当我们将一个黑体加热到500—550℃时,黑体会发出暗红色;随着温度的不断升高,颜色也会开始由红→浅红→橙黄→白→蓝白→蓝,逐渐改变;也就是说,一种颜色对应着一个相应的黑体温度,颜色的变化也就表示温度的变化。当一个光源的光色与黑体在某一温度下呈现的的光色相同时,我们就将黑体发出该颜色所对应的绝对温度称为该光源的色温。色温度是一个被摄影、印刷、照明等领域广泛应用的概念。
现在我要告诉大家的是:颜色还能表示时间流逝的速度。或许读者可能会觉得有些诧异,但确实没错!不同的颜色可以表示不同的时间流逝速度。如果相对论是一个有效的理论,那么我的推断就应该不会有错。
由于多普勒效应,当一个光源在作与观察者远离的运动时,观察者看到该光源的颜色会比相对静止变红。而当光源朝向观察者作逼近运动时,则观察者将看到该光源的颜色比相对静止时变蓝。这已是众所周知的了。太阳表面的日震,太阳系以外的行星的发现,都是藉由多普勒效应而得到的重大科学发现。根据相对性原理,不论是光源在运动,观察者静止;还是光源静止,观察者在运动;多普勒效应都同样有效。
相对论指出,运动可以改变时间流逝的速度。所以,观察者与光源之间的相对运动不仅仅是有颜色的变化,也有时间的变化。
现假设一个发光体与观察者之间没有相对运动,而是发光体自身在改变光谱的颜色,变红或变蓝;在观察者看来,仍然可以得出发光体在作远离自己或逼近自己运动的判断。
观察者与光源之间的相对运动,使观察者见到的光源的颜色发生变化;那么光源自身的颜色发生变化,对于观察者而言,也能等同于两者间的相对运动。即不论是由于运动使光源改变颜色,还是光源本身在改变颜色,对于观察者来说是等效的。
这就意味着,即使观察者与光源之间是相对静止的,光源颜色的变化,可以等同于两者间在作相对运动,当然也等同于两者的相对时间在变化,以至两者的时间流逝速度不同。这种时间流逝速度随着光源颜色的变化而变化的关系,类似于黑体的温度与颜色的关系,即一种光源颜色可以表示一相应的时间流逝的速度。这就是颜色的秘密!
黑体温度与颜色的关系,是直接的两者关系。而时间流逝速度与颜色的关系还捆绑了相对运动与多普勒效用在中间,是“相对论中的相对论”(一个形象的比喻,我尚未找到更适合的句子来形容颜色与时间的复杂关系。运动能改变时间是相对论的一个重要结论之一;而相对性原理又是相对论的理论基础。所以,我把颜色与时间的关系称作“相对论中的相对论”),这样一个秘密的确不容易识破。
5.3.2改变时间的基本物理条件
改变光源的颜色,虽然等同于光源与观察者之间在做相对运动,但如果光源与观察者是在同一个时空中,那么两者仍然都要遵循这一时空的时钟,两者之间还是不会有时间上的差别。要使光源的时间与观察者的时间不同,就必须给光源加一个足够强的磁场,以保全“运动”所改变的时间。
一个强磁场可构成一个独立的时空坐标,改变该时空的光谱,就可以使该时空的时间与外部时空的时间不同。我们观测到一物体光谱的红移,是该物体作远离我们而去的运动,红移越严重就是速度越快;作为等效运动,如果我们将光谱调置到红外、甚至远红外,那么这一“运动”的速度会高得吓人。所以,调整光谱的频率,就可在磁场的有效空间内得到各样不同的时间。改变时间就这么简单!
通过物体高速运动的方式来改变时间,要消耗太多的能量,而得到的效果却微乎其微,这显然是不现实的。但是,我们可以通过相应的磁场与电磁波的作用,制造出一个等效于高速运动的空间环境来改变时间流逝的速度,这是完全可行的。也就是说,我们完全可以利用磁场与电磁波的某种特定作用,人为地创造出这样一个有特殊环境的空间,不论这个空间相对于参照系是静止的还是移动的,它能在磁场与电磁波的作用下,等同于它在作相对于参照系的高速运动,从而使得这个特殊空间的时间与参照系的时间不同。在我看来,这种方式在宇宙中已经存在。
飞翔的梦想自古有之,直到有了流体力学、知道机翼升力原理后,经不断努力,我们终于能翱翔蓝天。时间机器起初也是出于幻想,虽然爱因斯坦还告诉人们,超越光速不可能,但科幻作家们从未停止对时间机器的想象,人们对穿越时空的兴趣也丝毫未减。以实体运动的方式超越光速当然是不可能的,但超越光速、改变时间可以是其它方式,并非一定要真正地以实际的高速运动去超越光速。通过电磁作用的等效方法来改变时空,不仅不与相对论矛盾,而恰恰还应用到了相对论。今天,电磁场与电磁波已经被物理学家们研究得十分透彻了,特别是量子场论的建立,使我们对场、波、粒子有了更深入的理解;只要把握好场与波的关系,我们就能够掌控时间。如果这一观点是对的,那么时间机器的原理就并不复杂,不过要让它飞起来,那我们还会有一段很长的路要走。
5.4非经典运动
时间是人根据物质运动来划分的,不是本来就有的,宇宙中原本有“时”,而没有“间”。物质运动需要耗费“时”,但是如果不把“时”分割成“间”,我们的思维就无法识别“时”。时间可以说是思维对物质运动过程的分割、划分,从而使我们对运动过程有清晰的认知。
在相对论出现以前,人们普遍认为时间流逝的速度是永恒不变的。相对论的提出虽然改变了人们以往的时间观,认识到时间的流逝是可以改变的,然而,一个世纪过去了,人们还从未实现过通过改变时间而得到收益。在新的世纪里,这样的局面应该会有所改变。
我们已经知道,物体运动需要耗费时间;而我们若能够改变一个物体的时间,那无疑也能得到该物体的运动。一个石头在时间为to时,从O点抛出,经过时间tn后掉落在P点,这一运动过程是我们熟知的。
如果这块石头能控制自己的时间,那么就可以出现与我们熟知的运动过程完全不同的运动方式,相同的运动过程中,当时间为t1时,石头运动到A处;当时间为t2时,石头运动到B处。若石头在B处改变自己的时间,使自己的时间不再朝tn方向流逝,而是让时间t1紧接着t2,那么石头就会瞬间从B处到达A处,而不论A、B间的距离有多远。
如果A与B之间的距离极短,每当石头到达B点,就改变它的时间,使它不断地回到A点,这样就能使这块石头悬浮在空中摆动。A、B之间的距离越短,石头就能越稳定地悬空,在这种情况下,说明石头调整自己的时间的速度,恰恰等于时间流逝的速度。
现在我们假定这个石头有计算能力,在O点就计算出通过经典运动到达空间点B所需的时间,并将计算得出的时间结果直接取代O点的时间,那么石头就会从O点直达B点。
操作这个石头的人,还可利用一个应用软件,设定石头的运动方向、速度,将计算结果随时控制石头,使石头能够随心所欲地在空间悬停、或是缓慢、或是快速地移动。这种通过控制物体的时间所得到的运动,是无法用经典力学来解释的。即使这个石头悬停静止在空中,它也是在作等效于超光速的运动,让时间倒流的速度与时间流逝的速度相等。当然,谁都知道一块石头是决不会有这样的能力。能够如此控制自己时间的,只能是时间机器。
把飞碟戏称为“非典”似乎是蛮有趣又贴切的,因为飞碟毫无疑问地是一个能作非经典运动的“石头”。它的运动方式与经典力学是完全不同的。在经典力学中,一个物体的运动与该物体的质量有关;在地球上,一个物体从地面垂直上升,必需有一个大于该物体质量的反作用力,以克服地球引力。而非经典运动的物体,其运动与该物体的质量无关;一个“非典”垂直上升,只需利用一个计算机软件的设定、将计算结果导入控制系统,并通过特定电磁作用的变化来修改自己的时间。因此,非经典运动方式所消耗的能量与经典运动方式相比是微乎其微的。
由于“非典”的运动与其自身的质量无关,所以它能在空间高速飞行时突然停止而没有滑行距离;可以从静止状态下突然快速飞行而不需要加速;可以直角转弯、垂直升降;并且,不论一个“非典”有多么巨大,也丝毫不受天体引力的影响。另外,“非典”也没有运动速度的极限,以在某一处消失,然后在另一处再现的方式,从地球到月球能一瞬间,从地球到另一个星系也能一瞬间,只不过是输给机器的数据不同而已。“非典”已经把经典力学彻底埋葬,它或许也是科学到达终点的标志。
5.5时间、能源与生命
早在十九世纪,人们就从热力学第二定律中了解到,热量总是自发地从热处流向冷处。在一个封闭系统中,热物体的温度会下降,而冷物体温度则会升高,最后它们会达到相同的温度,不再会有热交换,这种稳定状态称为热动平衡。热力学家提出了一个称为“熵”的物理量,冷热不同的物体朝着热动平衡变化时,熵便不断增加,一旦热动平衡建立了,熵值就不再增加,它代表最大熵状态。
将热力学第二定律推广应用到整个宇宙的“热寂说”认为,在整个宇宙中,热量不断地从高温转向低温,最终直至一个时刻不再有温差,宇宙总熵值达到极大,这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移,宇宙处于死寂的永恒状态。“热寂说”一经提出,即在科学界及哲学界引起了轩然大波,也曾令不少学者对世界遥远的未来感到悲观。
1871年,电磁理论的奠基者麦克斯韦为诘难“热寂说”、说明违反热力学第二定律的可能性而提出了一个有趣的假设。麦克斯韦似乎意识到,在自然界可能存在着与熵增加过程相对抗的能量控制机制,但他又无法清晰地说明这种机制,于是,他假想了一个能探测并控制单个分子运动的精灵。由于气体分子总是在不停地作随机热运动,这个精灵可以让热运动速度较快的分子进入到一个容器中而让运动较慢的分子进入到另外的一个容器中。如果不断地重复这一过程,那么这两个容器间的温度差可以持续增加,从而就破坏了热力学第二定律。当时的物理学家们称这个精灵为“麦克斯韦妖(Maxwell’s Demon)”。
麦克斯韦认为,在这个物理模型里,精灵能够控制分子的进出,整个过程中使用的能量就是识别“分子是热的还是冷的”这一信息。也就是说通过信息方法可以获得额外能量。麦克斯韦妖假设提出后,就一直困扰着物理学界,它明显违背了热力学第二定律。
过去,在经典物理的模式下,人们认为星际旅行难以实现,一个重要的考虑就是我们关于能源与能量的知识不支持这一类想法。而时间机器的本质是量子场论的产物,其理论框架是建立在相讨论与量子论的基础之上的。它完全颠覆了我们传统的习惯性思维。
时间旅行当然需要使用时间机器,而时间机器并非只能用于时间旅行。时间机器的非经典运动方式,不仅能给我们的旅行带来革命性的变化,还能给我们带来种种意想不到的收获。
改变一个运动物体的时间,可以得到非经典运动。如果我们改变一个物体在氧化过程中的时间,或改变一放射性物质的核衰变过程的时间,结果又会怎样呢?假设A为一根核燃料棒,经过时间xt后,能量消耗殆尽,成为核废料B。如果将B放在时间机器内,让时间倒流,改变燃料棒的时间信息,使其中的粒子从tn时刻的粒子态,返回到to时刻的粒子态,那么这个核燃料棒就重新获得了能量,又成为一个新的A。有了时间机器,这根燃料棒就可以无限循环地使用。
修改燃料棒的粒子态,改变其量子信息所消耗的能量,相对于核燃料棒所获得的能量而言是微乎其微的。这也是一种通过信息处理的方式获得额外的能量的方法,与麦克斯韦妖的区别只是处理的内容不同。
时间机器还能让所有类型的电池都成为象核燃料棒一样无限循环使用的“充电电池”,并且充电时间只在瞬间完成。只要我们真的有了时间机器,那我们人类世界就彻底摆脱了能源危机。
最令人惊异的是,利用时间机器将时间的逆过程用于生命体,使一个尸体也能复活过来。能让生命也象核燃料棒一样,一次次轮回、无限地循环。时间信息修改技术可使穿越者一次又一次地体验生命中最有活力、最富激情的岁月。