時間不存在的證據，78億年前的光，試圖躲避人類的觀測.....

大家好 歡迎收看老明的頻道 在78億光年之外 有一個神祕的星系 學名叫0957561A 科學家預測 如果我們使用一種特殊的裝置 去觀測這個星系 它會在一瞬間消失不見 就像是一個虛擬的三維投影一樣 我們今天講的 並不是科幻小說裏的情節 這是一個真實的 震驚物理學界的著名實驗 這個實驗說明 78億年之前發生的事件 會因爲78億年之後 人類的觀測而改變 今天怎麼可能改變過去呢 這一切到底是怎麼回事 讓我們從頭說起 時間要回溯到1979年早春 北半球最大的天文臺 基特峯國家天文臺 又降下了一場大雪 雪後的夜晚 分外的清澈純淨 英國射電天文學家 丹尼斯沃爾什 抓緊這難得的機會 對北半球夜空中的大熊座 進行了拍照 因爲這一回拍攝準備充分 照片質量很高 沃爾什本能地預感到 可能會有什麼新的天文發現 果不其然 幾天後 沃爾什與他的團隊 就發現了大熊座裏 一對神祕的星系 通過對它們的星系紅移 和可見光譜進行分析 科學家們驚訝地發現 這兩個星系太相像了 簡直就是一對姐妹星系 沃爾什就給它們命名爲 0597-561A和561B 這是人類第一次觀測到姐妹星系 實在是太不可思議了 但是問題來了 宇宙中怎麼會有孿生星系呢 經過詳盡的研究 沃爾什認爲 這不是什麼孿生星系 這就是一個星系 照片上出現的 是同一星系的兩個圖像 隨後研究小組發表了論文 他們宣佈 這是人類歷史上 第一個被觀測到的 引力透鏡現象 什麼是引力透鏡呢 引力透鏡是愛因斯坦 提出的一個猜想 早在1936年 愛因斯坦就預測 因爲時空在大質量天體附近 會發生畸變 使光線在經過大質量天體附近時 發生彎曲 觀測就會看到 由於光線彎曲 而形成的一個或多個成像 這種現象就被稱爲 引力透鏡現象 沃爾什認爲 在星系0597561和地球之間 可能存在着一個巨大的黑洞 黑洞形成了引力透鏡 星系0597561發出的光 在經過黑洞之後 被折射成兩道光 分別照到了地球上 所以照片上就出現了兩個 長得非常相像的星系 論文發出後不久 反對的聲音就出現了 1979年年中 天文學家大衛·羅伯茨 在美國新墨西哥中 使用超大陣列攝電望遠鏡 再次拍攝了0597561A和0597561B 他發現在0597561A的星系中央 有巨大的電離物質素噴流 而0597561B裏則沒有 如果說0597561A和0597561B 是同一個星系 爲什麼一個有噴流 而另一個沒有呢 這是一個相當有力的反駁證據 0597561A和0597561B 到底是一個星系 還是兩個星系呢 在謎題尚未解開之時 一位著名的物理學家聽到了這件事 他立刻提出了一個 極其震撼的物理實驗 他說大熊座的這個神祕星系 有可能會顛覆因果律 它能夠證明今天會改變過去的歷史 從這一刻起 科學開始讓人錯亂了 還是在1979年 理論物理學家約翰·惠勒 在紀念愛因斯坦誕辰100週年大會上 正式提出了一個思想實驗 叫做延遲選擇實驗 惠勒說 觀察者現在的行爲 可以改變過去發生的歷史 以我們在宏觀世界的經驗 改變過去是完全不可能的 但是在微觀世界 這種現象無時無刻不在發生 而且已經被人類觀測到了 這就是雙縫實驗 科學家們製造了兩條極窄的細縫 小到一次只能允許一個光子通過 然後使用光子發射槍 讓光子通過細縫 成像在背後的照相底板上 詭異的實驗結果出現了 在光子通過細縫前 設計了一個觀測裝置 觀測光子的運動軌跡 光子就會以粒子的形態出現 一顆一顆的打在背後的底板上 如果不去觀測光子 光子就會變成波的形態 似乎一分爲二 通過了細縫之後 自己與自己干涉 在底板上就會出現干涉條紋 光子就像產生了智慧一樣 如果你看它 它就變身成粒子態 如果你不看它 它就化身爲波的狀態 光子怎麼會知道有人在觀察它們呢 惠勒給出了一種解釋 惠勒的延遲選擇試驗 就試圖說明這個問題 首先他先設置一把光子槍 光子可以走兩條路 走A路 被一個A全反射鏡折射 進入到A觀測點 要不然就是走B路 經過一個B全反射鏡折射 進入到B觀測點 惠勒在出發點設置了一個半反半透鏡 這樣光子就有50%的可能性走A路 被A觀測點觀察到 或者50%的可能性走B路 被B觀測點觀察到 然後就是惠勒的神來之筆 惠勒將AB兩路串聯起來 再串聯點C 再加上一個半反半透鏡 因爲半反半透鏡有50%的可能性 穿過或者是反射 這樣一來 人們就再也搞不清光子走的是A路 還是B路了 詭異的事情又來了 當光子知道人們搞不清它的行進路線時 光子就又開始以波的形式出現 它好像同時經過了A與B兩條路 然後自己與自己干涉 再次在觀測點上形成干涉條紋 爲了更好的觀測干涉條紋 實驗人員調整了A與B兩個觀測點的接收方式 他們通過調整光乘差的方式 讓其中一個觀測點可以看到疊加的波峯 在底片上就表現爲比過去更加明亮 另一個觀測點則全部接收波谷的信號 就表現爲黑底看不到了 接下來就是惠勒實驗中最關鍵的部分 先發出一個光子 在光子走過一半路程的時候 突然間升起第二個半反半透鏡 結果會怎麼樣呢 實驗進行了無數次 每一次在光子行進中加入半反半透鏡 光子都立刻變身爲波的狀態 就好像光子能夠告訴以前的自己 哎 過去的我 人類已經加入半反半透鏡了 現在已經沒人知道咱們的行進路線了 咱們可以自我干涉了 結果就會表現出波的形態 一張底片很亮 而另一張則是黑的 惠勒的延遲選擇實驗震驚了學術界與思想界 因爲實驗的結果顯然是違背因果律的 變成了結果可以改變初始條件 也就是說未來可以改變過去 這怎麼可能呢 時間再到1980年 一次偶然的機會 惠勒聽說丹尼斯沃爾時發現了引力透鏡 惠勒神奇的大腦又開動 他想這不就是一個宇宙尺度的雙縫實驗嗎 他立刻就設計了一個宇宙延遲選擇實驗 實驗的設想是這樣的 首先星系發出的光一樣是由光子組成的 也同樣能夠在底片上成像 其次隔在地球與0597561A之間的黑洞 可以將其看成一面透鏡 第三兩個星系圖像與光經過了雙縫 其實是一個道理 只要使用兩臺天文望遠鏡對其觀測 在它們進入觀測點前加入一面半反半透鏡 我們就搞不清楚光子到底走過的是天文望遠鏡A 還是天文望遠鏡B了 調整好兩個觀測點接收器的光成差 那麼很有可能一個接收器裏是增強型的星系圖案 而另一個接收器則是一片黑暗 如果真的是這個觀測結果 那意味着什麼呢 意味着光子在經過漫長的78億年之後 還能夠自己告訴自己 喂 遠方的我 人類已經無法知道我們的路線了 咱們可以自己干涉自己了 然後跨越了78億光年的時空 光產生了干涉圖 現在宇宙雙縫延遲選擇實驗 萬事俱備 只欠東風 唯一需要證明的就是0597561A和561B 這兩個星系是同一個星系 但就是這件事讓人撓頭了 我們前面說了 在0957561A裏有一個巨大的電離物質速噴流 這說明該星系裏很可能產生過超新星的爆炸 但是在0957561B裏則沒有 如果說它們是一個星系 怎麼會不一樣呢 時間再到1983年 波克利大學的學者馬克·格倫斯坦 經過無數次的星空拍攝 終於發現在0957561B裏 其實也有電離物質速噴流 只是形態上要比561A裏小得多 這又重新燃起兩個星系 其實是一個星系的希望了 以後人們又經歷了漫長的30年的觀測 最終天文學家們認定 0957561A和561B的確是同一個星系 在地球上接收的 正是同一個星系的兩個不同角度的折射光 至於兩個星系的圖像爲什麼存在着不同 科學家們也給出了答案 原來處於地球與0957561星系之間的黑洞 也有天文學家說是磁層湧塌縮體 是一個體積很大 密度不均勻的物體 光線在經過它之後 會產生不同程度的消光 所以561A比561B的圖像 早了大約14個月到達地球 以此計算 561B的光線比561A多走了大約1.1億光年的路程 這就是同一個星系產生了兩種不同圖像的原因 瞭解了這個事實後 惠勒的宇宙雙縫延遲選擇實驗也就無法實現了 我們雖然能夠用兩臺不同的天文望遠鏡去觀測它們 但是我們觀測的並不是同一個時間的光 而是相差了14個月的光 也就是說它們並不屬於同一個光子集團 實驗的基礎被破壞了 也就註定了惠勒的實驗只能是一個思想實驗 但是無論如何 惠勒的奇思妙想的確讓人大開眼界 惠勒對任何事物都有自己不同的見解 他曾提出 好老師的工作就是提出好問題 因爲只有學生對問題感興趣 他們纔會去拼命的學習 同時又不斷要求老師提出更多的問題 惠勒在晚年時進一步提出參與的宇宙的概念 他說 如果78億年前的光子仍然能夠進行干涉 就說明空間不能被分割成一個個的部分 時間也一樣 從宇宙大爆炸到今天的全部時間 也是一個整體 如果真如惠勒所說 那麼時間根本就不存在 好了 今天的故事就分享到這裏 別忘了關注老明的頻道 我們下期節目再聊