時光旅行與蟲洞【張嘉泓｜物理好好玩S2EP12‪】‬ 知識好好玩

【物理好好玩S2EP12】時光旅行與蟲洞

 

儘管理智告訴我們應該往未來看，但人總是耽溺於過去。這可能是因為、未來總是一片空白，好像並不存在一樣，而過去是我們已知，就紮紮實實在那裡。說是紮實，但畢竟已過去，於是虛實之間，我們的心靈可以想像、扭曲、詮釋、重新建構，無限發揮。普魯斯特的名著《追憶似水年華》，就是書中一無所成的主人翁，對生命中無數的片刻印象、以及過往人物的細細咀嚼，書名原意其實比較接近「找尋逝去的時光」。曾有一個評論者這樣說，這七卷的書寫，其實是主人翁，透過對過去的追憶，重新度過那時的每一個細節，挖掘出自己的內心對每一個印象的糾纏，來得到生命的救贖。書中喚起這些記憶的貝殼狀點心「瑪德蓮」，據說就神似中世紀歐洲尋求救贖的朝聖者，在旅途中沿路布施所用的貝殼容器。

 

的確，重新度過我們的過去，實在是一個誘人的事，我們有可能回到過去嗎？做夢是一個辦法，但這有點消極，所以中外文學中，都有時光旅行的想像傳統。但科學畢竟是一個植基於實際觀察的學問，而根據我們清醒時的可靠觀察，時間流動肯定是穩定而超越個人的。因此在以牛頓力學為核心的古典物理裡面，時間是有前後因果秩序的標籤。所有自然事物如同無奈的動畫角色，困在一個個附上標籤的畫面之中，情節與動作只能如一頁頁的浮世繪，畫中角色沒有任何辦法可以影響時間的紀錄。

 

這樣強大的重力可以使我們回到過去嗎？

 

但描述重力的廣義相對論改變了這一切，在去年三月的節目中（S1EP03｜當空間變成了時間——淺談神秘的黑洞），我介紹了東京大學香取秀俊教授的實驗，結果顯示置於地面上的時鐘，走得比置於東京晴空塔頂端的時鐘來得慢，這是地面上較強的重力所造成。在地球上這個效應微乎其微，但如果是極緻密的中子星表面，重力會強到使時鐘慢百分之三十。可見重力會影響時間的平穩進行，術語就說時間被扭曲了。時間扭曲的極致肯定是黑洞，在黑洞周圍稱為地平線的球型邊界上，那裡的時鐘在遠方看起來幾乎是停止的。因此太空人若墜入黑洞，經過地平線時、時鐘看起來走得緩，那麼所發出的光或信號，也得走得極慢，那就需要近乎無限長的時間，才能到達外界的觀察者。有一個作者就形容：在你通過地平線的短暫瞬間，外界宇宙的永恆時光就此流逝，真是充滿詩意，但卻是真的。於是靠近黑洞、地平線內的區域，將比時間的盡頭還要遙遠，完全無法向外聯絡，連光都無法脫離，只能被重力吸引回到黑洞的中心。這個區域與整個宇宙形成了半隔離的狀態，而且既然裡面的物質永遠無法離開，黑洞的半隔離狀態就會永恆維持。那麼、這樣強大的重力可以使我們回到過去嗎？

 

其實，在愛因斯坦的廣義相對論提出幾個月後，就有物理學家，在理論上得到一個非常奇怪的解。如果重力對空間的扭曲足夠厲害，空間中兩個距離遙遠的位置之間，竟然額外可以容許有一個捷徑。十年後，愛因斯坦自己也發現了這個結果，因此這個解現在也被稱為「愛因斯坦的橋」。奇異的是，這個解在廣義相對論中，其實出現得十分自然，現在幾乎所有廣義相對論的課程都會教到呢。

 

一進入蟲洞，空間就直接連到遠方的出口

 

對這個解，我覺得最生動的描述是「蟲洞」，就如同蘋果被蟲咬穿了一條穿透的隧道，這是黑洞這個詞的命名者，惠勒教授在五零年代所命名。聽眾可以想像我們是在蘋果表面爬行的螞蟻，