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我动态性插图们能让时间停滞吗?想战胜时间没那么容易

1971年,美国物理学家约瑟夫·哈菲尔(Joseph Hafele)和理查德·基廷(Richard Keating)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(Katie Mack)说:“如果你以超相对论(super-relativistic)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”(time-dilation),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》(Red Dwarf)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射线不能穿过铅动态性插图,时间也不能穿过停滞场。所以动态性插图,虽然你是存在的动态性插图,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(Lister)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(Doug Naylor)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(DARPA)目前正在开发生物停滞(Biostasis)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”(golden hour),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(Tristan McClure-Begley)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(Lithobates sylvaticus),具有所谓“隐生”(cryptobiosis)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(therapeutic hypothermia)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(NASA)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(John Bradford)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(cryonics),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(Victoria Stevens)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(Erika Nordby)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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