穿躍時空是一個科學術語。
基本介紹
- 中文名：穿躍時空
- 外文名：travel through space-time
前言,定義概念,相關人物,
前言
在廣義相對論中，由於時間和空間在公式中表達的方式，使實際談論時間的創生成為可能。麻煩的是，在經典理論中，當空間和時間“開始形成”時，實在的點本身是數學中的奇點，數學失效了，所以它不能給你一個創生論。你在傳統的宇宙論中所能說的是，存在許多不同的可能宇宙，它們所有都和愛因斯坦方程式相符合。我們恰巧在這個宇宙中生活的事實，毋寧說純粹是出於偶然。你不能賦予任何理由——甚至在原則上也不能。你所能說的一切是條件陳述：假定宇宙在這一時刻處在這個狀態，則它在以後的時刻將處於那個狀態。它是條件性類型的演化。
然而，當你談到虛時間，就有一個奇怪的可能性，也就是“現在”不一定要有一連串的過去時刻。如果我們從現在這一時刻往過去回溯，在很長的時間內一切都完全正常地進行，甚至在虛時間中也是如此。只要你使用這個唯象的時間，看起來就像你在通常時間裡回溯過去。
但是隨著你往以前退去，越來越接近傳統的實時間圖像中變成原點之處，你就發現時間的性質在改變，復的或虛的變得越來越有份量。最後，在經典理論中應該是奇點的東西被抹平了，你就得到這張漂亮的圖畫，這些碗狀的宇宙創生圖像。那裡沒有起點，只是某種光滑的形狀。
哈特爾和霍金所發現的是，如果你假設，宇宙在虛時間裡的過去歷史圖像是所有可能的、恰好和我們現在時刻宇宙相符的這類形狀、而你多多少少用傳統量子力學方式來解釋之，至少在原則上你會得到整個宇宙唯一的波函式。
這樣，你就得到了這個沒有過去的美妙圖畫，宇宙根本不從任何東西產生出來。因為它是一個自洽的數學結構，所有你真正能說的是宇宙存在。和從某點創生宇宙的圖景不一樣，這宇宙沒有過去，因為沒有任何它在其中創生的東西。
在這些理論中，動詞過去時態的使用變成不恰當。當然，在人們相信實時間時就建立了時態。不幸的是，我們還沒有在虛時間中表示時態的語言形式。因此，在這層意義上，說“從無中創生”肯定是誤導的。它對於這個在預先存在的時間中忽然出現的宇宙圖像很合適，可是它並不是哈特爾——霍金態的貼切描述。
定義概念
為了預言宇宙是如何起始的，人們需要在時間開端處也能成立的定律。在實時間內只存在兩種可能性：或者時間往過去回溯直至無窮，或者時間在一個奇點處有一個開端。人們可以把實時間認為是從大爆炸起到大擠壓止的一根直線。但是，人們還可以考慮和實時間成直角的另一個時間方向。這叫做時間的虛方向。在時間的虛方向，不必要任何形成宇宙開端或終結的奇點。
在虛時間裡，沒有科學定律在該處失效的奇點，也沒有人們需要在該處乞求上帝的宇宙邊緣。宇宙既不創生也不毀滅結束。它就是存在。
也許虛時間才真正是真實的時間，而我們稱為實時間的僅是我們的想像。宇宙在實時間裡各有一個開端和終結。可是在虛時間裡，不存在奇點或邊界。因此，也許我們稱為的虛時間是真正更基本的，而我們叫做實時間的，只不過是我們發明的觀念，用來幫助自己描述我們認為的宇宙的樣子。
宇宙如何終結存在兩種基本理論。一種是開放宇宙的觀念，它會繼續演化，不會突然終止；事情僅僅是緩慢下來，並且按照熱力學第二定律到達熱死。另外一種是閉合宇宙的觀念，它會停止膨脹，而且會向自身坍縮回來，這有時被稱作大擠壓，像是大爆炸，只不過在時間上顛倒過來就是了。
虛時間中的詞“虛”不是指想像：它是指數學中非常古老的觀念，也就是虛數，譬如-1的平方根，理解這一點非常重要。對於一位給定的觀察者，空間和時間當然是可區分的：我們用尺來測量空間，用鐘錶測量時間。愛因斯坦和赫爾曼·閔可夫斯基在本世紀初指出，不同的觀察者的空間和時間概念，只不過是同一個統一的空間——時間觀念的不同方面。空間——時間是四維空間幾何，它有某些類空間的方向和某些類時間的方向。所以就一定意義上來講，在那裡空間和時間概念仍是可以區分的。
儘管那種觀念具有巨大威力，在統一這些概念方面仍然可以走得更遠些。如果你用虛數來測量時間方向，那你就得到了空間和時間之間的完全對稱，這在數學上是非常美妙和自然的觀念。無邊界構想就是利用這個數學的單純化，導致所有可能的宇宙的初始條件中的最簡單的理論。
但是，人們不應認為日常經驗中可以直接體驗到虛時間。它是一種用來表達物理方程式的美麗的數學觀念，同時在此情形下，它是一個解釋宇宙初始狀況的特殊構想。
霍金的奇性定理指出，愛因斯坦的廣義相對論和一定的觀測相結合，意味著宇宙在開端處必須有一個奇點。如果你向時間過去回溯，到達某一點就不能再過去了。我們通常將此視為時間的起點。
這擾亂了許多假定宇宙為無限古老的人。霍金的思想指出宇宙有一個開端，有人覺得，這符合創世紀所描述的宇宙在時間中創生；雖然其他神學家說，上帝創世並不見得就發生在我們的時間裡。
上帝也許可以創生一個無限宇宙，但是霍金的思想隱含著時間有一個開端。現在，我們當然知道，愛因斯坦理論在非常接近於那個開端處不能成立。所以我們知道，該理論本身在那裡失效。那就引起了這樣的可能性：即也許宇宙是無限古老的，或者也許是別的什麼樣子的。
現在許多人——包括我自己以及我認為連霍金都覺得時間概念本身在接近開端處失效，因此談論開端之前是什麼並沒有意義：在此之前是否有無限的時間呢？還是只有有限的時間？宇宙是否有一個時間上的絕對開端呢？由於時間觀念本身在這些極早的時刻並沒有多少意義，所以那些問題有些是沒有什麼意義的。我們能肯定的是，就我們所知，時間有一個開端，可是這開端有一個點，一旦超過那一點，我們標準的時間概念就失效。
在哈特爾——霍金的無邊界構想中，宇宙開端的方式是：時間的行為非常滑稽：在技術意義上時間是虛的。這樣時間沒有邊緣，你似乎有一個地球的表面。譬如說你從北極出發，沿著經線往外走。這些經線的確從北極散開，北極是完全規則的。
這就是霍金的宇宙圖像：這個虛時間既沒有開端也沒有終結。它沒有必要永遠前進。它是有限的，如同地球只有有限的面積一樣。在地球上不可能永遠繼續向北走下去。由於你可以走到最北的一點，在某種意義上，你會走到盡頭。但在另一種意義上，在那裡並沒有真正的終點。
例如，我在一張紙上畫了兩條線。這條直線有兩個端點：如果我想像時間以那種方式前進的話，則你可把這一個端點稱為起點，那一個端點稱為終點。如果時間沿相反方向前進，則情況就變相反，這一個端點稱為終點，那一個端點稱為起點。你可將此當成宇宙的一個模型，一個具有開端和終結的宇宙。
這個圓圈表示另一個宇宙。當時間前進時，在某種意義上存在一個最早的時刻；可是如果你沿著這圓圈的線，該線沒有終點，它只是不斷圍繞著。
我認為宇宙的情形是類似的。在霍金的舊模型中，宇宙具有一個開端，也許還有一個終結。新模型更像這沒有開端和終結的圓圈。在某種意義上它有個最左的端點；這樣你能說有某種像是最早時刻和最晚時刻的東西。但是，就更技術性的意義來說，既不存在開端也不存在終結。
