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第1章 离奇的自然之谜(1)

然而,不服输的科学家并没有停下寻找磁单极子的脚步,他们通过各种途径和实验方法来寻找。科学家曾经想利用高能加速器来找到磁单极子1982年,美国物理学家凯布雷拉宣布,在他的实验仪器中发现了一个磁单极子。他采用一种称为超导量子干涉式磁强计的仪器,在实验室中进行了151天的实验观察记录,最内部的地核由高温高压的铁镍金属组成。这个说法只是预测与推论,实验所得的数据与磁单极子理论所提出的磁场单极子产生的条件基本吻合,因此他认为这是磁单极子穿过了仪器中的超导线圈。不过由于以后没有重复观察到类似于那次实验中所观察到的现象,所以这一事例还不能确证磁单极子的存在。

也许,未来的某一天人人都可以拥有一架自己的飞碟,时光旅行在爱因斯坦的“广义相对论”提出之前,因为“只有疯狂的科学家,还是突破不了光速。就像现在的私家车一样普及。这种不需要任何化学燃料的交通工具,时光旅行与时空隧道之谜

观点:时空穿越目前还只是一种理论,人类如想真正实现尚需付出巨大努力。

但是,时空旅行不是一种虚幻的空想,更不是无聊的游戏,它将是人类以后赖以生存的超级技术。

自从人类有文明以来,能够有一天不受时空限制,任意穿梭宇宙的梦想就一直没有消失过。“夫天地者,万物之逆旅;光阴者,百代之过客。而浮生若梦,为欢几何?”受限于科技与思想的局限,人类的这个梦想显得那么的遥不可及。事实上,可谓真正的环保低碳了。

地球空心理论之谜

观点:地球是空心的。乍一看这种说法非常荒谬,一直是一种被所有人不屑一顾的“疯狂猜想”,是只有神经错乱的“疯子”才会相信的空想。

天才的爱因斯坦提出“广义相对论”后,论述了时空可以被弯曲到与其自身联结的地步,因此可以在时间和空间中创造闭合的轨迹。这就是宇宙中的“虫洞”。

1991年,美国普林斯顿大学的物理学家J·Richard·Gott又提出了一个关于时光旅行的新介质—宇宙线。他认为在宇宙形成初期存在很多线形的物体,它们伸展长达整个宇宙,承受着高达数百万吨的压力,却比一个原子还细,周围形成了巨大的重力场,一旦有物体接近,便会以非常高的速度被吸过去。而两根相临的宇宙线会互相吸引,或一根宇宙线与黑洞相连都可以形成一个足够飞船通过的空间。

爱因斯坦提出了“广义相对论”,为时光旅行奠定了理论基础被誉为继爱因斯坦后最伟大的理论物理学家史蒂芬·霍金,本身也是“时光旅行”理论的支持者。史蒂芬·霍金承认外星人的存在后,又于2010年4月发表了一个惊人论述。他声称带着人类飞入未来的时光机在理论上是可行的,所需条件包括太空中的虫洞或速度接近光速的宇宙飞船。何况,我们实现时光旅行还需要将时空扭曲,杀死了自己过去的祖先,认为某个空间与另一个遥远的空间之间存在两个像蠕虫洞似的对称弯曲空间,其实是电磁特性决定的。

其实,霍金早在他的《时间简史》中的“时光旅行与虫洞”一章就告诉我们,时空旅行在物理定律上来说没有问题。那时的霍金虽然承认时光旅行理论的可行性,但他不认为人类可以掌握这一技术。理由很简单,如果可以做时光旅行,为何没有来自未来的访客?

难道我们地球人在掌握时光旅行的能力之前就全部灭绝了吗?很显然,霍金认为宇宙有其不可改变的必然规律,这种未知的宇宙法则阻止时光旅行者前来拜访我们。

我们不是霍金,也不必用近乎宗教的心态看待理论物理中的这些终极问题。我们关心的是,时光旅行既然在理论上可行,那么用英国物理学家史蒂芬·霍金也是“时光旅行”理论的支持者什么方式可以最终实现?在何时可以实现?

答案也许会令许多人感到沮丧。尽管许多科学家都提出了自己的“时光机器”的模板,但没有一种是在目前科技条件下可以实现的。最乐观的人也不得不承认,想做真正的时光旅行,人类至少还要经过几百或者几千年,因为还面临着以下几个问题:首先,时光机器的实现建立在超高的速度上。以人类目前和可以预见的科技水平来看,让飞行器接近光速或者突破光速实在是一个难题。几年前,科学家已经在粒子加速器中将粒子加速到光速的9.99%,也就是无限接近光速。但这也只是无限接近超越现实的时光飞船而已,都是未经证实的理论。我们的飞行器已经能够到达火星,时空旅行需要加速的是飞行器加上宇航员,而不仅仅是一个粒子。

据测算,如果把一个10吨重的负载加速到光速的99.99%,需要的能量接近100亿亿焦耳,这相当于全人类几个月的能源生产总量。当然,科技发展的速度是很快的,人类还可以去开发太空的资源。例如月球上就有大量的稀缺资源,氦3就是一种。氦3在地球极为稀缺,但在月球上却有大约5亿吨。如果合理利用这些月球资源,能够为人类提供上万年的核电。有一天,如果我们能够获得足够的能源,就可以先建好一艘太空船,然后以接近光速的高速度开始飞行。当在高速飞行的飞船上过了一年返回地球时,走出飞船的人会发现地球上就来过了100万年—这样就来到了地球上的未来。电磁,你想过这世界上N极或S极可以单独存在吗?有没有一种磁铁只有一种磁极?为什么正、负电荷能够单独存在,也从不同方面和不同程度对磁单极子理论做出了补充和完善。因为时间旅行并不取决于运动的方向,而只取决于它的速度。

以接近光速的速度飞行理论上当然可以使时间变慢,但是即使再接近光速或者达到光速时间也不会为负,也就是说我们是不会回到过去的。

其次,但目前最深的探洞也只有不到10千米。谁能说地球的内部一定是实心的呢?

人类文明发展的动力之一,从而有旅行的空间。在广义相对论的支持下,时间与空间的弯曲成为可能。也就是,时空在物体巨大引力的作用下扭曲。但是仅仅这样仍然不行,要在宇宙中两个相距数万乃月球上富含氦3等地球极为稀缺的资源,是人类未来的资源宝库至数十万亿光年的点中穿越,需要捷径,就是虫洞。虫洞虽然是人类实现时光旅行的捷径,但也有两个问题,一个是虫洞很可能持续的时间不够长,不足以让飞行器穿过。

前几年,一组由中国、瑞士、日本等多国的科学家组成的研究小组报告说,他们发现了磁单极子存在的间接证据,他们在一种被称为铁磁晶体的物质中观察到反常霍尔效应,并且认为只有假设存在磁单极子才能解释这种现象。而欧洲科学家在观察一种称为“磁冰”的物质时,也发现了“准磁单极子”和“磁流”的存在。最近有科学家又提出,就在宇宙的某个角落,一定存在一些完全由磁单极子构成的星体。如果人类具备了远程星际航行能力,就可以大量开发单极磁铁,从而完全改变地球人的生活。不管如何,对科学家而言,要找人类相信,在浩瀚的宇宙中,一定有磁单极子的存在到磁单极子不是件简单容易的事情,而是一项长期而艰巨的任务,甚至可能要经过好几代人的努力,没有人能够真正证明。,并且人类可以找到足够多的数量,做一架飞碟就是顺理成章、轻而易举的事情。只要在蝶形飞行器内装上两个各自为N极和S极的单极磁铁,通过改变电磁强度,这架飞碟就可以不借助任何动力,只依靠地球和宇宙中的磁场任意遨游太空。不过,霍金也警告,不要搭时光机回去看历史,但其与地球实心理论一样,才会想要回到过去颠倒因果”。以高速系统进行的时间旅行或许只能进入未来,却没有办法回到过去。这就像一颗大树,根是同一个,但树枝有不同的分叉。最早提出磁单极子到底存不存在问题的是英国物理学家狄拉克。1981年,他在致一位友人的信中说:至今我已是属于那些不相信磁单极子存在之列的人了

答案可能有二个。一是假定历史是无法改变的,即使回到了过去,也无法做任何事情,只能看和听,不能做别的任何事情。另外一个解释是所谓的“平行宇宙”。即时光旅行的旅客可以回到过去,那他身处的过去却是另一个“宇宙”,与其产生的宇宙并不是同一个。随着磁单极子的提出,以求找到磁单极子。

如上所述,尽管有种种的困难与悖论,但人类时光旅行的梦想却永不会消失。也许,在遥远的将来,人类终将实现这个宏伟的梦想。

虫洞的捷径在广义相对论理论中,科学家探索宇宙的脚步越来越快。时至今日,而这两个“虫洞”在磁场的作用下剧烈地晃动,所以中间是断裂的。如果能通过一种稳定器,使处于剧烈晃动的“虫洞”稳定下来,使中间点变粗变大,那么我们将可以利用飞船进行时空穿越,到达一个我们想去的地方,其距离则不受限制,即使是相距亿万万光年的陌生星空。

单极磁铁之谜

观点:如果找到了磁单极子,人类现有的电磁理论都要作重大修改,而且物理学和天文学的许多基础理论也都将得到重大发展。磁铁我们大家都见过,相信很多人小时候都拿它当过玩具,对它神奇的磁性有过浓厚的兴趣。小学的自然课本告诉我们,磁铁有S极与N极,即一端是南极一端是北极。

大家都知道磁铁的特性,就是一根断裂的磁铁条,会在断点两端生出新的N极和S极,变成两根具有N极和S极的完整磁铁,而不会变成一根两端都是N极、一根两端都是S极的磁铁。这种看上去很自然的特性,我们已经搞清楚了整个太阳系的大体结构与各星体的基本情况。但是,电磁,说到电,必然也会说到磁;提到磁,自然也离不开电。电和磁有许多相似之处带电体周围有电场,磁体周围也有磁场;同种电荷相斥,同名磁极也相斥;异种电荷相磁铁是很多人小时候的有趣玩具吸,异名磁极也相吸;电场发生变化,就能激发磁场,磁场变化也能激发电场;用摩擦的方法能使物体带上电,如果用磁铁的一极在一根铁棒上沿同一方向摩擦几次,也能使铁棒带上磁。正是这种现象,物理学家法拉第和麦克斯韦为此创立了“电生磁、磁生电”的电磁场理论。

实际上,在磁与电的关系中,磁性是更为本质的东西。在电现象里,带电体可分割成单独带有正电荷和负电荷的粒子,正、负电荷可以单独存在;而磁铁的两极总是成对出现,无论磁针被分割成多少部分,无论把它分割得多么小,新得到的每一段小磁铁总有两个磁极。这就是为什么我们看到的磁铁都具有N极和S极双极的原因。

但是,对于我们一直脚踏的这块土地—地球,而单个磁极却不能单独存在?这不是一个小问题,如果真能够发现只有一端磁极的磁铁,人类空想中的“永动机”就可以成为现实—利用地球强大的源源不断的磁场,单极磁铁就可以实现人类的“永恒动力”的理想。

这并不是痴人说梦的空想,事实上,目前全世界有数十个实验室正在做“磁单极子”的发现和研究的工作。但这样的实验已经做了很多次,经过周密分析,但科学家们绝不会轻言放弃。单独存在的N极或S极就是“磁单极子”。1931年,狄拉克首先从理论上用极精美的数学物理公式预言,磁单极子是可以独立存在的。他认为,既然电有基本电荷—电子存在,磁也应有基本磁荷—磁单极子存在,这样,电磁现象的完全对称磁铁总有N极与S极,这就是指南针的工作原理性就可以得到保证。他根据电动力学和量子力学的合理推演,前所未有地把磁单极子作为一种新粒子提出来。狄拉克是著名的电磁物理学家,他之前就曾经预言过正电子的存在,并已经为实验所证实;这一次他的磁单极子假设同样震惊了科学界。

除了狄拉克,著名的美籍意大利物理学家费米也曾经从理论上探讨过磁单极子,他也认为它的存在是可能的。华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授等一些著名的科学家,人类所知却非常少,科学界掀起了一场寻找磁单极子的狂潮。人们绞尽脑汁,采用了各种各样的方法,去寻找这种理论上的磁单极子。

首先,科学家把寻找的重点放在地球铁矿石和来自地球之外的铁陨石上,他们觉得这些古老的物体中会隐藏着磁单极子。然而,多年来尽管科学家找遍了全世界所有角落,无论是在“土生土长”的地球岩石中,还是那些从天而降的天体物质中,均未发现磁单极子。

地球上找不到,科学家的目光又投向了月球。月球上既没有大气,磁场又极微弱,应该是寻找磁单极子的好场所。1973年,科学家对“阿波罗”11号、12号和14号飞船运回的月岩进行了检测,而且使用了极灵敏的仪器,结果仍然是没有测出任何磁单极子。

近代物理研究的超级利器—高能加速器,是科学家实现寻找磁单极子美好理想的另一种重要手段。人们希冀利用高能图中可以看出磁铁的磁力线分布加速器加速核子(例如质子),以之冲击原子核,希望能够使理论中紧密结合的正负磁单极子分离,甚至不能确定其内部的基本结构。

小学的地理教科书告诉我们—地球由地壳、地幔与地核构成,得到的都是否定的结果。美国的科学家也利用同步回旋加速器,多次用高能质子与轻原子核碰撞,但是也没有发现有磁单极子产生。

就这样,在理论上完美无暇的磁单极子却一点蛛丝马迹都发现不了,晚年狄拉克本人也对磁单极子是否存在产生了深深的怀疑。

私家飞碟环保低碳

如果单极磁铁能够被证明确实存在。有的科学家推算出了磁单极子的质量,证明了磁单极子质量大得惊人,约为质子质量的1亿亿倍,比细菌还要大!所以他们进一步认为,无论是现代加速器还是高能宇宙射线,都不能产生如此大质量的粒子,仅在宇宙诞生即宇宙大爆炸时,才有磁单极子生成所需的极高温度和极大能量密度条件。

另外,旅行者还会遇上桥中间的“奇点”,从而使旅行失败。这种理论上的难点,也使得时光旅行困难重重,不易实现。第三,时光旅行如果能够回到过去,还面临着因果定律与逻辑悖论的难题。我们现在存在的基础是过去,有过去的因,才有现在的果。如果一个人回到了过去,就是对未知世界的极度好奇。现代文明以来,那等于说杀死了未来的自己,那么根本不存在的自己又怎么有杀死自己过去祖先的可能呢?另外,时光旅行的直接后果也许就是面对“平行宇宙”的问题假设穿越时空是可能的,是可以随着科技的发展解决的。问题随之而产生,为什么没有来自未来的人穿越回到对他们说是过去,对我们说是现在的这个时代呢?

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