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第14章 第九章航向隐藏的宇宙

宇宙万年后 艾德聯.柏利 9177 2023-02-05
今日的世界已逐渐进入没有时间和空间的时代,也就是另外一种超级空间的宇宙。超级空间存在于宇宙中某一部份,既无质量,亦无时间。人类如何突破它呢? 所有科学小说忽略相对论,例如,有些小说讲到银河帝国的政治阴谋,一个皇帝宫殿建在某一星球上,靠近银河的中心,从那儿他发命令及收消息,统治周围遥远的领土,作者以各种方法企图逃避特殊相对论的规则。一讯息以光速传送必须经过五万光年才能从银河中心达到边区,而且回覆的讯息也要经五万光年才收得到这段时间内帝王与所有他的基业早已消失不见,这些困难常被忽略,我们仅晓得皇帝发出一讯息的第二天便接到回覆。更可惊奇的是掠过帝国的银河的旅程。一本小说有段奇怪的话:我们飞得比光还快,从舱侧窗往外望可看到星星嘘嘘地掠过。这想像实不亚于旱鸭子作者写海的故事:大帆被风涨满,船以全速航过平静的大海。甭论其他困难,如太空人以超光速飞行,他绝见不到星星嘘嘘地掠过。他能见到东西,真不可思议,因为他飞快地经过,使星星发出的光没办法射到他。

但有位小说家所讲的星际旅行使我们可以置信。 艾沙克.艾西莫夫,本身是科学家,在其他科学小说被搁置一旁时,他的有关银河帝国的小说却畅销几百万册,这可能是因为艾西莫夫了解相对论,对猜测超光问题最后如何被克服,有其特具的感觉。看看以下这段从他那令人战栗的星尘中摘出的文字,看来似乎是预言。旅行者坐上太空轮船,离开地球航向遥远的一颗星: 我是船长,我们就要做第一次跃进,暂时离开时空结构进入鲜为人知的超空间领域,那儿时间和空间没有意义,有点像我们经过地峡从一洋到另一洋,而不是绕行大陆边缘走。会有极轻微的不舒适,请保持镇静。 一阵颠簸好像摇晃澈骨,几分之一秒内侧窗外的星星完全不同,银河中心更接近了,星群似乎更厚,船已航过一百光年,而接近它们。

艾西莫夫写这书并不知道那些今日的许多宇宙学家都相信的超空间存在,这听来奇异的区城可能是在宇宙旁沿或就在我们宇宙之内。科学上称之为超级空间,这名词在一篇一九六二年惠勒教授的重要论文讨论它后即很通用,惠勒教授是参与氢弹的发明家,他比大部份数学物理学家更深思广义相对论中十个场方程式的背后意义。对超级空间我们所知有限,但它有些特性。它是浩瀚无边,充满于所知和可见宇宙的每一部份,出口及入口相信存在于每一地方,在银河间的太空,在星球间,甚至在我们太阳系的边缘。惠勒认为,宇宙真正形状很可能像甜甜圈或像任何形状似环的固体。我们所能见着的星球和银河都在甜甜圈的弯曲坚硬部份,中间的空间就是神秘的超级空间区。一信号或太空船沿传统路径旅行越过甜甜圈的弯曲面要很久才能完成旅程,因为宇宙大得很。可是在中空的超级空间区,旅程将快速无比,因那儿会改变普通的物理定律。

目前我们有坚强的证据证明超级空间的存在。这些证据是双重满足的,能对宇宙历史的两大主要学说同样支持。何里长久支持的稳定说,认为宇宙整体是永恒不变的,每当有星星或银河死灭,便会有新的星星或银河取代原位置,这学说满足数种想法;但除非我们接受超级空间的存在否则没什么效用。何里热烈地传播的这理论虽然它原由赫曼.庞狄及汤玛斯.高德提出的描述宇宙是处于继续产生的状态。星亡,有其他星取代,这过程生生不息。银河中的巨大量氢可形成新星,但却不够。当然,何里和其同事只需要低增加率的氢气,但虽然这些氢的继续供应需要量很小,氢总不能无中生有呀!由于没有东西能无中生有,我们只能说它来自超级空间。 最近令人惊奇的是有关宇宙历史的另一派学说霹雳说或膨胀宇宙论,若没有超级空间也无法产生效用。这著名的学说认为,整个宇宙在约一百二十亿年前是浓缩为密度很大的单一太古原子,体积约等于现存的太阳系。一位出生苏俄物理学家葛茂帮助提出这学说,将这物质称为ylem(发音成依莲,古希腊字原始物体的意思)。依葛茂和许多今日接受这学说的宇宙学家所说,依莲突然爆裂成碎片,它必像超新星从一颗星完全爆炸成碎片,但激烈程度千千万万倍。大碎片四处飞离,有些几乎是光速飞行,一百二十亿年后,宇宙仍在膨胀中之。离我们愈远的银河飞离我们愈快,但加州理工学院的天文学家们借最精密的派洛玛山上望远镜计算出,宇宙的膨胀已渐渐慢下来,在大约七百亿年的时间便会停止膨胀;银河便开始再回缩,可能形成另一依莲。

奇怪的是,为何膨胀开始缓慢下来。宇宙中大的质量显然产生一重力场造成远处银河的缓慢。但那些大质量呢?不可逃避的事实是,所知宇宙中所含的物质质量达不到煞住膨胀所须质量的十分之一。像惠勒所称,以真正侦探故事口吻,这是失踪物质的案例。失踪的物质存在飘浮于银河间大量的气团里的解释早被驳倒;所需的质量不在那儿。惠勒和一些人得到唯一的结论:失踪的物质藏在超级空间内。 若考虑所有观测事实,宇宙学少不了超级空间。没有另外的领域供给超级空间的宇宙,就像演员没有舞台。在惠勒的宇宙学中,超级空间是永恒的,它是经历我们宇宙和过去、未来所有宇宙依莲到依莲的循环而世代长存的物理背景,一切的宇宙都被超级空间围绕及充满。

超级空间的本质是很棘手的题目,仅仅思考它就会像在泥海中游泳一样。就像追赶妖怪,惠勒说,这时候它是兔子,下一瞬间变成了羚羊,而且你正要碰到它时,又变成一只狐或一只光采夺目的鸟在你肩头飞,它会使计算机冒出烟来,因为古典的时空律都无效。他继续解释,超级空间区中所有的星球和银河最终都消失,在空间中涡漩成时光隧道,像水从浴缸里汨汨流出。在其中,时间静止,几十亿年的事件被压缩成瞬间发生。对超级空间的描述听来几乎是神妙无比的,但我们确知其存在确实是战后基本物理上最伟大的进展,超级空间,超宇宙,解决了宇宙学所有的问题,排斥它的宇宙学说迟早会碰到相同的困难:许多东西都需要有比传统天文学所提供的更多物质。排斥超级空间的学说必是说光线在任何地方以直线进行,这就全然违反相对论,也意味否定了核能的存在,如此的学说没有多大价值。

直到一九七○年,超级空间的存在也止于理论而已。其理论似乎无可争议,但没有人有办法用实验证明其存在。一九七○年二月,一份非凡的报告出现了,物理评论读者来信刊载普林斯顿高级研究所的伟柏一篇题为重力放射实验的报告。伟柏说,将两个校准过的仪器各置于马利兰及芝加哥,相距六百哩,曾测到从银河中较重部份发出的重力能波扫过,这些波不是稳定的间歇波,不像我们所想到大物体发出的那种波,它们以混乱地爆来,不是固定地方也没重复,伟相认为这些爆波至少在同一天从银河的不同部位发来的。当年有些人也马上做同样实验,他的论文震惊了宇宙学家。只有大量混乱的东西才能产生这种波,必定有整个星群消灭,完全从宇宙中消失进入所谓的黑洞。

当一颗星把所有的氢转变为氦,即用尽燃料时,它会膨胀成红巨星或者爆炸掉,然后它开始崩溃,外层部份开始往中心落,最初缓慢,速度愈来愈大,有三种方式决定其命运,决定于星星的原来质量。如太阳大小的星会转变成所谓的白矮星,体积似地球,它的密度很大,一颗糖立方体的大小的白矮星上物质约五吨重。然后就停止不变,而存在数十亿年。但体积较大的星,原先质量大过大阳百分之五十,在成为白矮星阶段时并不停止变化。其重力太强,以致于无法被密度的反击力所阻,这星上的原子相互破坏,所转变成的粒子互相撞击而中和,结果留下的都是中性粒子,称为中子星,这块固体质量仍比太阳大百分之五。直径不再是十哩,其重力强得使光线都难脱离其束缚,但中子星很易发现,因为它们旋转快速,发出无线电波,我们给它绰号叫波霎。从著名的蟹状星云中发出的中子星脉波离地球约四千光年距离证实它以大于每秒三十三倍的速度在旋转。

质量是太阳两倍的崩溃星的命运则更奇妙。它的重力大得连中性粒子都无法存在,重力超过所有的反作用力,直到每一滴的物质都消失,整个星不见了,杳无痕迹。它进入了黑洞,没有东西留在宇宙中,除了惠勒所测到的纯重力能的单一爆波。当核子物理学家欧本海默和他的学生辛德尔在一九三九年首次提出黑洞的存在时,它被认为只是那些部份崩溃的星星。它们被称为黑或不可见,因为它们的重力被认为大得即连光线都射不出来,崩溃的星仍在那里,但看不见。可是一真正的黑洞,现在被相信不是因光束射不出而看不见,而是因它根本不在那儿。约比地球质量大一百万倍的星体就是不见了。 惠勒给我们不可能的诡论。如果这些事件真如他的结论显示的几乎每天发生,那么宇宙绝不可能继续存在一百五十亿年,如预测的那样。例如我们的银河含有一千亿颗星,已存在一百亿年,但如每天都有一颗星消失,假定过去星星消失的速度数百亿年来都相同,则这银河不可能生存超过二亿七千万年,约已知历史的四十分之一短。就只谈地球罢,若它只有二亿七千万年(真正是四十五亿年),那么将不可想像高等生物存在地球,这时间连恐龙都进化不了,遑论人类。而且对星星轨道的观察推翻了银河维持如伟柏所指的数量的质量净消失的可能性。

可是这并非伟柏的结果错误,我们用工业术语可能说得更清楚。试想一工厂雇用一百名员工,不多不少,但每天有一个人被解雇,一百天之后并非没员工,工厂仍雇用一百名,唯一的可能是,被解雇的人以我们觉察不到的程序而复职。 同样也可能发生在我们的银河系,一种极佳的解答在一年后被西维吉尼亚的赫尔明在一封致自然物理科学信里提到。赫尔明说,如果银河中物质数量在一段很长时期约保持相等,所有物理定律也要求这个,那么物质必是很快地消失后又出现,星星经由一白洞重现于我们宇宙,在它经黑洞消失之后瞬间。崩溃的过程也反向会发生。反崩溃一词曾被一位科学家用来描述星星原先在太空中某一点消失又出现在我们宇宙的行为。总之,赫尔明说,星星必定在一地消失在另地重现。要从事这旅程,星星必须经过超级空间,我们的宇宙必是黑洞和白洞的多重连结,就像伦敦其无数多地下铁道的多重连结。赫尔明的理论同时也解决了失踪物质案例。由于质量守恒律物质不能产生也不能被破坏的困难,以前的所有宇宙模型都依失踪物质而建立。在单独宇宙中,赫尔明写道:当考虑到含有一个洞的体积里,守恒律不能运用;但,两个宇宙一起考虑时,守恒律精确可用。

所有这些与爱因斯坦和明可斯基的四度时空有何关连呢?时空和它关系密切,它是超级空间的理由。如果时空含有弯曲的甬道,则甬道的壁必含有某种可知的结构,这便是空荡荡的太空如何具有传送重力的介质这谜题的答案;空间不是全然空洞,它充满了含有纯重力能的粒子(惠勒所测异常的强爆波),惠勒称之为能介子,能介子聚集一起组成时空弯曲壁的固体结构,洞存在于坚硬海绵状的结构里。用我们目前有限功能的探测,可能以为能介子不存在,因为它们看不到摸不着,而且它们似乎由绝对空无所组成。但相信这的人应试着走出象牙塔,他就会发现能介子对他施很大的能使他往地上落。像这种行为的粒子不能说不存在。在相对论的方程式E∥mc<2告诉我们,能量可分配在质量里,没有质量存在的能量是不可能的,这就给我们信心认为,组成时空结构的能介子事实上含有固态物质。 能介子存在?还是不存在?惠勒问。他们有没有质量?两者的答案都是肯定的,这很容易由他的证明理解。没有人否认光子同时拥有能和质,任何人眼睛被前面开来的车前灯照得睁不开时便可证实。光子符合重力定律,因它有质量;我们已经知道光子在像太阳一样巨形质量旁边会弯曲。这一点,光子和能介子的行为没什么不同。唯一困扰我们的是,光子看得见而能介子不可见,就这一点理由,要承认能介子的本质和存在就花了很长时间。 一能介子(惠勒写道),虽造成弯曲的空间并且完全不同于所谓的实质量,无疑地赋有其质量由其放射能力的理由。这个质量将能抓紧以阻止经过比放射性通过其内部的时间长得多的时间可能漏失的能量。能介子以一单位通行空间,对其他质量的重力场有反应,也同时施力给它们,它为质量提供一完全的几何模型。 因此,当能介子聚在一块便形成一硬壁,它们的本质和行为是近代几何力学的基础,这听来奇妙的学说是惠勒和一些人从广义相对论发展出来的,是弯曲空荡空间的几何学或称做几何本身的动力学。用惠勒的话说,久被忽略的广义相对论在今日已经衍出新的财产,拥有比爱因斯坦所能预见更加有力的特性。由于它似乎太偏离真实而忽视它很可能像一九三九年以前忽视E∥mc<2一样。 惠勒也注意到时空结构中的蛆洞,它们的作用相似于黑洞及白洞,但很细微,在时空区的任一地方都可以发现。惠勒描写它的样子: 空间像海洋,在其上飞行的飞机师看它是一片平坦,但对落在其上的倒霉蝴蝶而言却是混乱吵杂,愈接近则愈激烈,直到整个结构到处都是蛆洞。几何力学定律在所有空间施行这种似泡沫的性质。 时空的硬而弯曲的壁都有这些小洞,就像几乎任一种坚硬表面,用足够精密的显微镜观察,可见到许多洞存在。蛆洞是超级空间的出入口。一道讯息或太空船能经由一蛆洞进入超级空间,然后在另一蛆洞出来进到我们宇宙的另一部份,但是要这种疯狂又颇有危险的航行做什么?答案是:这可解决我们比光速还快的问题。在超级空间内时间并不存在,经过超级空间的一部份不管用什么钟来量航行时间,都是瞬时发生的,这合逻辑,因为进入其中离开时空区就把时间留在身后了,每一件在超级空间发生的事都同时;此区域既无过去又没未来,仅有永恒的现在。 惠勒和他的同伴强调这一点。在超级空间内,他说:下一步是什么?这种问题没有内容,像前后和下一个这些字已失去其意义,在任何正常感觉中使用时间这词则完全困难。砖块做比喻可助我们;通常它有四度,长、宽、厚、时间。但除掉时间度,砖块立即在我们能测量它或觉察它存在的任何地方失去踪影。进入超级空间的旅行者将立即从我们的视界中消失,而对他的目的地上的人而言,他立即出现,不是无中生有,实际上他是从超级空间的隐藏区域来的。 超级空间内部仍然神秘,它有两种似乎矛盾的特性。一个物体能全然没用时间进去又出来,而它又含有大过能见的宇宙内质量约十倍的物体,因此必有具那么大的质量的东西被困阻在超级空间内,物本身并不知时间流过,留在那儿和宇宙岁月一样长。另外,超级空间可能像一条繁忙的街道,总是挤满了熙攘的人群,他们很迅速地顺自己的路到别处去,但是不管失踪的质量是被困阻或在迅速移动,它不可能阻碍想利用超级空间为捷径的那些物体。 一九六二年登在物理评论的这篇惠勒及福拉合写的论文首次引介此种观念,题目为因果律和多重连结的时空。大意说空间是被蛆洞多重连结,如赫尔明稍后的理论。有人会问,他们写道,是否以光速进行沿一路径的讯号能被一穿过蛆洞旅经一较短路线的讯号赶过。在仔细强调他们对整个几何力学的解释。几乎没用到数学演算,并且他们知道所有这些可能无法用在真正的宇宙中,他们认为爱因斯坦及明可斯基的弯曲时空观念容许这种蛆洞存在,也容许经由蛆洞所做的奇异旅程。从此之后,惠勒和其他宇宙学家更坚信他们的理论是正确的。 我们不确知这种星际旅行是经过超级空间的单一旅行,以直线穿过炸面圈的中心空处,或者是一连串的跳跃,如艾西莫夫所言经过超空间的一串跳跃。很容易知道这种跳跃。你拿一张纸,点一点表示地球,在纸底下又点一点代表太空中距离五光年的一点,直接顺着纸,一讯号将需五年传达,但往后把纸折起来,使两点互碰一起,你便使其路径变短,把两点打洞,这洞就是蛆洞,讯号穿入又出来,不用花时间就完成旅程。经由超级空间的另一部份,另一跳跃也能进行,如此继续下去直到最后到达目的地。 其他科学家也曾各自导出伟柏、惠勒和赫尔明的结论。一星星穿入黑洞而消失,其物质,依桑尼所说,可能像山上的泉水一样在我们宇宙中的某一部份出现。有人认为做这种旅行的太空船会被重力毁坏,但有些人却以为不会。一颗星在某些状况下或太空船小心地驾驶并不会因出现在空间另一点而受损。皇家格林威治观测台台长柏比奇,莫斯科应用数学院的诺夫可夫及华盛顿大学的巴丁都已提出星球崩溃的模型确认了此点。 不去提他们那非常复杂的数学,我只说明,这些模型提到星星或其他物质不必经由整个重力的崩溃毁灭过程进入黑洞。宇宙学家赫金和艾里斯在一九七三年一篇杰出的著作大尺度的时空结构中说,一星际的尘云不必被毁坏便能在时空区中经过一蛆洞进入另一区域。要注意的是,大部份这些模型在伟柏提出他的诡论以及赫尔明想出他的解答之前都已完成。以色列科学家尼曼,他曾参与著名的负w粒子的发现,当他描述一个曾遭受许多恶意评论的比喻时也不知道他们的结论。他把宇宙看成有两只裤脚,只有一只看得到,中间有通道接起来。高德也提出一组宇宙的理论,一个接着一个。 这类想法受到广义相对论方程式的鼓舞。爱因斯坦在一九三五年的一篇久被遗忘的论文里曾暗示连接宇宙的两个或更多分得很开的部份有种桥存在。很可能,爱因斯坦在别场合说,有其他与我们不相干的宇宙存在。有些不喜这些听来疯狂理论的人,赞同广义相对论应该废弃,用比较不荒谬的东西代替。但伦敦大学的宾罗士指出任何可接受的时空理论也会得出相同的结论,使那些有点感情用事的抗议平息下来。人类应用几何力学仍处于完全理论阶段,如一九三二年拉瑟福和柯克克劳夫特分裂原子之前的核能一样。在任何讯号能真正被传经超级空间前有大量数学工作要做,但在本世纪结束前人类登陆火星就可是一实验的理想机会,火星最接近地球时约距离三光分,无线电波或光线需时三分钟可达火星,在登陆火星的任务完成前,科学家和工程师可以设计一超级空间传送器安置在火星基地上,它可将讯号在小于三秒时间内送返地球。要建这种仪器今日还算困难且复杂,就像一九五○年想像登陆月球一样,但现在技术问题好像可解决。无疑的,需要设计一鲜能想像的精细电子计算机来进行所需的数学工作。在时空区应该发现一个洞,或者去造出一个洞,然后让一讯号进入我们不知道无线电波或光线哪种适合。讯号进到超级空间区,会在地球邻近的另一洞穿出来。我们尚未知如何去做,甚至未来一丁点的成功也算是伟大的成就。 若讯号完全消失,我们就知道它进入超级时空,它可能在远离地球的某一点出现,或者被困阻在内;没法子知道。这实验必须重复许多次才能完全成功,加速的讯号才能达到地球,成就将是非凡的,会比对原始火星上植物生活的仔细研究的结果更加令人兴奋,它意味人类将在太阳系中获得自由,长久以来人类如囚犯一样受羁绊。若信号真能传送得比光还快,建造太空船飞得比光快不再不可能了。描述这想法可用莎士比亚的亨利四世第三幕中的一行话:一旦狐猫把鼻子探进去,它会立刻想办法整个身子都钻进去。 由这些前进的概念可看出哈尔丁认为宇宙是比我们所能想像的还奇妙的想法。惠勒、赫尔明和伟柏将宇宙展现得远比传统天文学家敢于提出的任何东西还要丰富复杂神奇。我们打开一扇门只为了要发现隐藏其后的另一扇门,那扇门后也要发现另一扇门,这过程可能继续持久,只要人类仍保有其需求及假设的能力。甚至今日一些科学家常表示我们对知道宇宙够多了,前进的宇宙学家却认为此调荒谬。近代宇宙学知识,由一九○五年爱因斯坦天才的首次刺激,确实须未来好几世纪去发展才能包容一切。它不是一世纪了;人类应想像几乎很重要的许多事都等待去发现。在这些情况下很难对柏塞尔的结论诚心地赞同,他说人类向银河的探险只在爆米花盒内。 我们也要面对超级空间不能航行的可能性。一些宇宙学家认为一个物体能安然航渡超级空间而不会受重力破坏,这或许是错的。如果他们对,由于某些理由,太空船从事此壮举也就不可能,此可能性微乎其微,因为如果有一事可能,人类必然在未来想办法做到。然而所有广义相对论的新解释也有错的机会,赫尔明所提的白洞存在也可能错,或者伟柏把他收到的讯号解释错了,即使这样,难道我们仍坐视广义相对论的失效把所有星际旅行的希望破坏吗? 当然不会,因为我们有其他快速的方法不依赖超级空间或洞,来旅行到星球。我们可探索特殊相对论,尤其是说明一移动物体老得比停驻物体慢的方程式。如我前面所说,人类可能仅用数月时间沿一路飞到最近的近邻星,而发现到他不在的这段期间,地球已过了几世纪。一九七一年有一实验证明人类在高速运动时衰老的过程和其他任何物体一样。两位美国物理学家在华盛顿乘坐一架巨大的喷射机,他们带着一具误差在数十亿分之一秒内的原子钟,另一具则精确校准,留在华盛顿,当他们以时速六百哩的速度环绕地球回来后发现,带着的钟约落后一千亿分之一秒。当然,时速六百哩小于光速的一百万分之一,所以两具钟的相距相当小。 但想一想更快的飞行,飞到近邻星,若太空人加速到光速的百分之九十九点九百九十九,当他一见到近邻星立即速回,他们将老了三星期,但地球上的人已过了将近九年。 倘若广义相对论和几何力学失效,用这种方法我们必能到达星球,当然远比不上经过超级空间的方法,因为地球上的人须挨过漫长的岁月才迎接得到太空人归来,这是可办得到。如何建造能够加速一星际船达到约时速六百七十哩的引擎,这问题留给工程师。设计这种高效率的引擎,须拥有很小的空间,而能保持不断的加速,历时近一百天,并且为舒适起见,加速度不要超过一个地球重力。如此引擎的功率我们可拿来和推进太阳神太空船离地奔月的第三节引擎比较,太阳神引擎只燃烧三分钟;我们的引擎需继续使用一百天,这显然超过今日的技术能力甚远,堆积如山的小说都讲到这种引擎的可行性,在此我不引述。我只说,衡量过去的技术进展,只要答案确实需要,这问题必得解决。但是目前的证据显示,超级空间将完全不需要如此庞大功率的引擎。 不管那一种星际社会产生,它们将会免除今日危害人类的疾病,也能消除拥挤的压力,在一个银河里有足够的空间包含至少一千亿颗太阳,其中可能有一亿颗拥有一个或更多个可居住人的行星。即使这些星球的资源都消耗殆尽,在未来无穷尽的岁月中,其他数十亿个银河也可探测,每一银河都有亿万颗星球,如果宇宙范围有限,对所有具体的目的,可能存在的世界的数目可想是无限多。教堂在七百年前就提到过这一点,一二二七年巴黎的大主教曾声言,去否定上帝有能力依他喜好制造许多世界是错误的。
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