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我們能讓時間停滯嗎?想戰勝時間沒那麼容易!

http://finance.sina.com   2019年01月28日 16:52   北京新浪網

爲了獲得巨大的時間膨脹,你需要非常強大的引力場,比如黑洞。爲了獲得巨大的時間膨脹,你需要非常強大的引力場,比如黑洞。
生物停滯技術可以延長所謂的“黃金一小時”(golden hour),即受傷士兵接受治療的最佳時間。生物停滯技術可以延長所謂的“黃金一小時”(golden hour),即受傷士兵接受治療的最佳時間。
北美的林蛙具有所謂“隱生”能力,即它們可以讓自己所有的新陳代謝過程看起來完全停止,但仍然是活的。  北美的林蛙具有所謂“隱生”能力,即它們可以讓自己所有的新陳代謝過程看起來完全停止,但仍然是活的。

  新浪科技訊 北京時間1月29日消息,據國外媒體報道,“停滯”(stasis)是一種讓物理和化學過程——以及生命過程——暫停的方式。它或許可以幫助我們拯救危重病人,或者使超長的太空旅行成爲可能。

  美國詩人德爾莫爾·施瓦茨(Delmore Schwartz)曾經寫道:“時間就是燃燒我們的火焰。”我們出生,活着,然後死去。然而,在整個人類歷史中,我們一直着迷於尋找跨越時間的可能性,從《睡美人》的童話故事到科幻小說中的“停滯場”和“生命暫停”。

  1971年,美國物理學家約瑟夫·哈菲爾(Joseph Hafele)和理查德·基廷(Richard Keating)進行了著名的哈菲爾-基廷實驗。他們在飛機上放置了4個原子鐘,然後讓這些飛機繞地球飛行兩圈,第一圈向東飛行,第二圈向西飛行。接着他們將兩次飛行的原子鐘與對照原子鐘進行對比,發現時間出現了差異。

  正如哈菲爾-基廷實驗所證明的那樣,時間流逝的速率會依不同環境和情況而改變。北卡羅來納州立大學的助理教授凱蒂·麥克(Katie Mack)說:“如果你以超相對論(super-relativistic)的速度旅行,該速度接近光速,或者在靠近黑洞(同時不被黑洞摧毀)的情況下,你所經歷的時間流逝將少於其他人。”

  國際空間站上的宇航員會經歷“時間膨脹”(time-dilation),即他們的衰老速度會比地球上的人慢一些。“他們處於快速移動的狀態,因此受到狹義相對論的影響,而且他們也更加遠離地球,受到的地球引力效應更小,”凱蒂·麥克解釋道,然而,這種時間膨脹的差別只能用秒來衡量。想要獲得顯著的時間膨脹,就需要巨大的引力場或接近光速的旅行速度。二者在目前的技術條件下都是不可能的。

  《紅矮星號》(Red Dwarf)是英國BBC電視臺推出的一部科幻情景劇,儘管喜劇色彩濃厚,但該劇卻爲時間停滯場提供了一個有趣的理論;“正如X射線不能穿過鉛,時間也不能穿過停滯場。所以,雖然你是存在的,但只要不存在於時間中,那對你來說時間本身也不存在。”這樣的設定加上劇中設計的其他技術行話,使劇中角色李斯特(Lister)評論道:“真的這麼簡單?”話雖如此,但這樣的想法確實引人遐想。

  時間可能是相對的,但仍然是我們現實世界中的一個基本存在。《紅矮星號》創作者之一道格·內勒(Doug Naylor)說:“X射線和鉛是一回事,但時間和停滯場就不是那麼簡單。時間可以十分狡猾,它可以晃盪,除非你在派對上遇到一位牙醫,否則它永遠不會停下來。”

  改變對時間的感知要比讓時間停下來容易得多。“你可以在時間體驗中感受到相當大的差異,但時間並不會停止,”凱蒂·麥克說道。

  美國國防部的國防高級研究計劃局(DARPA)目前正在開發生物停滯(Biostasis)技術,試圖在分子水平上減緩身體新陳代謝的速度。生物停滯將延長所謂的“黃金一小時”(golden hour),即受傷士兵接受治療的最佳時間。

  生物停滯技術旨在減緩生命運作的速率。DARPA的生物技術辦公室項目主管特里斯坦·麥克盧爾-貝格利(Tristan McClure-Begley)解釋道:“我最初構思這一計劃是爲了探索各種潛在的技術,從分子藥理學到生物兼容的材料化學,以及工程化的內在無序蛋白質。”

  通過減緩化學物質的反應時間,生物停滯技術還可能延長血庫和其他醫藥品的保存時間。“生物停滯技術最迫切的潛在應用是保護和儲存醫療生物分子,比如疫苗、抗體和酶,”麥克盧爾-貝格利解釋道,“這項計劃的主要目標之一,就是可靠地保存這些產品的功能,而不需要昂貴且繁瑣的冷鏈(冷凍儲存)。”

  然而,生物停滯技術目前僅用於醫療急救,而非長期使用。我們需要從大自然中尋找長期解決方案的靈感。

  一些生物,比如廣泛分佈在北美的林蛙(Lithobates sylvaticus),具有所謂“隱生”(cryptobiosis)的能力,即它們可以讓自己所有的新陳代謝過程看起來完全停止,但仍然是活的。這種能力使它們被凍僵之後仍然能存活下來。其他動物,如熊、蛇等,會進入冬眠狀態,此時它們的新陳代謝會顯著變慢,然後在幾個月之後甦醒過來。

  人類已經在醫學上進行了這種嘗試,儘管程度要輕很多。在心臟驟停或大腦損傷等病例中,低體溫療法(therapeutic hypothermia)可以用於冷卻受傷患者,使他們進入持續幾天的低代謝狀態,讓身體有時間恢復。

  根據這種療法,美國航空航天局(NASA)正在開發誘導冬眠的Torpor技術,以幫助宇航員完成漫長的火星探索任務。

  Torpor過程分爲兩個關鍵階段:起始冷卻期(涉及到鎮靜作用)和隨後的升溫/甦醒期。SpaceWorks總裁兼首席執行官約翰·布拉德福德(John Bradford)解釋道:“在臨牀治療中,你會用到很高劑量的鎮靜劑,並使用侵入式冷卻系統,但我們正在研究新的藥物,可以最大程度減少進入這一狀態所需的鎮靜劑量,並簡化冷卻過程。”

  有研究顯示,我們的體溫下降最少5攝氏度時,就可以使我們減少超過50%的新陳代謝——我們體內維持生命所需的化學過程。“冬眠的動物確實壽命更長,因此存在某種恢復因素。考慮到新陳代謝速率能夠下降50%,如果你有六個月處於這種狀態,那就需要進行一些恢復,可能是三個月時間,”布拉德福德說,“不過,這方面不是我們研究的主要動機,對這種效應的量化還需要大量的研究。”

  Torpor技術還可能用於那些等待器官移植的患者,上述這些技術都會降低新陳代謝速率,但類似科幻小說中的暫停生命有多大可行性呢?最廣爲人知的莫過於人體冷凍法(cryonics),主要過程是將人體冷卻至大約零下190攝氏度,以期在未來進行復活。

  然而,讓人進入低溫狀態並不僅僅是簡單地冷凍起來。“我們會將血液沖洗出來,然後向患者體內注入低溫保護液,”Cryonics UK的維多利亞·斯蒂芬斯(Victoria Stevens)說,“低溫並不是讓他們進入固體狀態,而是使他們進入一種玻璃態,從而減少冰晶造成的損傷。”

  人體冷凍法只能在心臟剛剛停止跳動時使用。該方法設想未來的醫療科學將足夠發達,可以進行復活和治療。“目前還沒有人能夠復活,因爲我們現在沒有能夠做到這一點的技術,”斯蒂芬斯說,“如果我們能做到,那我們可能一開始就不需要低溫保存了。”

  儘管接受人體冷凍法進行保存的已有數百人,但這種方法看起來依然十分極端。斯蒂芬斯承認:“這完全是一個實驗性的新事物,還沒有確定的結論。”

  2001年,13個月大的艾瑞卡·諾德拜(Erika Nordby)被困在積雪中並進入了持續約兩小時的冬眠狀態,之後成功復活。在那段時間內,艾瑞卡沒有了心跳,被診斷爲死亡。這個例子讓我們可以期待,有朝一日人類或許將開發出暫停生命的技術。不過,艾瑞卡的復活只是個例,直到現在都還沒有類似的事件。

  由於事件使我們現實的一個基本存在,我們不可能阻止時間流逝,就像無法阻止寬度或深度。此外,時間膨脹的實現滿足極其複雜的工程和能量需要,因此可行性非常低,生物工程能否將這種不可能變成可能,最終使我們成功超越時間?“也許吧,”麥克盧爾-貝格利說,“但不要爲此熬夜等待。”很顯然,我們還有很長的路要走。(任天)

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