我们能让时间停滞吗?

作者: 带你飞的科学探索

来源: 新浪探索

发布日期: 2019-02-01

本文探讨了时间停滞的可能性,介绍了物理学中的时间膨胀现象,以及生物停滞技术在医疗和太空旅行中的应用。文章还讨论了科幻作品中的时间停滞概念,以及现实中的技术挑战和未来展望。

为了获得巨大的时间膨胀,你需要非常强大的引力场,比如黑洞。“停滞”是一种让物理和化学过程——以及生命过程——暂停的方式。它或许可以帮助我们拯救危重病人,或者使超长的太空旅行成为可能。美国诗人德尔莫尔·施瓦茨曾经写道:“时间就是燃烧我们的火焰。”我们出生,活着,然后死去。然而,在整个

人类历史中,我们一直着迷于寻找跨越时间的可能性,从《睡美人》的童话故事到科幻小说中的“停滞场”和“生命暂停”。1971年,美国物理学家约瑟夫·哈菲尔和理查德·基廷进行了著名的哈菲尔-基廷实验。他们在飞机上放置了4个

原子钟,然后让这些飞机绕地球飞行两圈,第一圈向东飞行,第二圈向西飞行。接着他们将两次飞行的原子钟与

对照原子钟进行对比,发现时间出现了差异。正如哈菲尔-基廷实验所证明的那样,时间流逝的速率会依不同环境和情况而改变。北卡罗来纳州立大学的助理

教授凯蒂·麦克说:“如果你以超相对论的速度旅行,该速度接近光速,或者在靠近黑洞(同时不被黑洞摧毁)的

情况下,你所经历的时间流逝将少于其他人。”国际空间站上的宇航员会经历“时间膨胀”,即他们的衰老速度会比地球上的人慢一些。“他们处于快速移动的状

态,因此受到狭义相对论的影响,而且他们也更加远离地球,受到的地球引力效应更小,”凯蒂·麦克解释道,然

而,这种时间膨胀的差别只能用秒来衡量。想要获得显著的时间膨胀,就需要巨大的引力场或接近光速的旅行速

度。二者在目前的技术条件下都是不可能的。《红矮星号》是英国BBC电视台推出的一部科幻情景剧,尽管喜剧色彩浓厚,但该剧却为时间停滞场提供了一个

有趣的理论;“正如X射线不能穿过铅,时间也不能穿过停滞场。所以,虽然你是存在的,但只要不存在于时间

中,那对你来说时间本身也不存在。”这样的设定加上剧中设计的其他技术行话,使剧中角色李斯特评论道:“真

的这么简单?”话虽如此,但这样的想法确实引人遐想。时间可能是相对的,但仍然是我们现实世界中的一个基本存在。《红矮星号》创作者之一道格·内勒说:“X射线

和铅是一回事,但时间和停滞场就不是那么简单。时间可以十分狡猾,它可以晃荡,除非你在派对上遇到一位牙

医,否则它永远不会停下来。”改变对时间的感知要比让时间停下来容易得多。“你可以在时间体验中感受到相当大的差异,但时间并不会停

止,”凯蒂·麦克说道。美国国防部的国防高级研究计划局目前正在开发生物停滞技术,试图在分子水平上减缓身体新陈代谢的速度。生

物停滞将延长所谓的“黄金一小时”,即受伤士兵接受治疗的最佳时间。生物停滞技术旨在减缓生命运作的速率。DARPA的生物技术办公室项目主管特里斯坦·麦克卢尔-贝格利解释

道:“我最初构思这一计划是为了探索各种潜在的技术,从分子药理学到生物兼容的材料化学,以及工程化的内

在无序蛋白质。”通过减缓化学物质的反应时间,生物停滞技术还可能延长血库和其他医药品的保存时间。“生物停滞技术最迫切

的潜在应用是保护和储存医疗生物分子,比如疫苗、抗体和酶,”麦克卢尔-贝格利解释道,“这项计划的主要目

标之一,就是可靠地保存这些产品的功能,而不需要昂贵且繁琐的冷链(冷冻储存)。”然而,生物停滞技术目前仅用于医疗急救,而非长期使用。我们需要从大自然中寻找长期解决方案的灵感。一些生物,比如广泛分布在北美的林蛙,具有所谓“隐生”的能力,即它们可以让自己所有的新陈代谢过程看起来

完全停止,但仍然是活的。这种能力使它们被冻僵之后仍然能存活下来。其他动物,如熊、蛇等,会进入冬眠状

态,此时它们的新陈代谢会显著变慢,然后在几个月之后苏醒过来。人类已经在医学上进行了这种尝试,尽管程度要轻很多。在心脏骤停或大脑损伤等病例中,低体温疗法可以用于

冷却受伤患者,使他们进入持续几天的低代谢状态,让身体有时间恢复。根据这种疗法,美国航空航天局正在开发诱导冬眠的Torpor技术,以帮助宇航员完成漫长的火星探索任务。Torpor过程分为两个关键阶段:起始冷却期(涉及到镇静作用)和随后的升温/苏醒期。SpaceWorks总裁兼

首席执行官约翰·布拉德福德解释道:“在临床治疗中,你会用到很高剂量的镇静剂,并使用侵入式冷却系统,但

我们正在研究新的药物,可以最大程度减少进入这一状态所需的镇静剂量,并简化冷却过程。”有研究显示,我们的体温下降最少5摄氏度时,就可以使我们减少超过50%的新陈代谢——我们体内维持生命所

需的化学过程。“冬眠的动物确实寿命更长,因此存在某种恢复因素。考虑到新陈代谢速率能够下降50%,如果

你有六个月处于这种状态,那就需要进行一些恢复,可能是三个月时间,”布拉德福德说,“不过,这方面不是我

们研究的主要动机,对这种效应的量化还需要大量的研究。”Torpor技术还可能用于那些等待器官移植的患者,上述这些技术都会降低新陈代谢速率,但类似科幻小说中的

暂停生命有多大可行性呢?最广为人知的莫过于人体冷冻法,主要过程是将人体冷却至大约零下190摄氏度,以

期在未来进行复活。然而,让人进入低温状态并不仅仅是简单地冷冻起来。“我们会将血液冲洗出来,然后向患者体内注入低温保护

液,”Cryonics UK的维多利亚·斯蒂芬斯说,“低温并不是让他们进入固体状态,而是使他们进入一种玻璃态,

从而减少冰晶造成的损伤。”人体冷冻法只能在心脏刚刚停止跳动时使用。该方法设想未来的医疗科学将足够发达,可以进行复活和治疗。“目前还没有人能够复活,因为我们现在没有能够做到这一点的技术,”斯蒂芬斯说,“如果我们能做到,那我们

可能一开始就不需要低温保存了。”尽管接受人体冷冻法进行保存的已有数百人,但这种方法看起来依然十分极端。斯蒂芬斯承认:“这完全是一个

实验性的新事物,还没有确定的结论。”2001年,13个月大的艾瑞卡·诺德拜被困在积雪中并进入了持续约两小时的冬眠状态,之后成功复活。在那段

时间内,艾瑞卡没有了心跳,被诊断为死亡。这个例子让我们可以期待,有朝一日人类或许将开发出暂停生命的

技术。不过,艾瑞卡的复活只是个例,直到现在都还没有类似的事件。由于事件使我们现实的一个基本存在,我们不可能阻止时间流逝,就像无法阻止宽度或深度。此外,时间膨胀的

实现满足极其复杂的工程和能量需要,因此可行性非常低,生物工程能否将这种不可能变成可能,最终使我们成

功超越时间?“也许吧,”麦克卢尔-贝格利说,“但不要为此熬夜等待。”很显然,我们还有很长的路要走。

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