时间旅行不是梦,哥德尔的旋转宇宙

发布时间:2017-11-01 22:14:00 来源:49363网 作者:佚名

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有人设计和制造,只不过是偶然间各种材料凑巧碰在一起而形成的。哈雷说,无论如何必定有人造它,并且是位天才。

  这时牛顿拍着哈雷肩膀说:“这个模型虽然精巧,但比起真正太阳系,实在算不上什么;你尚且相信一定有人制造它,难道比这个模型精巧亿万倍的太阳系,岂不是应该有全能的神,用高度智慧创造出来的吗?”

时间旅行不是梦,哥德尔的旋转宇宙

  牛顿的三大定律,描述了宇宙发展变化的规律及其原因。可以这样说,牛顿对“动”起来之后的世界的解释是清晰明了的,但对宇宙是如何“动”起来的是无法解释的。世间万物,日月星辰,为什么会按照一定的规律运动,这“最初的一击”是从何而来的?沿着这里思路推理下去,最终牛顿把这个“最初的一击”归结为上帝。由于受时代的限制,牛顿基本上是机械唯物主义者

  他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化,宇宙和太阳一样是没有发展变化的。晚年的牛顿随着科学声誉,政治地位的提升,他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,牛顿与著名科学家如胡克在力学领域、与莱布尼兹在微积分领域都发生了优先权的纠纷,他们纷纷指责牛顿进行了剽窃。

  牛顿担任英国皇家学会会长的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,提出了“神的第一推动力”的理论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。

  而对于物理学与信仰之间的联系,很显然爱因斯坦看的更高。来源于《爱因斯坦文集》第一卷里的《宗教与科学》一文里,爱因斯坦试图揭示宇宙科学、宗教、与人之间的关系。爱因斯坦把宗教分为三个阶段:恐惧宗教、道德宗教和宇宙宗教。

  爱因斯坦认为,支配着宗教思想和宗教经验生长的是各式各样的情感。在原始人的心里,引起宗教观念的最主要的是恐惧——对饥饿、野兽、疾病和死亡的恐惧。在人类生活的这一阶段,对因果关系通常并不怎么理解,于是人们就在心里造出一些多少可以同他们自己相类似的虚幻东西,以为那些使人恐惧的事情都取决于它们的意志和行动。人们为了求得它们的恩宠,于是便按照代代相传的传统,通过一些行为和祭献,以邀宠于它们,或者使它们对人有好感。爱因斯坦在这个意义上称其为“恐惧宗教”。

时间旅行不是梦,哥德尔的旋转宇宙

  社会冲动是形成宗教的另一个源泉。父亲、母亲和范围更大的人类集体的领袖都不免要死和犯错误。求得引导、慈爱和扶助的愿望形成了社会的或者道德的上帝概念。就是这个上帝,他保护人、支配人、奖励人和惩罚人;上帝按照信仰者的眼光所及的范围来爱护和抚育部族的生命,或者人类的生命,或者甚至是生命本身;他是人在悲痛和愿望不能满足时的安慰者;他又是死者灵魂的保护者。爱因斯坦指出,这就是社会的或道德的上帝概念。

  爱因斯坦认为犹太经典说明了从恐怖宗教到道德宗教的发展,而东方人的宗教主要都是道德宗教,从恐怖宗教到道德宗是民族生活的一大进步。文明人的宗教纯粹以道德为基础,实际上,一切宗教都是这两种类型不同程度的混合,随着社会发展道德宗教愈占优势。所有类型的宗教共有的,都是上帝概念拟人化的特征。

  爱因斯坦认为所有人在经历宗教的第三个阶段就是宇宙宗教感情,人们要求把宇宙作为单一有意义的整体来体现。宇宙宗教感情的开端早已出现在早期的历史发展阶段中,比如在大卫的许多《诗篇》中,以及在某些犹太教的先知那里。佛教所包含的这种成分还要强烈得多。

  爱因斯坦说:“我认为宇宙宗教感情是科学研究的最强有力、最高尚的动机。只有那些做了巨大努力,尤其是表现出可以热忱献身,要是没有这种热忱,就不能在理论科学的开辟性工作中取得成就的人,才会理解这样一种感情的力量,惟有这种力量才能做出那些确实是远离直接现实生活的工作。”爱因斯坦看到,为了清理出天体力学的原理,开普勒和牛顿,花费了多年寂寞的劳动,他们对宇宙的合理性——而它只不过是那个显示在这世界上的理性的一点微弱反映——的信念该是多么深挚,他们要了解它的愿望又该是多么热切。只有献身于同样目的的人,才能深切的体会到究竟是什么在鼓舞着这些人,并且给他们以力量,使他们不顾无尽的挫折而坚定不移地忠诚于他们志向的。给人以这种力量的,正是宇宙宗教感情。

  斯特恩(A. Stern)在1945年发表的一篇访问记中这样写道:只要爱因斯坦的非凡的心灵还活着,它就不会停止对宇宙秘密的沉思。他自己的哲学,他称之为“宇宙宗教”,鼓舞他始终忠诚于他的事业:探索“自然界里和思维世界里所显示出来的崇高庄严和不可思议的秩序。林斯顿大学出版社于1954年出版的Al-bert Einstein: The Human Side《人道这边》一书:“未来之宗教,乃关乎整个宇宙之宗教。其所尊崇之‘神’将超越人格化之上帝,其教理之圆融,将胜过世间任何之教条,乃至神学。不外乎‘物质’和‘精神’两方面,其教理之基础,乃源于对所有——由‘精神’或‘物质’,或‘精神与物质之不思议结合体(有情众生)’所产生之一切现象和事实之概括与总结。佛教对此有相关论述。假如世间还有一种宗教,能与现代科学研究之需求而相适应,此一宗教,非佛教莫属也。”

时间旅行不是梦,哥德尔的旋转宇宙

  哥德尔的旋转宇宙

  爱因斯坦年老后喜欢告诉人们说:“他去办公室上班,只是为了获得能和库尔特·哥德尔一起步行回家的荣幸”。

  库尔特·哥德尔(Kurt Godel)(1906年4月28日—1978年1月14日)是位著名的数学家、是继亚里士多德后最重要的逻辑学家,他也是一个善于思考的哲学家。其最杰出的贡献是哥德尔不完全性定理和连续统假设的相对协调性证明。不完全性定理指出:即使把初等数论形式化之后,在这个形式的演绎系统中也总可以找出一个合理的命题来,在该系统中既无法证明它为真,也无法证明它为假。连续统假设的研究中他得到了选择公理的相容性证明,证明了(广义)连续统假设的相容性定理。他的工作对公理集合论有重要的影响,而且直接导致了集合和序数上的递归论的产生。不完全性定理彻底粉碎了希尔伯特的形式主义理想。

  1906年,哥德尔出生在奥匈帝国的布尔诺。1924年,哥德尔进入维也纳大学学习物理学,但很快又被数学吸引住了。因为他的教授欣赏,他很快被邀请加入了鼎鼎大名的研讨小组“维也纳学派”(the Vienna Circle)。他们在咖啡馆讨论哲学、逻辑学和科学问题,其中经常参加活动的有路德维希·维特根斯坦、伯特兰·罗素和卡尔·波普尔。但哥德尔是却思索与众不同,他是唯一不相信经验是知识的唯一来源的人,也不相信数理逻辑是解决哲学问题的唯一工具。

  哥德尔热衷于用数理逻辑的方法来分析哲学问题,认为健全的哲学思想和成功的科学研究密切相关。他在1967年致华裔数学家王浩的信中,自称为“客观主义”,并说他的客观主义观点对于他的逻辑研究来说是根本的。哥德尔是个要求严格的人。因此,他很多的想法在生前都没有正式发表甚至记录,需要逝世后从其手稿找出。

  在普林斯顿时,哥德尔和爱因斯坦成了很好的朋友。后人常将他们比较,哥德尔和爱因斯坦都在自己的领域有极为重大的贡献,他们都很聪明,都有好奇心,且十分直率,但是哥德尔后期患上了严重的精神疾病。虽然哥德尔不是犹太人,但为了逃避自己祖国日益猖獗的法西斯势力,辗转波折,后来定居美国。因为相似的经历及文化背景,1942年,哥德尔成了爱因斯坦的亲密伙伴,两个人都能讲德语,都对哲学表现出了浓厚的兴趣。他听从爱因斯坦的建议,加入到了相对论的研究工作中,寻找新的爱因斯坦方程组的解。1947年,哥德尔发现了爱因斯坦引力场方程的神秘解,这个让爱因斯坦及学术界大吃一惊的结果,就是宇宙是一个不断旋转的整体宇宙!

时间旅行不是梦,哥德尔的旋转宇宙

  哥德尔宇宙存在三个不同的特点:

  第一,哥德尔的旋转宇宙模型是一个不膨胀的宇宙,所有的物质都绕着一个对称轴匀速转动。一种整体旋转式的时空,光线在其中以螺旋态移动。

  第二,在哥德尔宇宙模型里,爱因斯坦宇宙学常数是小于零的负数,因此产生的是引力,和物质的引力一起抵消了转动产生的离心力。

  第三,哥德尔的旋转宇宙允许时间旅行。哥德尔证明,时空中的一些路径形成了闭合的回路。旋转宇宙的外部“线速度”比内部要快,因此这里就存在一个逻辑上的半径,可以满足运行速度超过光速。

  包括爱因斯坦的大多数人都认为哥德尔的旋转宇宙应该违背了其他的物理定律,并且会导致科幻电影里经常演到的逻辑悖论(例如,杀死婴儿时期的自己)。但有研究证明爱因斯坦的理论是允许时间旅行的,而且不与任何已知的自然法则相矛盾。起初,一些著名物理学家质疑哥德尔的宇宙允许时间旅行,但实际上他们是把这些时间旅行的历史特性理解错了,最终哥德尔的推导被证明是正确的。

  依据哥德尔宇宙(整体旋转宇宙)我们似乎可以“超光速”旅行,我们现实中的宇宙可以想象为在大质量天体周围围绕着“看不见的曲线”。当处于“旋转宇宙”中时,物体运动可沿着一条“封闭类时曲线”运行,它可描述伪黎曼流形中粒子在时空中运动的世界线(四维时空中的轨迹)。曲线定义下的粒子可通过时间循环而回到原来的空间中,当然“封闭类时曲线”并不是一种时间机器,它不能带你回到过去,但如果沿着这条奇异的路径,你将会前往未来的时空,然后再回到原点,恢复原来的时空状态,这就有点儿像你突然发现自己回到了十年前。

  在这个宇宙时空里,宇宙的旋转可以带动边缘的光线沿着封闭曲线运动。这与我们宇宙中的黑洞旋转类似,黑洞的引力拖动了周围时空的旋转,形成一个旋转的球体,科学家迈克尔·布塞认为我们期待类似的效应出现于其他时空区域,也可能存在于我们的宇宙中。要想在哥德尔的宇宙中进行时间旅行,就必须接近光速,并且要求物质以一种不同寻常的方式分布其中。

  无论是霍金,还是爱因斯坦、哥德尔等总是最后都回归到了哲学。因为哲学逻辑的辩证能从更深层次的角度定义物理世界的深度,物体的因果关系(物理定律)是宇宙最深的奥秘,而数学方程也可能存在因果关系失效的地方。虽然哥德尔的发现实际上并不能描述我们的膨胀宇宙,但它给我们带来了新的发现,爱因斯坦的方程组中可能还隐藏了更多类似的奇妙事物。现在看来,宇宙可能有一些特殊的总体性质,从局部是看不出来的。只是因为时间和空间在太阳系中看来很正常,并不代表它们不会在整个宇宙的尺寸上以奇怪的方式纠缠在一起。尽管局部性质完全正常。哥德尔的宇宙表明,宇宙的旋转以一种极端的方式扭曲了空间,以至于把时间都闭合了。哥德尔证明,这样的宇宙满足爱因斯坦场方程,但不满足牛顿引力。

  在哥德尔的一些笔记中,他好像觉得用时间循环来证明永生的可能性是件相当有趣的事情。指引哥德尔发现旋转宇宙模型的是他的一个信念,他想证明时间的流逝并不是客观的:关于时间并没有绝对的标准。他的宇宙很古怪,因为从其中的每一点看,宇宙都是一样的(只有匀速转动,没有膨胀),但是没有额外的标准可用以衡量旋转的速率(因为他的理论中的宇宙只有一个,不存在“宇宙外部”)

  有人认为现实证据表明,我们的宇宙不是哥德尔的宇宙。首先,这是一个膨胀的宇宙,如果宇宙旋转的话,它的膨胀速度就会变得特别慢,这会导致微波背景辐射从四面八方传来,其密度会随不同的方向而变化。宇宙的旋转也会扭曲微波背景辐射的温度谱形状,使得它沿着自转轴的方向最热,垂直于自转轴的方向最冷。其次,在哥德尔宇宙中宇宙学常数是负的,而我们观测到的宇宙学常数却是正的。因此我们所生活的宇宙显然不是哥德尔宇宙。定量的计算还表明,即便我们真的生活在一个哥德尔宇宙中,也很难实现时间旅行,因为沿哥德尔宇宙中的闭合类时曲线运行一周所需的时间与宇宙的物质密度有关,对于我们所观测到的密度而言,沿闭合类时曲线运行一周起码需要几百亿年的时间。因此哥德尔宇宙对于时间旅行并无现实意义。

  哥德尔是一个杰出的的数学家,动摇了数学大厦的基础,他并不是不懂物理学,他知道这确实不是物理学的主流。哥德尔小心地计算出,进行循环式时间旅行需要的速度大小,并花了许多时间用来收集天空中星系分布的数据,因为他相信宇宙在旋转,他希望科学家能够观察到旋转宇宙的证据。后来哥德尔就再也没有发表关于宇宙学的研究,他的注意力转向了逻辑学和哲学中最最艰涩的问题。

  关于哥德尔的旋转宇宙,是在此书已经完成后,2013年2月7日发现一篇《德国科学家模拟旋转宇宙中的“时间旅行”》文章后才了解到的。原来早在上世纪五十年代之前,哥德尔就通过爱因斯坦本身的公式对宇宙做出了新的解释,提出了旋转宇宙模型理念。圆转聚合的宇宙模型是我本人独立思考后单独提出的,此前并不知道哥德尔及其宇宙模型。在本书里,聚合旋转宇宙模型是此书的核心。对比本书提出的旋转宇宙模型与哥德尔的宇宙模型。虽然存在相似性,但是还存在很多本质的问题。

  这体现在几个方面:

  1. 本书提出的旋转宇宙模型属于一个更大的宇宙模型,我们的本体137亿光年的宇宙只是这个宇宙的很小一部分。

  2. 关于万物的诞生本书提出了三个核心既:足够大的自我旋转的宇宙,足够多的宇宙“无”元素,多层聚合运动三个核心概念,这三个概念是万物形成的核心。

  3. 本书否定了万有引力的方向,并指出了万有引力的局限性。

  4. 物质粒子与力的关系本身提出了力弦粒子模型。

  5. 本身提出了回归三维空间,时间只是粒子的一种表现,不同层级宇宙里,粒子时间表现不同。当然除了这几种区别之外,还有其他很多不同点。

  此书名字之所以叫第三种宇宙猜想,是因为在这里单独提出了一个超越当前主流理论的新宇宙模型——圆转聚合的宇宙模型,此书提出的核心理论是继宇宙大爆炸,弦理论之外的第三种理论,所以名字叫第三种宇宙,书名符合了本书的核心主题。

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