德國科學家模擬旋轉宇宙中的『時間旅行』

物理學家在廣義相對論中發現了可存在封閉類時曲線的時空解，或許我們可利用這些特殊時空進行時間旅行

科學家模擬一個類似地球的球體在哥德爾宇宙中“回到過去”的畫面

據國外媒體報道，雖然我們常在好萊塢大片中看到時間旅行的場面，但現實中物理學家已經開始行動，他們首次演示了“回到過去”的時間旅行會是怎樣的情景。時間旅行的可視化演示是相當離奇的畫面，科學家在假設宇宙形狀的基礎上進行時間旅行，這一過程被認為是可行的，這可能會幫助我們理解仍然被籠罩在神秘色彩下的物質(物理定律)因果關系，為探索時間旅行的物理理論鋪平道路。

研究人員使用計算機圖形技術，對宇宙中的光線(起源)進行跟蹤，這一成果不僅應用於時間旅行的研究，也可協助科學家對遠古星系光線的研究，這些光在宇宙中穿梭了百億年才抵達我們的望遠鏡。在愛因斯坦的廣義相對論方程中，我們推出了宇宙時空曲率，進而得到引力場方程，科學家發現在許多“假設宇宙”中允許時間旅行的發生，比如旋轉宇宙模型。

早在1949年，新澤西州普林斯頓高等研究院科學家哥德爾發現了愛因斯坦引力場方程的神秘解，當處於解賦予的“旋轉宇宙”中時，物體運動可沿著一條封閉的曲線進行，即“封閉類時曲線”，它可描述偽黎曼流形中粒子在時空中運動的世界線(四維時空中的軌跡)。曲線定義下的粒子可通過時間循環而回到原來的空間中，當然“封閉類時曲線”並不是一種時間機器，它不能帶你回到過去，但如果沿著這條奇異的路徑，你將會前往未來的時空，然後在回到原點，恢復原來的時空狀態，這就有點兒像你向左轉後發現自己回到了上個星期。

依據哥德爾宇宙(整體旋轉宇宙)中存在的奇怪路線，科學家認為我們似乎可以“超光速”旅行，然而我們現實中的宇宙可以想象為在大質量天體周圍圍繞著“看不見的曲線”，如同蹦床上的保齡球。哥德爾宇宙具有一個無限寬的旋轉中心軸，以及無限長的物質分布，這個理論已經在過去從數學的角度進行了研究，但該團隊的理論物理學家沃爾夫岡·施萊希第一次對該情況進行了可視化預見。科學家使用射線來跟蹤模擬一個類似地球的物體處於圓柱狀旋轉宇宙中所發生的情景，通常情況下，射線跟蹤可繪制一條從虛擬攝像機到三維空間的直線。

哥德爾宇宙存在兩個不同的特點：第一，由於哥德爾宇宙是一種整體旋轉式的時空，光線在其中以螺旋態移動；第二，旋轉宇宙的外部“線速度”比內部要快，因此這裡就存在一個邏輯上的半徑，可以滿足運行速度超過光速，但是光線不能穿過圖3中的中軸線，這樣類似地球狀的物體就像一面鏡子的對稱鏡像，將光線反射回中心。此外，對光線的控制還可以取得一些奇怪的效果，在地球前部的光線呈現出扁平狀，來自地球後面的光線被圓柱形的地平線所反射，這樣前後光線抵達就會出現時間差，這就是對“過去”的可視化成像。

其中最引人注目的是，你可以在不同的時間點上“同時”看到同一個物體的兩個可視化圖像。根據沃爾夫岡·施萊希介紹：“當研究團隊沿著圓軌道移動那個地球時，發現了更多奇怪的現象，在不同的時間點上，許多其他圖像也接踵而至，形成類似連貫性的時空扭曲景象。奇怪的是，其中並不涉及現實宇宙中的時間旅行，這只是將宇宙的外觀在給定的時間點上進行重新創建。為了將時間旅行進行可視化表達，研究小組將一個球體沿著封閉類時曲線運動，為了簡單起見，使用顏色來表示其年齡(時間旅行前後)變化。

科學家們將年輕(未來)的紅色球體與年老(過去)的藍色球體沿著封閉類時曲線進行碰撞，模擬一個物體進行時間旅行時發生的現象，很顯然兩者接觸後紅色的球體沿著封閉類時曲線向未來移動，它最終還會進入環路回到過去，即變成藍色球體所代表的時空，這一過程將往復進行。同時，藍色的球體則會離開封閉類時曲線，由於它並不向未來移動，因此其顏色繼續加深，變成了紫色，代表其處於年齡更老的過去。

從上面這個模擬視頻可以看出，似乎物體很難回到未來，但是它提供了關於愛因斯坦理論獨特的解，來自馬薩諸塞州科技學院研究人員馬克斯·特格馬克認為我們發現光線跟蹤可視化可以深化我們對廣義相對論的理論。科羅拉多大學研究人員安德魯·漢密爾頓也同意這個觀點，這個視頻讓奇怪的時間旅行變得可以理解，但重要的是我們還不知道為什麼在我們的宇宙中，時間似乎只向前移動，根據物理定律，我們宇宙中的物體無法在時間軸的前後移動，而可以在空間中自由移動。

從更深層次的角度看，物體的因果關系(物理定律)是宇宙最深的奧秘，而方程中也可能存在因果關系失效的地方，就比如哥德爾宇宙，可能為我們提供了一個新的關於時間旅行的研究途徑。我們目前所知的哥德爾宇宙並不是我們現實中宇宙的模型，在這個宇宙時空裡，宇宙的旋轉可以帶動邊緣的光線，沿著封閉曲線運動。這與我們宇宙中的黑洞旋轉類似，黑洞的引力拖動了周圍時空的旋轉，形成一個旋轉的球體，科學家邁克爾·布塞認為我們期待類似的效應出現於其他時空區域，也可能存在於我們的宇宙中。

模擬時間旅行宇宙可視化技術顯示了對光線路徑在極端方式下的操作，雖然它們並沒有產生封閉類時曲線，但其可以開發成扭曲空間中的光線跟蹤等新技術，用於新一代的空間望遠鏡中。魏茨曼科學研究所科學家烏爾夫·倫哈德認為當遠古星光通過大質量恆星或者星系周圍時，我們可以探測到它們的信號。

守候世界上最漫長實驗：持續86年仍未完結

約翰·梅因斯通

如果說“時間就是金錢”，那這個位於澳大利亞昆士蘭大學的玻璃漏斗無疑是世界上最昂貴的實驗裝置。

86年前，一位名叫托馬斯·帕內爾的物理學家為了向學生們證明“瀝青是液體而不是固體”，設計了這個實驗。他將瀝青加熱，倒入一個封口的玻璃漏斗。等到瀝青完全凝固之後，他將漏斗的下端切開，開始記錄每一滴瀝青滴落的時間。

如果補充一些數據，這個實驗也許就不再像看起來那麼簡單：為了等待瀝青完全凝固，帕內爾花費了3年時間；而到第一滴瀝青滴落，他又耗費了8年。事實上，直到60歲去世那年，他只等到了3滴滴落的瀝青。

隨後接管實驗的另一位物理學家約翰·梅因斯通，用50多年的時間，也只迎來了5滴滴落的瀝青。儘管，由於各種各樣的原因，5滴“來之不易”的瀝青，全部被他郁悶地錯過了。

這個持續了86年的實驗，已經被評為“世界上最長的實驗室實驗”，不過，在梅因斯通看來，實驗還遠遠沒到完結的時候。這個78歲的老人對中國青年報記者說：“要等到試驗完成，至少還需要100年。”

從實驗開始到現在的86年，還沒有人真正看到過瀝青滴落的時刻

盯著瀝青實驗裝置的人們，很容易產生時間靜止的錯覺。那些堅硬的、可以用鎚輕易敲碎的瀝青，以匪夷所思的緩慢速度流過短短的漏斗柄——通常情況下，這段不到10厘米的路程，耗費的時間要超過10年。

一些昆士蘭大學的校友領著兒女、孫子重回學校的時候，常常會感慨實驗裝置“和幾十年前沒什麼變化”；而那些通過網絡攝影觀看實驗的人們，也常常會發現，相隔幾個月的畫面，幾乎看不出任何不同，很多人甚至因此懷疑自己網絡故障，看到的只是一張靜止的圖片。

最後，梅因斯通不得不在實驗裝置旁擺上了一塊綠色的鐘，讓觀察者有一種“時間確實在流逝”的感覺。

來自全世界的人們都在關注這個持續了86年的實驗。在實驗裝置所在的帕內爾講堂，每天都有前去參觀瀝青實驗的遊客。還有更多人在網絡上關注實驗的同步直播。梅因斯通說，有一次，雷雨導致實驗室停電，結果他的郵箱馬上塞滿了提醒郵件。它們來自世界的各個角落，其中還有幾封來自中國。

“每個人都希望自己能看到瀝青滴落的瞬間。”梅因斯通說，“事實上，從實驗開始到現在的80多年，還沒有人真正看到過這一時刻。”

過去幾十年，梅因斯通經歷了5滴瀝青的滴落，卻因為種種原因，總是和這個瞬間擦肩而過。

最接近的一次發生在1979年，當時，那個像淚滴一樣的瀝青滴，和漏斗的連接處已經變成了一根細絲。梅因斯通觀察了一會兒，覺得要等到它滴下來，至少還要一天時間。結果，等他第二天來到實驗室，第5滴瀝青已經掉進了燒杯裡。

梅因斯通為此懊惱了很長時間，他堅持，自己和那個瞬間只差了5分鍾。

從1961年接手這個實驗之後，梅因斯通已經幾次重演了這樣擦肩而過的遺憾。1962年，當實驗的第4滴瀝青搖搖欲墜的時候，當時只有27歲的梅因斯通剛剛結婚，並且和妻子一起出門度了一個短暫的蜜月。

結果，等他從蜜月回來，嶄新的瀝青滴已經穩穩地落在了燒杯底上。

在1988年的第7滴瀝青再次被錯過之後，梅因斯通決定借助科技的力量。他在實驗裝置旁邊擺上了一個攝影機，24小時監控實驗進展。

2000年11月，當第8滴瀝青即將滴落的時候，梅因斯通心安理得地去了倫敦。他說，自己當時覺得“毫無壓力”：“畢竟還有一個攝影機在盯著它嘛！”

結果，當瀝青真的掉落的時候，梅因斯通收到了兩封讓他悲喜交集的郵件。第一封的內容很簡單：“瀝青掉下來了！”而第二封的內容是：“儲存設備出現了故障，攝像頭拍攝的滴落畫面沒有保存下來。”

直到今天，梅因斯通還能清楚地記得，自己當時有多失望。他回到澳大利亞的第一項任務，就是升級監控系統，並且在實驗設備的周圍擺上了3個獨立的攝影機。

如今，就像每一個負責任的科學家一樣，澳大利亞昆士蘭大學的物理系教授梅因斯通每天都在嚴密監控自己的實驗裝置。無論是工作日還是周末，他都要堅持每天觀測實驗數據，實驗室的技術人員也會每天向他匯報實驗進展。當然，他也會在想起來的時候隨時查看網絡攝影機的畫面。

13年的等待之後，他生怕自己再錯過第9滴掉落的瀝青。梅因斯通說：“它可能會在今年掉下來，但誰知道呢。它有自己的‘主意’，你能從裡面讀出點哲學意味。”

感謝實驗室的保管員沒有直接扔掉這些“奇怪的垃圾”

如同很多同齡的老人一樣，這個已經86歲的實驗裝置，經歷過如今舉世關注的輝煌，也經歷過漫長的失意年代。

1961年，當梅因斯通第一次看到這個實驗裝置的時候，他剛剛從英國劍橋大學的卡文迪許實驗室來到澳大利亞布魯斯班市的昆士蘭大學。當時，一個同事無意間告訴他，物理學系的碗櫃裡放著一個“奇怪的東西”。

梅因斯通隨後看到了這個由漏斗、燒杯和瀝青組成的奇怪裝置，並且對它產生了濃厚的興趣：“當我想到，過去34年的時間，實驗只向前邁進了一點點的時候，我突然意識到，它在未來會有了不起的發展潛力。”

不過，學校裡的其他人似乎並不認同這一點。梅因斯通曾試圖說服物理系主任，希望向學生們公開展示這個實驗，但他很快得到了拒絕的回覆：“這裡根本沒人想看到它。”

那個時候，創立實驗的帕內爾教授早已去世。學校裡的很多人都在嘲笑這個古怪的實驗，還有人認為它應該被直接扔掉。事實上，在梅因斯通發現實驗裝置之後，很長時間裡，它一直安靜地被放在物理學系一個塵土飛揚的角落裡。

甚至連梅因斯通自己都已經忘掉很多細節了。他在回復中國青年報記者的郵件中寫道：“我已經不太確定到底是什麼時候把這個實驗公開展出的，我想，大概是1979年吧。”

那一年，梅因斯通負責昆士蘭大學開放日的佈展工作，曾經被嘲笑的瀝青實驗成了面向整個昆士蘭州民眾的展覽項目之一。結果，在展覽上，實驗引起了廣泛關注，如今，它甚至變成了昆士蘭大學的一個著名景點。

梅因斯通說，直到現在，每天都有很多人專程前來，看看實驗的進展。

甚至，2005年，梅因斯通因為這個漫長的實驗獲得了當年的搞笑諾貝爾獎。那一年10月，在美國哈佛大學的桑德斯劇院，面對台下1200名觀眾，一群“真正的諾貝爾經濟學獎得主”向他頒發了獲獎證書。同樣獲得證書的，還有已經去世多年的實驗創立者，托馬斯·帕內爾教授。

梅因斯通在接受採訪中真摯地感謝帕內爾，儘管他們從未相識。他說：“已故的托馬斯·帕內爾教授留給我們一份如此寶貴的遺產，它幽默搞笑，同時也讓人們有興趣了解瀝青這個‘複雜烴類混合物’的樣態和行為。”

他也同時感激那些實驗室的管理員們：“我真的非常感謝他們當年沒有隨手扔掉碗櫃裡那些‘奇怪的垃圾’。”

自然界的偉大之處就在於它的不可預測

在“最長的實驗”變得著名之後，梅因斯通在很多場合都會被要求回答同一個問題：“你覺得第9滴瀝青會在什麼時候掉下來？”

而他每次的回答也完全一致：“我真的不知道。”

這位物理學家解釋說，瀝青的掉落時間取決於在當地平均室溫的環境下，瀝青表面的粘度系數。他同時聲稱，這個持續80餘年的實驗並不能簡單地說明“瀝青是液體而非固體”。更準確的說法是，瀝青是一種相態複雜的混合物。

對於實驗的未來，梅因斯通預測說，隨著漏斗裡剩餘的瀝青越來越少，瀝青滴落的速度也會越來越緩慢。他頂著一頭雪白的頭發說：“整個實驗全部結束，至少還需要100年。”

他甚至已經為自己選好了監護實驗裝置的“接班人”：那是一位昆士蘭大學物理學院的教授，同時也是梅因斯通從前的學生。至於實驗裝置的所有權，梅因斯通堅持，應當屬於帕內爾教授的後人。他說：“我覺得帕內爾家族應該把這個裝置作為他們的‘傳家寶’。”

必須承認，在86年的堅持之後，這個當年看起來簡單而古怪的實驗裝置已經有了點“見證歷史”的意味。1927年，當實驗裝置設計完成的時候，人類剛剛發明了電視，並且發射昇空了第一枚火箭。1938年第一滴瀝青掉落的時候，第二次世界大戰正一觸即發。

而現在，二戰的硝煙早已散去，人類的現代生活已經天翻地覆，而整個實驗裝置還靜靜地立在那裡，醞釀著第9滴下落的瀝青。

從監控錄像的畫面來看，這滴讓人們等待了12年的瀝青，已經形成了一個“完美的淚滴形”，仿佛隨時都會跌落到燒杯裡。

梅因斯通喜歡用富有哲理的言辭來評價這個實驗。他說：“自然界的偉大之處就在於它的不可預測，這也是我們生活的調味品。”

他期待著，當新一滴瀝青最終掉落的時候，學校的其他科學家們能和他一起，補上一個錯過了8次的慶祝活動。他用盡可能美麗的語言去形容這個“卓越成就”：“粘稠的瀝青沿著漏斗狹窄的玻璃管道，形成一個美麗的形狀，最後盡責地躍入燒杯。”

不過，不管人類如何慶祝，那個持續了86年的瀝青實驗，還會安靜地繼續下去。當人們為每一滴掉落的瀝青而期待、失落的時候，那些相隔幾十年的瀝青滴，早已在燒杯底部慢慢融合，看不出一點差別。

物理學表明：蝙蝠俠的斗篷是架自殺飛行器

如果沒有蝙蝠衣上無所不在的光滑披肩的話布魯斯-韋恩將會在哪裡？萊切斯特大學的物理學家已經揭開蝙蝠俠在經歷一段高空的披肩滑行之後跳到地面上時的衝擊力，那將等同於被一輛以50英裡每小時行駛的汽車撞擊的效果。


物理學家揭開蝙蝠俠在滑行之後跳到地面時的衝擊力等同於被一輛以50英裡每小時行駛的汽車撞擊的效果。


借助蝙蝠披肩滑行並不是旅行的一種安全方式，除非使用一種方法來快速的減速，比如說使用一個降落傘。

這個不幸的發現被四名畢業班的碩士研究生發表在大學的《特別物理學主題》雜誌上，他們推斷：“毫無疑問，借助蝙蝠披肩滑行並不是旅行的一種安全方式，除非使用一種方法來快速的減速，比如說使用一個降落傘。”這個降落傘的提議當然會減少蝙蝠俠揚起披肩降落時的瀟灑，更不用說減少慢慢靠近敵人時的恐怖程度，當蝙蝠俠完全展開翼展並且瞇起眼睛的時候，他就準備攻擊了。

然而，物理學是不可否認的。在對布魯斯-韋恩飛行過程中的阻力和升力進行解答之後，計算出了預計的飛行軌道。15.4英尺的翼展只有普通懸掛式滑翔翼的一半，而且當他在高登市一座492英尺高的大樓上起飛並且滑行大約1150英尺的時候，命懸一線的以50英裡每小時的速度下降的過程中，蝙蝠俠的最高速率將達到68英裡每小時。論文當中確實聲稱滑行角度的變化並未予以考慮，這或許有助於安全著陸。然而蝙蝠俠需要減速來避免成為高登市垃圾清掃車清理的對象。

“記憶布料”製作的披肩在克裡斯托弗-諾蘭的《暗夜騎士》中露面，當蝙蝠俠用右手手套中的微電路為這種材料通電時它就會變硬。萊切斯特大學的研究團隊知道這種材料將硬到足以成功模仿機翼，可用於業餘的全翼式滑翔機。然而隨著研究的進展，它的局限性變得日益清晰。

論文合著者大衛-馬歇爾說到：“如果蝙蝠俠想要從飛行中幸存下來，他肯定需要一個更大的披風，或者如果他更喜歡保持自己的風格，他可以使用積極的推動力，比如說噴氣式裝置來讓他呆在空中。”如果他真的想要堅持這個傳統，他可以使用加里-康納利的方法，康納利最近成為只使用滑翔衣從直昇機上滑翔到地面的第一人，他只是使用了大量的紙板箱來實現安全著陸。

我們不確定更糟糕的情況，蝙蝠俠在攻擊和爬出一堆紙箱之間會出現停頓，警員戈登必須創造出一種新的蝙蝠俠信號來更準確的代表蝙蝠俠下降的陰影。很有可能強力爪鉤在用了70年後或許不得不擱置起來的事實超越一切，當旁觀者眼睜睜看著蝙蝠俠困在摩天大樓頂上，不得不走樓梯離開的時候那麼劇情就會變得毫無意義。

稿源：騰訊科技