宇宙紀錄片合集（共162集） P155 - 與霍金一起了解宇宙02時間旅行

你好 我叫史蒂芬·霍金 物理學家、宇宙學家 也是一個夢想家 雖然我無法移動 必須透過電腦 說話 但在我的心中 我是自由的 自由探索宇宙 並提出那些大問題 例如 時光旅行是否可能 通往過去的通道 還是尋找通往未來的捷徑 我們最終能否運用自然法則成為時間的主宰 看看這個 時間旅行曾經被視為科學上的異端 我過去總是因為害怕被認為是怪人而避談此事 但現在 我沒那麼謹慎了 實際上 我更像那些建造巨石陣的人 我沉迷於時間 如果我有一台時光機 我會去訪問瑪麗蓮·夢露最輝煌的時期 或是在伽利略將望遠鏡對準天空時前去探訪他 也許我甚至會前往宇宙的盡頭 找出我們整個宇宙故事的結局 要了解這如何可能 我們需要像物理學家一樣看待時間 作為第四個維度 這沒聽起來那麼難 所有物體 即使是我和我的椅子 都存在於三維空間中 所有事物都有寬度、高度和長度 但還有一種長度 時間的長度 雖然人類可能活 到80歲 這些 石頭卻會存在更久 數千年之久 太陽系將持續存在數十億年 每件事物在時間上也有長度 在空間上也有長度 時間旅行意味著在這第四度空間中旅行 要了解這代表什麼 讓我們做一點平常的日常旅行 以感受一下 一部快速的汽車讓這件事更有趣一些 沿直線駕駛 你就是在進行一維運動 向右轉 或者向左轉 你就增加了第二個維度 沿著蜿蜒的山路上下行駛 這會增加高度 所以這就是三維空間的旅行 我們究竟要如何穿越時間 我們要如何在第四度空間中找到一條路徑 讓我們暫時沉醉於一點科幻小說之中 時間旅行電影中經常出現一種巨大且耗能的機器 這台機器在第四維度創造出一條路徑 一條穿越時間的隧道 一位時空旅人 一位勇敢 或許有點魯莽的人 準備好面對未知的挑戰 他走進時光隧道 不知何時會出現 這個概念可能有些牽 強 但現實可能與此 大不相同 但這個想法本身並不那麼瘋狂 物理學家也一直在思考時間中的隧道 但我們是從不同的角度來探討的 我們想知道是否存在通往過去或未來的通道 這在自然法則中是永遠不可能發生的 事實上 我們認為他們是 更重要的是 我們甚至給他們起了名字 蟲洞 真相是 蟲洞無處不在 只是它們太小 無法看見 它們出現在時空的每個角落和縫隙中 你可能會覺得這個概念很難理解 但請繼續聽我說 沒有任何東西是完全平坦或堅固的 如果你仔細觀察任何事物 你會發現其中有孔洞和皺紋 這是一個基本的物理原理 甚至也適用於時間 請拿這張台球桌 表面看起來平整光滑 但近看卻完全不是這樣 它充滿了漏洞和缺陷 即使是像台球一樣光滑的物體 也存在微小的裂縫、皺紋和空洞 現在 很容易證明在前三個維度中這是正確的 但相信我 第四個維度也是如此 時間中存在微小的裂縫、皺紋和空隙 在最小的尺度上 比分子還要小 比原子還要小 我們來到了一個叫做量子泡沫的地方 這裡就是蟲洞存在的地方 微小的隧道或時空捷徑在這個量子 世界中不斷形成、消失與重新形成 他們確實連結了兩個不同的地點和兩個不同的時代 不幸的是 這些現實中的時空 隧道僅有十億兆兆分之一公分寬 這簡直小到人類無法通過 但這就是蟲洞時光機所引導的方向 一些科學家認為 或許可 以捕捉到一個 並將其放 大數兆億倍 使其大到人類甚至宇宙飛船都能進入 即使有足夠的能源和先進的科技 也許在太空中甚至可以建造一個巨大的蟲洞 我並不是說這可以實現 但若能實現 那將是一件真正了不起的裝置 一端可能就在地球附近 另一 端則遠在遙遠的某個行星附近 理論上 蟲洞可能還能做更多事情 如果兩端位於同一地點 但由時間而非距離分隔 一艘船可以飛來飛去 仍然靠近地球 但在遙遠的過去 也許恐龍會見證飛船即將降落 意識到以四維思考並不容易 而且蟲洞是一個很難理解的概念 我想了一個簡單的實驗 可以顯示 現在人類透過蟲洞時空旅行是否可能 或甚至在未來 我喜歡簡單的實驗和香檳 所以我把兩樣我最喜愛的事物結合起來 來看看從未來穿越到過去是否可能 我要舉辦一個派對 歡迎未來時光旅人的接待會 但有一個轉折 我會在派對結束後才讓任何人知道這件事 這裡是邀請函 裏面明確提供了時間和空間的座標 我希望以各種形式保存下來的副本 能夠存在數千年之久 也許有一天 住在未來的人會找到這些資訊 並使用蟲洞時光機回到我的派對上 證明了時間旅行總有一天會成為可能 我的時空旅人客人隨時可能到達 五 四 三 二 一 真遺憾 我原本希望未來的環球小姐會從門口走進來 那麼 為什麼這個實驗沒有成功呢 我想其中一個原因可能是因為時光 旅行到過去所帶來的一個著名問題 訊息的矛盾問題 悖論很有趣 值得思考 最著名的便是所謂的祖父悖論 我有一個更簡單的新版本 我稱之為瘋狂科學家悖論 我討厭電影中常把科學家描寫成瘋子的樣子 但這次情況確實如此 這個人決心要製造一個矛盾 即使這會讓他喪命 想像他不知怎麼就建造了一個蟲洞 一個僅能回溯一分鐘的時光隧道 它聽起來可能不多 但即使 一分鐘的時間旅行也可能造成 真正的麻煩 透過蟲洞 科學家可以看到一分鐘前的自己 但是如果我們的科學家利用蟲洞射殺自己年輕時的自己呢 他已經死了 在他還來不及組裝好手槍之前就被殺死了 誰開了那槍 這是一種矛盾 真的說不通 這是一種讓宇宙學家感到噩夢的情況 這種時間機器將違反統 治整個宇宙的基本規則 這導致原因先於結果 而從來不會顛倒過來 我相信事情不可能自己變得不可能 如果他們能夠做到 那麼整 個宇宙就無法阻止陷入混亂 因此 我認為總會有某種事情發生 以避免這類矛盾的出現 無論如何 一定有某種原因 使得我們的 科學家永遠不會處於能夠射殺自己的情境中 而且在這種情況下 很遺憾地說 蟲洞本身就是問題 最終 我想這樣的蟲洞是無法存在的 因為這是回饋的結果 如果你曾經參加過搖滾音樂會 你應該會認出這種尖銳的噪音 這是一種反饋 原因很簡單 聲音進入麥克風 它沿電線傳輸 經放大器放大 然後從揚聲器中播放出來 但如果有太多的聲音從揚聲器回傳到麥克風 它不斷重複 每次聲音都更大 如果沒有阻止它 反饋可能會摧毀音響系統 我認為同樣的事情也會發生在蟲洞上 只是會產生輻射而不是聲音 一旦蟲洞擴張 自然輻射會進入其中並形成迴路 反饋將變得如此強大 以至於摧毀蟲洞 因此 儘管微小的蟲洞確實存在 而且未來或許有可能將 其擴大 但它們不會持續足夠 長的時間以作為時光機器使用 那是真的原因 沒有人來參加派對 事實上 我相信透過蟲洞或其他任何方 法回到過去的時間旅行可能是不可能的 否則將會產生矛盾 因此 看起來回到過去的 時間旅行永遠都不可能實現 對恐龍獵人來說是一大失望 對歷史學家來說卻是個安慰 但故事還未結束 這並不代表所有時光旅行都無法實現 我確實相信時光旅行 穿越時空到未來 時間如流水般流逝 似乎每個人都被時間的潮流無情地推向前進 但時間還有另一層意義 就像一條河流一樣 它在不同地方以不同的速度流動 那就是進入未來的關鍵 愛因斯坦在一百多年前提出了這個想法 他意識到應該存在時間變慢的地方 以及時間加速的地方 他完全正確 證據就在我們頭上 在太空中 這就是全球定位系統 簡稱為GPS 一組環繞地球運行的31顆衛星組成的網絡 衛星讓衛星導航成為可能 但它也顯示出在這裡時間流逝得比在地球上更快 每艘太空船內部都有一座非常精確的鐘 但儘管如此 它們每天都會增加約十億分之一 秒的時間差 系統必須 對這種時間偏移進行校正 否則 這一點點的差異就會破壞整個系統 導 致地球上每一台GPS裝置每天偏移約六英里 你可以想像那會造成多大的混亂 問題不在於時鐘本身 它們走得快 是因為時間在這裡比在下面流動得更快 而這種異常現象的原因 是地球的質量 愛因斯坦意識到物質會拖慢時間 就像河流中流速較慢的部分一樣 物體越重 對時間的拖曳作用就越強 而這個令人震驚的現實 正是打開通往未來時間旅行可能性之門的關鍵 我承認這是一個難以理解的概念 讓我們來看一個簡單的例子 這就是吉薩的大金字塔 它的重量超過四千萬噸 而像所有沉重的物體一樣 它實際上正在減緩時間的流速 這效果非常微小 比地球的效果小十億倍 但若我們大幅誇大它 你就能看到這個原理在運作 靠近金字塔的地方 一切事物都變慢了 這就像河流中緩慢流動的部分 在這裡 時間本身比遠處流動得更慢 但是如果金字塔附近的人們向外看呢 他們必須看到相反的效果 因為他們被減速了 他們必須看到遠處的時間流逝得很快 這只是金字塔質量的簡單結果 這種扭曲為時間旅行的可能性打開了大門 我們真正需要穿越時間的東西 遠比金字塔要巨大得多 不 就是這件事 銀河系中心正前方 距離我們26 000光年處 銀河系中最重的物體隱藏在一片巨大的氣體和星雲之後 這是一個超大質量黑洞 包含四百萬個太陽 的質量 被自身的重力壓縮成一個單一的點 你越接近黑洞 重力就越強 緊密接近 連光線也無法逃離 因此它被一顆直徑1500萬英里的黑暗球體包圍 這種黑洞對時間有劇烈的影響 使時間減緩的程度遠遠超 過銀河系中任何其他物體 這 使其成為一個天然的時光機器 我喜歡想像有一天太空船或許能利用這壯麗的現象 當然 它首先必須避免被吸入 關鍵在於稍微偏離一點方向 這樣他們就會錯過 他們必須處於完全正確的軌道和速度 否則將無法逃離 正確執行的話 船隻將被拉入軌道 形 成一個直徑3000萬英里的巨大圓環 這裡是安全的 它的速度足以阻止它繼續下落 如果一個太空機構從地球 或任何遠離黑洞的地方 控制任務 他們會觀察到 每個完整軌道需要16分鐘 但對於船上的勇敢人們來說 這巨大物體近在咫尺 時間將會減慢 在這裡的效果會比在金字塔或地球附近強烈得多 士兵的時間會減慢一半 他們只會經歷八分鐘的時間 體驗遠離黑洞的其他人一半的時間 船隻與其船員將會穿越時間 想像他們在黑洞周圍繞行了五年的時間 在其他地方 卻已過了十年 當他們回到家時 地球上的每個人將比他們多活了五年 太空船的船員將返回一個未來的地球 他們不僅在空間中進行了旅程 也在時間中進行了旅程 因此 超大質量黑洞是一台時光機器 但當然 它並不實際 它相比蟲洞的優點在於不會引發悖論 而且不會因反饋而瞬間自我毀滅 但這仍然相當危險 這距離很遠 而且甚至無法帶我們邁向太遠的未來 幸運的是 還有另一種穿越時間的方法 而這代表我們建造真正時光機器的最後且最好的希望 穿越第四維度永遠不會是件輕鬆的事 但事實證明 有一種令人驚訝的簡單方法可以做到這一點 你只需要非常快速地旅行 比逃離超大質量黑洞所需的高速還要快得多 這是因為宇宙還有另一個奇特的特性 宇宙中存在一個極速限制 每秒十八萬六千英里 也稱為光速 沒有任何東西可以超過這個速度 我明白這聽起來很奇怪 但請相信我 這是科學中最重要的原則之一 相信或不相信 以接近光速旅行會將你帶往未來 為了說明原因 讓我們構思一個科幻的運輸系統 想像一條路徑正好環繞地球一圈 一條高速列車的軌道 我們將使用這列想象中的火車 盡可能接近光速 並觀察它如何變成時光機器 船上有搭乘單程票前往未來的乘客 火車開始加速 越來越快 很快它將不斷地繞地球運行 接近光速意味著以極快的速度環繞地球 每秒七次 不管火車的動力有多強 它永遠無法達到光速 因為物理定律禁止這件事 相反 我們說它接近 但還差那麼一點點到達最終的速度 現在發生了一件非同尋常的事情 時間在飛機上相對於世界其他地方緩慢流動 就像在黑洞附近一樣 只是更嚴重 火車上的一切都是慢動作 這這樣做是為了保護速度限制 這一點並不難理解 想像一個孩子沿著火車向前跑 她的行進速度加上火車的速度 難道她不會不小心突破速度限制嗎 答案是否定的 自然法則透過減緩船上的時間來阻止這種可能性 現在她無法快到足以突破這個限制 時間總會放慢一點 以確保不超過速度限制 從這個事實中 便產生了前往未來遠距離旅行的可能 想像火車在2050年1月1日離開車站 它在地球軌道上持續運行了100年 最終在2150年元旦停下來 乘客們只會經歷一周的時間 因為火車內的時間被減緩了那麼多 當他們出來時 會發現一個與離開時截然不同的世界 在一週之內 他們就已經來到了一百年後的未來 當然 建造一輛能夠達到如此速度的火車是極其不可能的 但我們已經建造了某種非常類似火車的東西 在瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心 世界最大的粒子加速器 在地下深處 有一條長達16英里的圓形隧道 其中流動著數兆顆微小粒子 當電源打開時 它們能在不到一秒的時間內從靜止加速到每小時六萬英里 增加功率後 粒子會越來越快 直到以每秒11 000次的速度在隧道中飛速轉動 這幾乎是光速 但是就像火車一樣 它們永遠無法達到那個極速 它們只能達到極限的99 99% 當那發生時 他們也開始在時間中旅行 我們知道這是因為有一些稱為介子的極短命粒子 通常情況下 它們僅在25十億分之一秒後就會分解 但是當它們被加速到接近光速時 它們的壽命會延長30倍 這些粒子是現實中的時間旅行者 這真的非常簡單 如果我們想前往未來 只需要快速移動即可 非常快速地移動 而且我想我們唯一可能做到這一點的方法就是進入太空 歷史上最快的載人飛行器是阿波羅10號 它達到每小時25 000英里 但要穿越時間 我們必須快上2 000倍 我們需要一艘更大一點的船才能做到這一點 一個真正巨大的機器 這艘船必須足夠大才能攜帶大量燃料 足夠使其加速接近光速 達到接近光速的狀態 需要以滿功率運行整整六年 船隻因為體積龐大且沉重 初始的加速會很緩慢 但逐漸地它會加速 很快就能航行遙遠的距離 在短短一周內 它就會抵達外側的行星 類似海王星的氣態巨行星 兩年後 它將達到一半光速並遠遠離開我們的太陽系 兩年後 它的速度將達到光速的百分之九十 並經過我們最近的恆星系統半人馬座α星 約三萬兆英里遠的地球 發射四年後 這艘船開始穿越時間 船上的每小時 地球上就過了兩小時 類似於繞行巨大黑洞的太空船的情況 但還有更多內容即將呈現 經過兩年的全力推進 船隻將達到最高速度 光速的99% 以這個速度 船上的每一天都等同於地球上的一整年 我們的船將真正飛向…… 時間的減緩還有另一個好處 這意味著我們在理論上可以在一個人的壽命內旅行極其遙遠的距離 一趟到銀河系邊緣的旅程只需要80年 但是我們旅程的真正奇蹟在於 它揭示了宇宙是多麼的奇特 這是一個時間流速不同的宇宙 在不同的地方 那是個我們周圍充滿微小蟲洞的地方 而且 如果我們能發展出正確的科技 我們就能利 用對物理定律的了解 透 過第四維度成為時間探險者