你對「時間」真正了解多少（三）

通過蟲洞做瞬時間的空間轉移或者時間旅行示意圖

測定萬事萬物的年齡

　　時間可能非常神秘，但有一件事情我們可以確定：現代宇宙學認為，宇宙現在已經137.5億歲高齡了，也就是4.3×10的17次方秒。

　　我們是如何知道這一點的呢？要想計算出宇宙的年齡，需要進行一系列假設，這些假設與宇宙的幾何形狀、膨脹率以及組成成分相關。然而，只是到了最近我們才測算出宇宙的年齡。幾年前，宇宙學模型表明，宇宙比其最古老的恆星還要年輕。

　　現在，美國哈佛—史密森天體物理中心的索倫·梅波表示，測量結果和觀察結果基本上能夠相互印證，宇宙的年齡約為137.5億歲。美國國家航空航天局（NASA）的研究人員使用威爾金森宇宙微波各向異性探測衛星（WMAP）研究了宇宙的背景輻射，他們認為宇宙的背景輻射是大爆炸的餘暉，通過這些背景輻射，科學家們獲得了各種各樣的宇宙參數最精確的值，使用這些參數，他們追溯出宇宙的年齡約為137.5億年。

　　無獨有偶，測量恆星年齡的方法也得到了改善，儘管這仍然是一件非常需要技巧的事情。追溯恆星的年齡需要測量恆星的質量、化學組成以及溫度等屬性，並且要將這些屬性同某一特定類型的恆星的這些屬性隨時間變化而改變的模型進行比較。存在的一個問題是，很多這樣的模型都要參照一顆年齡和性質我們能獨立測量出來的恆星（比如太陽）來校準。

　　據美國《每日科學》網站報道，梅波和同事發現了一種新的測量恆星年齡的方法。他們認為，天文學家可以通過測量恆星的旋轉推斷出恆星的年齡。梅波說：「恆星的自轉速度隨著時間的推移不斷減緩，就像在桌面旋轉的陀螺一樣，可以將其看成一個時鐘來確定它的年齡。」梅波和同事運用開普勒太空望遠鏡的獨特功能，測量了被稱為ngc6811的恆星群中的恆星的旋轉速度。他們表示，如果恆星自轉和年齡之間的關係能夠被這一研究證實，那麼衡量恆星的自轉周期將能被用於估算它的年齡。

　　越接近地球，我們對我們的測量技能越自信。我們認為，通過追蹤太陽系的原初物質（從天空中像天女散花一樣落下的隕石）團塊內的放射性衰變，就能粗略知道太陽和圍繞在太陽周圍的其他事物的年齡。1968年降落在墨西哥的艾倫德隕星里的鉛同位素的比率表明，其年齡為45.7億年，推而廣之，太陽系並不會比它年長很多。

　　這樣的放射性測定年代方法在我們測定從地球誕生伊始到現在出現的物質非常有用。聚集在一起的大量放射性原子中，有一部分原子會在一定的時間內衰變，通過測量被封入一塊岩石中的特殊原子與其衰變產物的比率，我們能知道一塊岩石或一塊人工製品存在了多少年。

　　對於大多數岩石來說，最好的辦法是使用鈾鉛測年法來測量其年齡。這一測量方法的精確度非常高。加拿大麥克瑪斯特大學的地質學家阿蘭·迪肯表示：「很多科學家將這一測量法看成年代測定的黃金標準。」

　　至於更年輕一點的岩石和史前人類的人造品，其他同位素為其提供了更精確的結果。例如，科學家們使用鉀衰變成氬來測定在坦尚尼亞出現的人類最早的工具的年代，測出其首次現身於200萬年前。

　　為了測量自大約6萬年前開始的人類歷史中出現的事物，科學家們主要採用碳的同位素碳14作為測量工具。碳14測年法又稱放射性同位素（碳素）斷代法，該方法由美國芝加哥大學的物理化學家威拉德·利比教授於1947年提出，被人們稱喻為「放射性碳素的革命」，利比也因此獲得了1960年的諾貝爾化學獎。

　　我們都知道，碳是自然界中廣泛存在的元素，佔地殼重要組成的0.018%；天然碳有三種同位素，即碳12、碳13和碳14，其中只有碳14才具有放射性。碳14在自然界含量極少，它也是碳的最穩定、最重要的同位素，半衰期很長，為5730年；不過，隨著歲月的推移，大氣中碳14的含量還可能會有輕微的改變（諸如太陽黑子爆炸、火山噴發等），所以碳14的半衰期還要按照具體的年代進行修訂（樹輪曲線），這個5730年最後算來大概還有正負40年的誤差存在。

　　由於新陳代謝，地球上生物體吸收或放出二氧化碳的過程不斷進行，生物體內的碳14含量也保持不變。但當生物失去新陳代謝作用（比如生物死亡），碳14循環進入生物體內的過程就停止了。這時，留在體內的碳14就只能按照其固有的半衰期5730年的衰變速率逐漸減少。因此，埋藏地下深層的樣品，只要測定其碳14與碳12的含量比例，按碳14的放射性衰變公式進行計算，校訂之後便可推出待測物品的存在年代。

　　這個方法適應於考古學和第四紀地質研究，常用樣品為木炭、泥炭、木材、貝殼、骨骼、紙張、皮革、衣服以及某些沉積碳酸鹽等。但是，用碳14測年法也只能準確測出五六萬年以內的出土文物；對於年代更久遠的出土文物，如生活在50萬年以前的周口店北京猿人，實際上利用碳14測年法是無法測定出來的。

　　不管如何，有一點很確定，一旦我們死去，埋藏在六尺之下，我們的屍體會保留我們的時間烙印。

　　時間旅行能成為現實嗎？

　　人們很容易就會認為時間旅行僅僅只是科幻小說，海市蜃樓。儘管早在1895年，英國作家喬治·威爾斯就寫下了著名的科幻小說《時間機器》，濃墨重彩地對時間旅行進行了諸多設想。不過，迄今為止，還沒有人真正製造出一台能起作用的時間機器。但是，我們也不應對此感到灰心失望，不斷湧現出的新的科學發現有望向我們展示我們的未來或者過去。

　　時間旅行是廣義相對論的基礎內核。愛因斯坦的理論預測，時間在重力強的地方行走得更慢，而與地面越接近，人們受到的重力就越大，所以生活在平房內的人比生活在高樓大廈內的人老得更慢。因此，要製造出一台時間機器，人們只需讓時間行進速度不同的兩個地方連接在一起就行了。

　　例如，將地球和與其最接近的黑洞連接起來，黑洞的強重力使得此處的時間流逝得非常慢。也就是說，同時讓兩個鐘錶在周一開始滴滴答答作響，當地球上顯示的時間是周五時，黑洞上顯示的時間可能才是周三呢。因此，如果你能瞬間從地球旅行到與其最接近的黑洞，你就能從周五返回到周三，這樣，你就實現了時間旅行。

　　但問題是，你能做到這一點嗎？從原理上來說是可以的。量子理論告訴我們，時空內可能存在著相互糾纏在一起的「捷徑」，這些捷徑就是所謂的「蟲洞」，蟲洞又稱愛因斯坦—羅森橋，是宇宙中存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。上世紀30年代，愛因斯坦和納森·羅森在研究引力場方程時提出了假設了蟲洞的存在，他們認為，通過蟲洞可以做瞬時間的空間轉移或者做時間旅行。簡單來說，「蟲洞」就是連接宇宙遙遠區域間的時空細管。通過蟲洞，人們有望在星系另一邊幾光年遠的地方現身，也有可能出現在過去或者未來幾年內。儘管目前科學家們仍然沒有在宇宙中發現蟲洞的蹤影，但是，名為中微子的「魔鬼粒子」或許已經在進行這樣的奇蹟了。

　　然而，對於我們人類來說，有幾個實際問題需要解決。為了使用蟲洞進行時間旅行，必須將現在所處的時間和空間以及想要前往的時間和空間進行連接，那可能意味著旅行的一個終點可能會是離地球最近的黑洞那兒。

　　即使解決了這個問題，還有其他問題需要解決：你可能需要將量子尺度的蟲洞擴大至宏觀尺度，並且找到方式讓其出口和入口保持打開狀態。這可是一個相當大的挑戰，因為蟲洞的性能並不穩定，即使讓一個光子進入蟲洞，也會立即導致事件穹界形成，致使蟲洞瞬間突然關閉。因此，需要一種帶有負能量（其受到的重力為反重力）的奇異物質讓洞口保持張開狀態。現在，我們並不知道具有這樣強大力量的奇異的物質是否存在，但是，我們確實知道，為了製造出一個開口為一米（這一寬度足以讓人可以爬過）的通道，必須將銀河系內的大部分恆星一年內噴射的總能量用光才行。

　　不過，英國《新科學家》網站近日的報道稱，德國和希臘物理學家的最新研究表明，蟲洞無需藉助這種能量為負的奇異物質便可處於張開狀態。參與該研究的德國奧登堡大學的伯克哈德·克萊豪斯表示：「你甚至不需要帶有負能量的正常物質。實際上，蟲洞無需任何物質便可保持張開狀態。」這一研究發現意味著，人類可能在將來的某一天在太空中發現蟲洞。也許，一個先進程度遠超過人類的文明已經藉助蟲洞構成的星系際地鐵系統往返於不同星系之間。此外，我們也可以將蟲洞作為進入其他宇宙的入口。

　　儘管我們或許能夠很容易地發現蟲洞，但是，採用這一原理這樣製造出來的時間機器也不會將我們帶往歷史上的重大時刻。如果我們真的在宇宙中發現了一個蟲洞，那麼，顯然，那將是回到過去的時間旅行者能夠到達的第一個時刻。所以，如果你想回到過去看看恐龍的模樣，那麼，你只有一個選擇：找到一台大約6500萬年前被外星人拋棄在地球上的時間機器。

　　不過，我們能使用自己的時間機器做一些有意義的事情。只要我們製造出了一台時間機器，那麼，未來的文明將能回來拜訪我們。這樣，就有可能出現一幕非常有趣的場景：某人能回到過去並且殺死直系祖先從而使他們自己的存在成為不可能。這個所謂的「祖父悖論」是時間旅行最重要的謎團。

　　而研究結果表明，量子物理學可以解釋這一情況。2011年5月，麻省理工學院的量子物理學家賽思·勞埃德和多倫多大學的物理學家艾弗瑞姆·史坦博格找到了另外一種通過量子力學實現時間旅行的方法，甚至成功進行了實驗。他讓光子回到過去嘗試消滅自己，檢驗了著名的「祖父悖論」。

　　在現實世界中，我們一般說前因後果，先有因再有果，而在量子世界中有種奇怪的現象，對諸如光子、電子等粒子的量子系統的觀測可以影響到它過去的狀態，人們稱之為後選擇。量子系統沒法區分過去和未來的影響有什麼不同，這也就意味著確定結果可以決定之前發生了什麼。一些物理學家認為，既然如此，利用量子傳輸就可以製造出「時間機器」來。

　　量子傳輸也是個著名的奇異現象，處於糾纏態的兩個粒子之間存在神奇的相互作用，對其中一個的測量可以瞬時影響另一個，不論相距多遠。通過量子傳輸，可以瞬間傳遞量子狀態。不過由於後選擇的存在，從a傳到b和從b傳到a其實是等價的。所以說，量子傳輸就等於是一種時間旅行。

　　在勞埃德和史坦博格的實驗中，他們沒用兩個光子，而是用一個光子的偏振和方向作為糾纏的雙方，偏振代表「現在」，方向代表「過去」，並給光子一把「量子槍」（一個波片，這個波片可以改變光子的偏振，或者成功或者失敗）來幹掉過去的自己。實驗結果很有趣，每次量子傳輸成功，「槍」都沒能開火，而每次傳輸失敗，「槍」都開火了。用「祖父謬論」的例子來說，就是當刺殺祖父失敗，才能成功穿越時空。

　　這是劍橋大學的宇宙學家史蒂芬·霍金稱為時序保護的一個例子。時序保護猜想是由霍金提出的關於時間旅行的猜想，該猜想認為，自然定律不允許任何除亞微觀尺度外的時間旅行。根據廣義相對論，當時空扭曲達到一定程度的時候，不同的時空區域會連接起來，形成一條「閉合類時曲線」，曲線上的旅行者就可以重複訪問時空中一個點。但是，霍金在一個1992年的文件中說：「似乎有一個時序保護機制，防止閉合類時曲線的生成，從歷史學家手上保護了宇宙的安全。」不幸的是，在辛勤工作多年後，他仍然未能證明這一原理。

　　而據英國《每日郵報》網站報道，美國馬里蘭大學的伊格·斯莫亞尼諾夫和洪玉珠（音譯）在實驗室中模擬了137億年前宇宙大爆炸的情景，結果證明，時空旅行可能是無法實現的。這項實驗模擬的是大爆炸發生時光線和時間的流動情形，而並非大爆炸本身。

　　在實驗中，研究人員使用了一種由丙烯酸和黃金構成的新型合成材料，並採用一種獨特的方式讓光線發生偏折。當一束激光射向這種合成材料時，它會激發其表面的等離子體激元，它們只會沿著一個方向傳播。這種運動模式和大爆炸發生時大質量粒子的運動模式是相似的。

　　起初，研究人員們認為他們可以創造出時空旅行的條件，只要設計一種合成材料，使光線沿環形軌道運行，這在數學上等價於粒子的時空旅行，隨後將等離子體激元放入這種環形軌道，它便會被帶到最初的出發位置。但實驗結果顯示的情況似乎要比預想的複雜得多。按照計劃用於和材料容器中的粒子發生反應的特定波長的光並不能在這一環形軌道上運行。用斯莫亞尼諾夫的話說就是：「看起來在這一模型中時間旅行是無法實現的。」

　　不過，研究小組也承認，這一結論對於回答「時空旅行是否可行」這一問題仍然不是全面的結論。

　　因為製造蟲洞時間機器仍然是一個巨大的挑戰，物理學法則似乎註定要維持我們慣常理解的因果關係。然而，禁止時間旅行的定律又超出了當今數學的範疇。如今，由於沒有物理定律可以否定時間機器的存在，物理學家們不得不慎之又慎地對待時間機器存在的可能性。時間旅行奇蹟的大門仍然頑固地為人們打開著，期待著有人進去並有所斬獲。

　　時間會結束嗎？

　　時間會終結嗎？時間終結是一個令人不安的預言，甚至比宇宙終結還要令人恐懼，因為，在很多與宇宙終結命運有關的場景中，都存在著一種讓人可以略感安慰的可能性，那就是，新宇宙可能會從舊宇宙的廢墟中誕生。

　　但是，如果時間本身都終結的話，那麼，我們的確就沒有逃出生天的辦法了。沒有新時間讓新事物開始，一切將到此為止。

　　最近幾年，宇宙學家們一直在試圖面對這個最終的落幕。對於他們來說，時間終結或許並非那麼令人害怕，因為他們已經習慣了愛因斯坦的廣義相對論中提出的很多與時間終結有關的情景。愛因斯坦的廣義相對論這個重力理論暗示，當一顆恆星崩塌成一個黑洞時，恆星中的物質會被擠壓成一個密度無窮大的單點，也就是所謂的奇點，這是一個完全的終止點，此處，所有的質量變成無窮，而且時間終結。

　　你或許可以前往最近的黑洞並且跳進黑洞中，看看情況究竟怎樣，如果宇宙以這樣的「大坍塌」而終結，萬事萬物都坍塌成宇宙的奇點，那麼，我們現在就開始享受吧，既然我們的命運已經註定，那麼，我們還不如放開胸懷，畢竟人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。

　　然而，廣義相對論可能並非正確的理論，而且，物理學家們也懷疑，廣義相對論提出的完美的奇點會受到量子效應的影響，變得不那麼完美。如果情況果真如此，當時空經歷黑洞或大坍塌的蹂躪時，可能有足夠的空間讓時空存活下來並獲得重生。

　　如果時間能躲避暴力終結，那麼，它可能會慢慢行進直到停止。時間最與眾不同的一點是，它僅僅指向一個方向，從過去走到未來。這種單一方向源於一個事實：已知的宇宙的密度超高。當所有的質量集中於一處時，這處就處於超級有序的狀態，但是，隨著空間的擴展，每件事情又開始自由地變得無序。歷經數萬億年，當所有的恆星都已經燃燒殆盡甚至黑洞已經蒸發無餘時，我們宇宙中的所有物質可能變得平均地擴散出去。萬事萬物將會變得非常無序。接著，時間將會失去方向。

　　然而，在亞原子層面，粒子仍然會相互碰撞，並且，這些隨機的碰撞偶爾也會導致某些更有意思的事物出現。從統計學的角度來說，非常罕見地，可能會有一個有序的物質，比如一塊玻璃或者一隻奇怪的狐猴誕生，隨後，它們再次遭遇時間的影響。因此，在這幅圖景中，時間會身患重病，苟延殘喘，但是不會死去。

　　時間真正的命運可能要由多重宇宙來宣判。多重宇宙的理論認為，時間並不會終止。很多宇宙學模型都包含有一個名叫永恆膨脹的膨脹形式，在這種膨脹中，新的宇宙源源不斷地被製造出來，每一個宇宙都具有不同的屬性。宇宙學家們想去了解有多少種可能性：比如，這些宇宙中的多少宇宙已經開始；多少宇宙有故事可說；什麼組成適合生命生存等等。但是，科學家們遇到了意外的困難，因為在一個無限多重的宇宙中，萬事萬物有無限個版本，我們不可能計算出有多少種可能性。

　　為了規避這個問題，有些宇宙學家們開始假設多重宇宙中的大多數宇宙並不存在。通過在時間和空間進行武斷的切斷，他們能計算出局部出現的宇宙的可能性。這似乎行得通。

　　儘管對於宇宙學家們來說，這似乎是個好消息，但對於時間來說，這可是壞消息。美國加州大學伯克利分校的理論學家拉斐爾·布索已經指出，除非真正的多重宇宙在時間內是有限的，這一可能性才能保持前後一致。如果被裁減的多重宇宙能夠反映現實情況，那麼，布索計算出時間可能只剩下幾十億年。布索表示：「這是一個令人瘋狂的誇大其詞的想法，但是，在物理學領域，我們不應該僅僅因為一件事情聽起來很瘋狂，就將其排除開來。」

　　當然，時間也有權利要求其他解釋，獲得一個更好的命運預測。美國麻省理工學院的阿蘭·古斯和斯坦福大學的維塔利·凡楚林表示，他們認為，即使在多重宇宙的情形下，時間也不可能終止。

　　一個更加平靜的終結版本來自於哲學家朱利安·巴伯爾，他和宇宙學家同行已經攜手建立了一幅名叫普拉圖尼亞（Platonia）的特殊的現實圖景。普拉圖尼亞中包含了物質所有可能的組成。沒有時間的流逝，僅僅是一套無關聯的「剎那」，或者「現在」。我們經歷時間的幻覺，因為這些「現在」被安排得好像它們通過時間演進而來一樣。巴伯爾認為，在普拉圖尼亞中的可能性應該是無窮的，因此令人安慰的時間幻覺應該也是無窮的。如果時間確實不存在，那麼，它當然就不會終止。

　　丹麥物理學家尼耳斯·玻爾曾說：「預測是困難的，尤其是與未來有關的預測，更是難上加難。」因此，或許，在時間的盡頭什麼也沒有毫不令人吃驚。