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第26章

然而,人们对于黑洞辐射的机制可有不同的却是等价的图像。人们可以把虚对中的那个落入黑洞的成员(譬如反粒子)看成从黑洞出来的在时间中往回运动的粒子。当它到达虚粒子反粒子对一道出现的那一点,它被引力场散射成从黑洞逃脱的在时间中向前运动的粒子。相反地,如果是虚对中的粒子成员落入黑洞,人们可以把它认为是从黑洞出来的在时间中往回运动的反粒子。这样,黑洞辐射表明,量子理论在微观尺度上允许在时间中的往回运动,而且这种时间旅行能产生可观测的效应。

因此产生这样的问题:量子理论在宏观尺度上允许人们可以利用的时间旅行吗?初看起来应该是可以的。费因曼历史求和的设想是指对所有的历史进行的。这样,它应包括被卷曲成允许旅行到过去的时空。那么,为什么我们并没有受到历史的骚扰?例如,假定有人回到过去,并把原子弹秘密提供给纳粹?

如果我称作时序防卫猜测成立的话,这些问题便可以避免。它是讲,物理学定律防止宏观物体将信息传递到过去。它正如宇宙监督猜测一样,还未被证明,但是有理由相信它是成立的。

相信时序防卫有效的原因是,当时空被卷曲得可以旅行到过去时,在时空中的闭圈上运动的虚粒子,在时间前进的方向以等于或者低于光速的速度运动时,就会变成实粒子。由于这些粒子可以任意多次地绕着圈子运动,它们通过路途中的每一点许多次。这样,它们的能量被一次又一次地计算,使能量密度变得非常大。这也许赋予时空以正的曲率,因而不允许旅行到过去。这些粒子引起正的还是负的曲率,或者由某种虚粒子产生的曲率是否被别种粒子产生的抵消,仍然不清楚。这样,时间旅行的可能性仍然未决。但是我不准备为之打赌,我的对手或许具有通晓未来的不公平的优势。

第十一章物理学的统一

正如在第一章中所解释的,一下子建立一个包括宇宙中每一件东西的完整的统一理论是非常困难的。取而代之,我们在寻求描述发生在有限范围的部分理论方面取得了进步。我们忽略了其他效应,或者将它们用一定的数字来近似。(例如,当我们用化学来计算原子间的相互作用时,可以不管原子核内部的结构。)然而,最终人们希望找到一个完整的、协调的、将所有这些部分理论当作它的近似的统一理论。在这理论中不需要选取特定的任意数值去符合事实。寻找这样的一个理论被称之为“物理学的统一”。爱因斯坦用他晚年的大部分时间去寻求一个统一理论,但是没有成功,因为尽管已有了引力和电磁力的部份理论,但关于核力还知道得非常少,所以时间还没成熟。并且,尽管他本人对量子力学的发展起过重要作用,但他拒绝相信它的真实性。看来,不确定性原理还是我们在其中生活的宇宙的一个基本特征。所以,一个成功的统一理论必须将这个原理合并进去。

正如我将描述的,由于我们对宇宙知道得这么多,现在找到这样的一个理论的前景似乎是好得多了。但是我们必须小心,不要过份自信——我们在过去有过错误的奢望!例如,在本世纪初,曾经以为每件东西都可以按照连续物质(诸如弹性和热导)的性质予以解释。原子结构和不确定性原理的发现使之彻底破产。然后又有一次,1928年物理学家、诺贝尔奖获得者马克斯·玻恩告诉一群来哥丁根大学的访问者:“据我们所知,物理学将在6个月之内结束。”他的信心是基于狄拉克新近发现的能够制约电子的方程。人们认为质子——这个当时仅知的另一种粒子——服从类似的方程,并且这是理论物理的终结。然而,中子和核力的发现对此又是当头一棒。讲到这些,在谨慎乐观的基础上,我仍然相信,我们可能已经接近于探索自然的终极定律的终点。

在前几章中,我描述了引力的部分理论即广义相对论和制约弱、强和电磁力的部分理论。这后三种理论可以合并成为所谓的大统一理论(gut)。这个理论并不令人非常满意,因为它没有包括引力,并且因为包含譬如不同粒子的相对质量等不能从理论预言,而必须人为选择以适合观测的一些量。要找到一个将引力和其他力相统一的理论,困难在于广义相对论是一个“经典”理论;也就是说,它没有将量子力学不确定性原理合并在里面。另一方面,其他的部分理论以非常基本的形式依赖于量子力学,所以第一步必须将广义相对论和量子力学结合在一起。正如我们已经看到的,这能产生一些显著的推论,例如黑洞不是黑的;宇宙没有任何奇点并且是完全自足的、没有边界的。

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