寻找时间的边缘黑洞、白洞和虫洞-第4章

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成——在任一种情况下，若最终产物不旋转，那将是令人惊讶的。到目前为止，提普勒

　　　　著作最有趣的部分是他对人工时间机器基本原理的描述。光锥倾斜实现时间旅行的方式显示在图7。6中。在这个版本的闵可夫斯基图中，显示出两个空间尺度X和Y，照例随着时间流动向页面顶端延伸。图中只显示出未来部分的光锥，这样图看起来比较简单。时间轴也代表着隐蔽在强大重力场中的一个大质量的和快速旋转的裸奇点的世界线；通过观察围绕着奇点但远近不同的路线，我们可以发现一些有趣的影响。在远离奇点的位置，重力场是微弱的，光锥以平直时空的通常方式伸展进入未来。但是，离旋转奇点越近，光锥倾斜角度就越大，并朝着中心天体旋转的方向。对于处于这一情况下的观察着来说，一切都看似正常，例如，狭义相对论限制旅行者速度要低于光速的规定仍然保持不变。但是，对于在平直时空中距离较远并且在扭曲时空区域内进行观察的观察者来说，我们可以看出在强大重力场中空间和时间的作用开始相互交换。时间本身开始在中心天体周围旋转运动。

　　　　就时间旅行来说，光锥倾斜的重要阶段是光锥倾斜超过45度。因为光锥的半角是45度，从这一点开始，光锥的严重倾斜使得光锥的一边位于代表着整个空间的XY平面的下面。从弱重力场的角度来观察，当前在强大重力场区域内的未来光锥部分位于过去。要记得一个空间旅行者原则上可以达到未来光锥内的任何地方。在光锥极端倾斜的这种状况下，旅行者会选择沿着一个在空间中仅由封闭轨道形成的路径到达外部观察者，而在时间上（沿着页面向上）不会有任何移动！在某种意义上，旅行者将会同时处于轨道周围的任何地方。如果旅行者选择

　　　　将宇宙飞船控制在XY平面上面的航线，它将会围绕着时间轴平缓地螺旋旅行，逐渐地移动到页面底部并且在时间上向后倒退，这可通过图7。6中间部分的螺旋运动“轨道”显示出来。宇宙飞船将会返回到同一地点，但是时间上越来越早。然后，随着对轨道的审慎调整，旅行者将会沿着相似的螺旋状路径在时间上向前移动并且进入未来。就如提普勒提出的观点：

　　　　一个旅行者在弱重力场区域开始旅行——可能是在地球附近——进入倾斜光锥区域，在那里朝着负时间方向移动，然后回到弱重力场区域，这一区域不会被他的未来光锥所定义。如果在强重力场范围内他在负时间方向上行进得十分远，那么他在离开之前就能够返回到地球——只要他愿意他能够进入到地球的过去。这是一个真正时间旅行的实例。

　　　　事实上，即使存在这样的时间机器，像人们所期望的那样回到地球的过去是不可能的。我所描述的所有效果，包括倾斜的光锥，仅一适用于从建造时间机器（无论是自然的还是人工的）的时空点开始的未来时空区域。这一时间机器打开所有的时空未来供以探索，但是使用这一机器返回到机器建造时刻之前是不可能的。这就意味着，如果我们明天建造一个时间机器，我们不能用它回到过去，用以研究古埃及人建造金字塔的方式。有可能的就是，如果那个时候时间机器已经存在，我们可以幸运地找到它并且学习如何使用它。一些时间旅行爱好者抓住这一点，用于解释为什么时间旅行者没有访问我们。他们提出，其原因并不是像其他人所主张那样的时间旅行不可能，而不过是时间机器还没有发明出来！我们不可能明天建造一个时间机器并且利用它返回到地球历史上一些有趣的事件，这一点让时间旅行爱好者也稍感失望。然而，在提普勒时间机器的建造中涉及一个补偿性的意外收获。它仅需要存在一瞬间，这样就可以打开整个未来供以探索，因为与时间机器相关联的封闭类时曲线从建造时间机器的那一刻起延伸至整个未来。但是还有一个关键的问题：如何开始建造这样一个设备呢？

　　　　原则上来说，最好的办法就是找到一个旋转的致密天体，它是宇宙中自然产生的，然后将其旋转提速到周围可以产生封闭类时曲线。我们所需要的是一个大质量的、致密的和高速旋转的圆柱体。最佳的开始点是中子星。中子星是已知的最致密的大密度天体，并且其中一些的旋转速度很快。至少已知某些脉冲星每1又1/2毫秒绕着自己的轴心旋转一次（有一种夸张的说法，将其称为“毫秒脉冲星”）。令人惊讶的是，根据提普勒的推断，这接近于一个自然时间机器形成的旋转速度。他说，如果一个旋转的大质量圆柱体旋转速度足够快，那么在它的中心位置就会形成一个裸奇点，形成与奇点相关联的封闭类时曲线。这个圆柱体至少需要100千米长，横向不超过10至20千米，至少包含与太阳相等的质量并且具有中子星的密度，整个旋转速度是原每毫秒速度的两倍——比毫秒脉冲星的速度要快三倍。事实上，如果你找来10个中子星，将它们极对极连接起来，让它们做足够的旋转运动，208寻找时间的边缘：黑洞、白洞和虫洞你就可以得到一个提普勒时间机器。

　　　　当然，在这样一个宏大的工程中涉及很多问题，不仅仅是在哪里找到10个中子星作为开始。圆柱体的边缘将会以光速一半的速度作圆周运动，而且与这一旋转的强大角动量相关的能量与圆柱体的静止能量（“mc2”）几乎相同——提普勒说，“能量很大，以至于所伴随的离心力可能导致旋转体分裂”。当圆柱体试图在一个方向上将自己分裂的时候，它会设法在另一个方向上沿着它的长度进行坍缩。10个首尾相连的中子星的引力将很快使它们坍缩为一个黑洞，除非一些形式的场能量比我们已知的任何事物都要强，能够让圆柱体保持坚固不变。这听起来似乎不可能——但是要记得，奇点要在最短暂的一瞬间形成，以便能够提供封闭类时曲线从而使得时间旅行从此以后一直可以实现。与之前的许多相对论者一样，提普勒想要告诉我们，时间旅行在原则上的确是可能的，但是，与建造时间机器相关的现实困难是很多的，而且可能是无法解决的。尽管如此，我发现毫秒脉冲星的存在实在诱人而有趣，是“如此之近却又遥不可及”的一个经典案例。这种天体太接近于自然时间机器，以至于我们很难反对这一推断，那就是自然可能已经完成了人类工程师认为很难完成的工作。对我来说，更有可能的是我们的后代将会发现一个已经存在的时间机器（意外的惊喜是他们真的可以利用它走回历史），而不是自己建造一个。

　　　　但是，这并不是时间机器工程的终点。提普勒的时间机器坍缩为一个黑洞的设想，以及所需的能量场——其场能量要比地球上已知的任何事物强大从而使得事物坚固不变，这些似乎又使我们回到虫洞和宇宙弦的话题。如果存在宇宙弦，它将是一个理想的东西，可以将提普勒的中子星穿起来并且阻止它们坍缩，就像一个理想的东西能够保持由虫洞制造出来的星际之门打开。与索恩一样，诺维科夫和他的同事们已经证明，一旦有一个作为星际之门的虫洞，它能够通过多维空间提供一个捷径，原则上来说，一个普通的东西就能将其转变为时间机器。
虫洞和时间旅行
　　　　卡尔…萨根需要一些合理可信的噱头，以取悦他的小说读者们，这引起了一些连锁反应，在物理学团体和整个世界广泛传播。诺维科夫对封闭类时曲线的含义感兴趣已经很多年。当加州理工研究小组认识到他们为了适应萨根虚构需要所设计的这类星际之门可以被用作时间机器的时候，对于索恩来说，与诺维科夫取得联系是很自然的，对于在莫斯科的诺维科夫小组来说，参与查明物理学定律是否能够以索恩所谓的“一种合理方式”解决封闭类时曲线存在的问题，这也是很自然的。加州理工学院小组直接参与了由两大洲的七名研究人员组成的这个研究。索恩将他们称为“俱乐部”；还有一些其他俱乐部，包括纽卡斯尔研究小组，雷德蒙特（美国圣路易斯的华盛顿大学）和马特…维瑟，他们都对封闭类时曲线含义很感兴趣。本章下面讨论的大部分内容都基于苏美俱乐部的研究——从他们将星际之门转变为时间机器的方法开始。

　　　　一旦你有一个运转中的虫洞星际之门，你甚至不需要广义相对论来告诉你如何将其变为时间机器。要记得，如果有两个同卵双生的双胞胎，其中一个待在家里，而另一个以接近光速的速度外出旅行然后回到家，那么双胞胎中外出旅行的那个人就会比待在家里的那个人年轻。运动中的时钟转得慢。如果具备了高度文明的工程资源，我们就可以设想以某种方式抓住虫洞的一个洞口，并且让其开始这样的旅行。当然，要抓住虫洞洞口这样飘忽不定的东西并非易事，但是有两种方式可以实现。首先，这种虫洞洞口的重要特征之一就是具有很大的质量并且具有相对很强大的引力场——这是必须要有的，这样才能充分扭曲时空，制造出一个进入虫洞的开口，这个开口必须足够大才能让人和宇宙飞船通过。用来吸引一个引力天体的是另一个引力天210寻找时间的边缘：黑洞、白洞和虫洞体；可以想象在虫洞口前面悬挂一个大物体（可能是一个行星），移动这个大物体以便虫洞口紧随其后，就像是一个古老的故事，驴跟在一个它总是够不到的捆在大棒上的胡萝卜后面跑。或者，我们可以想象一下，给虫洞洞口小心地加电（当然，不能改变“喉咙”的几何机构），并且在电场的帮助下拖动它。毫无疑问，高度文明还有其他高招，但是目前这些就已经足够了。

　　　　一旦有办法拖动虫洞的一端，你就可以带着它以接近光速的速度进行长途旅行，然后将其带回到靠近虫洞另一端的地方。这可以是往返另一个星球的旅行，或者仅仅是使得可移动虫洞口在周围打转，直到你在移动参照系之中的时钟和虫洞口家中的时钟之间建立起一个明显的时间差。更麻烦的是，甚至当我们将移动的虫洞口带回来的时候，那个时间差还是存在的。它是与移动虫洞口相关的空间区域的真实物理属性；它要比未移动的虫洞口年轻，因而是后者的过去。

　　　　因为时空是以虫洞几何结构的方式连接在一起的（时空布局与虫洞相关），这意味着虫洞将会起到时间机器的作用。一个旅行者跳入已经移动的虫洞口，他将会在与移动虫洞口的时间相对应的时间出现在静止虫洞口。假定移动虫洞口旅行得足够远并且速度足够快，在两个虫洞口之间创建了一个小时的时间差。一个旅行者在时钟显示为12点的时候从静止虫洞口出发，并且用10分钟的时间去穿越到达移动虫洞口，当旅行者的手表和静止虫洞口时钟都显示为12点10分的时候他将会到达。然而，如果旅行者现在跳入到移动虫洞口之中，当他或她出现在静止虫洞口的时候（对旅行者而言几乎是一瞬间），那里的时间将会是11点10分。旅行者现在可以快速穿越到达移动虫洞口，到达那里的时间是11点20分，并且再次跳进去，在10点20分出现在静止虫洞口。整个程序可以不断重复，一次一次地跳跃回到从前，回到