| 词条 | 宇宙三禁律 |
| 释义 | 关于宇宙根本性质的一个推断。由当代科普作家傅小松提出。其基本内容是：时间机器、空间捷径以及超光速运动极可能是宇宙中三件禁止发生的事情。这一提法正式写入了高等学校教材《自然科学技术简明教程》。该书由钱如竹主编，人民邮电出版社出版。 “宇宙三禁律”的核心思想是“禁律”。以前我们讲得多的是“定律”。“禁律”是一种特殊的“定律”，是对定律的一种逆向思考，它使我们换一个不同的角度看世界。“宇宙禁律”思想的发轫者是美国天文学家和科普作家卡尔·萨根，他曾经提出一个极为深刻的问题：物理学定律容许无限发达的文明做些什么？又严禁他们做什么？卡尔·萨根推测，在遥远的将来，无限发达的文明将可能实现一些今天我们看来不可思议的奇迹（甚至实现像“暴胀论”创始人艾伦·古斯提出的用9千克物质再造一个宇宙的这类疯狂梦想）。但仍有些事情，人们一直梦寐以求，不断有人绞尽脑汁论证它的可行性，但却永远是一个神话。用物理学家的话说：“宇宙禁止这种事情发生”。“宇宙三禁律”即是沿着卡尔·萨根思想进一步思考的产物。宇宙中的定律很多，禁律也不少。“时间机器、空间捷径以及超光速运动”是前沿科学中探讨得比较多的问题，也是科幻小说中的热门题材。我认为这三件事情具有根本性，因此将它们概括为“宇宙三禁律”：即大自然禁止时间机器、空间捷径和超光速运动。 § 一、大自然禁止时间机器 自从英国科幻小说鼻祖威尔斯1895年出版《时间机器》一书以来，关于制造时间机器、实现时间旅行便一度成为科幻小说及影视中的热门题材，甚至有些泛滥。时间机器，这个怪物确实让人激动又忐忑不安。如果真能返回过去，那就意味着可以返老还童，重塑人生，甚至是再造人类乃至地球的历史！然而，这种令人神往的图景带来的不全是美妙，也带来混乱甚至是恐怖。一个人通过时间旅行可以来到他出生以前，杀死他的父亲、母亲，甚至是外祖父，从而使自己无法出生。这就是耸人听闻的关于时间机器的“祖孙悖论”。由此，许多科学家、哲学家均断言：一个合理的宇宙将禁止时间机器的制造。 尽管时间机器荒诞不经，但仍有不少科学家钻进这个牛角尖，从理论上探索时间旅行的可能性。1937年，斯托库姆发现爱因斯坦场方程的一个解。在这个解中，一个快速旋转的无限长柱体起着时间机器的作用，称之为“旋转柱”。但显然宇宙中不存在这种无限长的旋转柱体。1949年，哲学家哥德尔又发现一个爱因斯坦方程的解，描述了一个旋转但静止的全宇宙，一个人只要离开地球到很远的地方然后返回，他就可以回到过去。这个解同样没有实际意义，因为我们的真实宇宙既不旋转又非静止。后来，普林斯顿大学的哥特又提出可以通过两根无限长的宇宙弦以极高速度相对移动来做时间机器。可惜，宇宙弦是宇宙中一种可能存在也可能不存在的假想物体。即使宇宙弦存在，无限长的东西也不可能存在。这种设想也纯属空想。 真正有价值的有关时间机器的探索是美国物理学家基普·索恩有关虫洞的透彻研究。虫洞是一种超空间的假想捷径。他论证：一个无限发达的文明可以用量子的办法或经典的办法（扭曲空间）制造“虫洞”，并运用奇异物打开它。这种虫洞既可实现空间旅行，又能成为时间机器。 1988年，基普与他的学生联合发表了《虫洞、时间机器和弱能量条件》的论文，引起巨大反响。有些传媒以《物理学家发明时间机器》为题大肆宣扬，基普被称为“发明时间旅行的人”，但科学办对此工作褒贬不一。理论物理大师霍金就完全不同意基普的论证，他指出：这种虫洞在成为时间机器之前（据说是不可想象的10-55秒），会有一束真空涨落将它破坏无遗。 看来时间机器注定是竹篮打水一场空。霍金把大自然禁止时间机器表述为一个能维护时间次序的“良序猜想”。他强调，这个猜想能“保证时间不会破坏历史”。 § 二、空间捷径无法通过 在爱因斯坦之前，没有人设想过空间捷径或时空隧道。空间中两点间直线为最短距离，怎么会有比直线更短的通道呢？1915年，爱氏提出了广义相对论，阐明了时空弯曲的概念。于是，空间捷径的想法开始出现。 最早提出的空间捷径就是所谓虫洞。它是1916年有人求解爱因斯坦场方程所发现的。虫洞有两个洞口，从外面看，相距极其遥远，而洞中超空间的隧道却极短，甚至只有几厘米。 假如存在这样一个虫洞，这的一个洞口在地球附近，另一个洞口在织女星附近，两洞口外空间距离为26光年，而洞本身仅长1千米！真是名副其实的空间捷径！然而，20世纪50年代，惠勒等人研究表明：虫洞从打开到关闭到消失，时间极短，变化莫测，根本无法把握。任何事物包括粒子，都无法穿越它。谁想去试试，一定在它的消失中毁灭。后来，基普通过深入研究，发现可用一种具有负能量密度的奇异物将虫洞洞壁撑开，但物理学家长期以来怀疑这一“奇异物”的存在。 于是又有人提出把黑洞变成一种空间捷径。根据流行的黑洞理论：如果你落入一个旋转的黑洞，你便可能穿过时空的一个小洞而到宇宙的另一个区域去。这显然就有了超空间旅行的可能性，但你无法选择目的地。也许你想到处女星座度假，而结果却到了蟹状星云。这种情景看起来十分浪漫，而黑洞专家告诉你实际上行不通。你通过黑洞到达另一个宇宙区域是在所谓虚时间里发生的。在实时间里，你的结局是会很悲惨的，作用在你头上和脚上的引力会把你撕成“意大利面条”，甚至连构成体的基本粒子也不能幸免，并最终在一个奇点处终结。 除虫洞与黑洞外，又有人设想发明一种叫空间翘进器的飞船，不断将前面的空间压缩，从而实现超空间飞行。但压缩空间需要有难以想像的能量，这是人类无法实现的。 看来，大自然虽然保留了空间捷径存在的可能性，但不允许我们通过，我们的空间旅行只能老老实实地一步一个脚印，别无他途。 § 三、光速极限不可逾越 众所周知，爱因斯坦的狭义相对论规定，真空中的光速是宇宙中一切物体运动速度的上限。根据狭义相对论公式，物体运动速度愈快，时间间隔愈大，空间间隔愈小，惯性质量愈大。假如物体运动达到光速，则运动物体时间将膨胀至无穷大，运动物体长度将收缩为零，运动物体惯性质量将达到无穷大。这三个结果都是不可想象的，如果物体运动进一步超过光速，那就更加不可思议了。仅就运动物体质量达到无穷大而言，又有多少如此大的能量能推动这一物体运动呢？ 爱因斯坦建立狭义相对论后，牛顿的万有引力定律曾让他一度困惑。万有引力似乎是万物间一种普遍存在的即时、超距的力，它的传播速度几乎是无限的。这与“真空中光速是全宇宙中最快的速度”的理论相矛盾。后来，爱因斯坦建立广义相对论，把万有引力解释为时空弯曲的几何性质，这才消除了这一矛盾。 爱因斯坦的“光速上限”，大多数人深信不疑，也有人幻想能打破这一极限。有人提出，当物体静止质量为负时，将出现超光速，甚至百倍、千倍、万倍于光速。这种说法没有太多的科学依据。2000年7月20日，《自然》杂志刊载了美籍华人科学家王利军等人的科学论文，称首次在实验室把光速提高300倍。论文激起轩然大波。很多人借此质疑真空中每秒30万千米的光速上限，继而质疑相对论。后来，实验人员出面澄清，他们发现的是所谓光波群速度，而波头速度始终不超过光速，因此与狭义相对论仍然吻合。光速上限理论遭遇一场虚惊。 大自然不允许物体运动超过光速，但宇宙浩瀚无垠，动辄以千百光年计算，而人生则短暂如白驹过隙，这是否意味着星际旅行永难实现？也非如此，作为补偿，大自然巧妙安排了接近光速运动的时间膨胀效应。一位宇航员以接近光速去几千光年外的恒星旅行，然后返回地球，他自己实际只需要几十年时间，只是地球上的人们需要几千上万年地等待。但这点时间对宇宙而言，却远非地老天荒，只是短短一瞬而已。 何看待“宇宙三禁律”？这主要是一个哲学命题，具有哲学上的意义。三大禁律的存在，表明了人类挑战自由王国的限度，给那些无穷无尽的科学幻想划定了一个最后的疆界。 |
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