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时间旅行的真实和悖论

2014-12-04 09:49 作者:曹玲来源:三联生活周刊 2014年第49期
关于时间旅行的作品永远有市场,不管是好莱坞科幻片还是亚洲穿越剧,无一不红得发紫。物理学家认真思考了时间旅行的可能性,去往未来是可能的,回到过去还在争议中。

《星际穿越》整个故事的因果链是一个莫比乌斯环。五维空间的人为什么能提供信息拯救地球上的人类?因为墨菲解救了现在的人类,让他们得以发展出高维度中的文明。墨菲为什么能解救现在的人类?是因为库珀给她传递了信息。库珀为什么能传递信息?是因为五维空间的人类给他提供了信息。

时间旅行作品有一个重要的种类,就是打破了三维世界中常规的因果律,进入时间循环这个怪圈。因果循环意味着在一个事件链中,所有单个事件都有其原因但是整个链条没有。这意味着该事件链是封闭的,或者说在一个因果循环中,可以用同一事件链中其他的事件来解释每一个事件,但是却没法解释这整个事件链的原因。何为因,何为果,这就像古老的“先有鸡还是先有蛋”问题一样令人挠头,解决的办法似乎只有接受“并非每个事情都有独立的起因”这种事实。

美国电影《星际穿越》剧照。库珀、布兰德和曼恩等孤独地行走在曼恩所在的星球上

美国电影《星际穿越》剧照。库珀、布兰德和曼恩等孤独地行走在曼恩所在的星球上

 

时间循环在物理学上还真有人认真进行研究过。上世纪80年代,俄罗斯理论物理学家伊戈尔·诺维科夫(Igor Novikov)在对时间旅行的可能性认真研究后指出,人可以回到过去,但不能因此改变历史,人将被迫以一种方式行事而不让悖论发生。换个角度说,我们的世界是已经被改变过的最终结局,这被称为“诺维科夫自洽性原则”,后来成为大量时间循环作品的理论基础。如果时间河流本身光滑地向回弯曲产生一个漩涡,他认为有某种“看不见的手”会阻止我们跳回到过去和产生时间悖论。

这种三维世界里无法理解的逻辑,在科幻电影和小说中经过种种演绎,让时间循环变成可能。除了《星际穿越》,这样的例子数不胜数。《终结者2》中,施瓦辛格扮演的T-800告诉人类反抗军首领约翰·康纳,人类最终研究出了“天网”超级计算机,是因为得到了前作中被击毁的机器人的芯片。《12只猴子》中囚徒詹姆斯·科尔被科学家送到过去,找寻散播死亡病毒的罪魁祸首,最终发现一切罪孽的形成与自己被送到过去的经历息息相关,而他孩童时代便撞见自己的死亡。

到底什么是时间?我们能否穿越到未来以及回到过去?欧洲著名的哲学家圣奥古斯丁说过:“说起时间,每个人都晓得它代表什么意思,但究竟什么是时间?如果没有人问我,我一清二楚;如果要我说明,那我就不知道了。”

事实上,就连时间概念本身也非一成不变的。对牛顿来说,时间像一支箭,一旦飞出去就绝对不会改变路径。如果地板上的碎片忽然自行聚合且从地板上跃起,组成一个完整的杯子跳回桌面上,你肯定能判断出这是录像在回放,因为日常生活中绝对遇不到这类情形。

为什么我们看不到破碎了的杯子跳回桌面上?通常给出的解释是,热力学第二定律不允许出现这类事件。热力学第二定律告诉我们,无序程度或者说熵,总是随着时间而增大。换句话说,也就是电影中提到的墨菲定律——事物总是朝坏的方向发展。桌子上一个完好的杯子是一种有序状态,而地板上打破了的杯子则是一种无序状态。时间的单向性是物理学的基本规律,宇宙中的一切事物都是从有序状态走向无序的。宇宙不断发展,是一个不断变差的过程,从最初有秩序的状态,慢慢变得没有秩序,一片混乱。

而爱因斯坦的理论将空间和时间连接成一个不可分割的整体。在极限情况下,时间也是可以弯曲的。在相对论里,大型物体比如行星、恒心和黑洞的引力可以导致空间弯曲,空间和时间可以通过一个叫作时空的东西联系起来。这就意味着当时空被弯曲时,时间也会被弯曲。这样时间就更像一条河,当它在宇宙间漫游时逐渐加快或者减慢。但是爱因斯坦担心时间这条河也许有倒流的可能性,大概在这条河里也有漩涡和分叉。

爱因斯坦狭义相对论的主要预言之一是时间膨胀现象,它本质上说,运动着的始终比静止的时钟走得慢。如果速度接近光速,时间几乎就会停滞不前。这种想象适合所有的时钟,包括机械钟、数字钟和生物钟等等。这就意味着宇航员登上太空飞船,并加速到接近光速后,地球上每过一年,他只会衰老一秒,因为他的时钟变慢了。如果以他自己的时间为标准,经过一年重返地球时,地球已经过了3100多万年。时间膨胀不仅存在于理论,它已经被实验观测所证实了。

利用时间膨胀前往未来的问题是,没人知道怎么让你自己回去。回到过去是一个难得多的问题,目前还没有人能解决,很多科学家也不相信能够存在,但是物理学家已经提出了一些理论。

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