆炸发生得非常均匀,间隙会小到无法测量,负能量则会变得无穷大,时间机器就在这个时刻激活,时间旅行者在负能量短暂维持虫洞开启的时间内穿过虫洞。

量子传送时间机器无法构建。因为量子传送不能瞬时发生,即便其中一个步骤(量子纠缠)能瞬时传送,整体上却无法做到。

12.桥接一对白洞,这个虫洞会极快崩溃,不能让我们穿越宇宙。需要使用“奇异物质”,给虫洞施加反引力,使其保持开启状态。

13.狭义相对论可实现小幅度的向前时间旅行,今天的技术可实现。我们每次坐飞机时就做到了,只是这种前进只有几百万分之一秒。