时间旅行:从幻想到科学
新京报
(上接B10版)
3 回到过去 时空是可以弯曲的
进入未来的理想看来被一系列问题无情地击碎了。那么,回到过去可能实现吗?
事实上,爱因斯坦相对论的发表,给时间机器爱好者留下了无穷的遐想空间。在广义相对论的框架内,时空可以被弯曲到头尾相接的地步,因此可以在时间和空间中创造封闭曲线。
第一个勾画出这种封闭时间曲线的人是奥地利数学家戈德尔(Kurt Goedel)。当时,他在演算相对论中关于引力场的方程式时,发现在空间中可以找到一条通向旋转着的宇宙的螺旋体轨道。因此,从理论上说人类可以到达过去的时光以及从将来的时光中返回。“但是戈德尔的想法建立在一个错误的前提上———他错误地认为宇宙是旋转的。”刘辽指出。
这并未阻止科学研究人员的继续发现。在广义相对论体系中,如果我们将空间和时间想象成一个四维空间,生命轨迹就是一个闭合线,即“类时闭合线”。广义相对论认为时间和空间是弯曲的,所以原则上类时闭合线是存在的。然而,刘辽指出,这种假设类时闭合线的存在,主要是在数学上作为广义相对论的解———想象一只蚂蚁沿着一张纸的某条边向前爬,它的目标是对面的角。这时只要把纸折起来,使各个角对在一起,蚂蚁的路程就大大缩短了。要使时间旅行能实现,所用的方式也类似。“不过,这个解却不是物理意义上的,而是数学意义上的解。”
虫洞,一条可能的捷径
甚而,一些人提出了我们要走一条连光都不认识的捷径。走更短的路,以便追上光。这条捷径就是“虫洞”。虫洞是宇宙中的隧道,它能扭曲空间,让原本相隔亿万光年的地方近在咫尺。
不过,虫洞仅仅是一种设想。它甚至比黑洞更难以琢磨。何况,还存在着一些否定这类捷径存在的物理理由。
根据假设,这类虫洞附近引力场极强。这样的条件也有可能破坏飞行器。时间在虫洞中会慢下来,在中心区趋于完全停止。这就使空间旅行者需要花无穷长时间穿越虫洞。美国纽约城市大学物理学家奥卡库(Mickey Auqakuh)指出:“虫洞连接着将来,也连接着过去,但我们别太乐观,因为供应时间机器的燃料不是人类目前的技术所能达到的。”
“产生虫洞就需要一颗恒星或相当于几十颗原子弹的能量,甚至是负的能量。”李淼指出,目前的物理试验很难实现负能量的存在。
此外,要大幅度扭曲时间需要很大的引力,黑洞具有这样巨大的引力。尽管黑洞的存在已经在宇宙中找到了实例。它也确实能够让时间和空间产生裂缝。但黑洞无法用作捷径的入口。当然,我们也可以对黑洞加以改造。李淼解释说,如果能将两个黑洞相对,让其旋转起来,或者不需要黑洞,用无穷长的宇宙弦,让它们相对旋转起来也可以起到“时间机器”的效果。当然,“这些都是假设的理论”。
4 时间悖论 一场无法完成的谋杀
时间旅行是个很好的情节,能为电影带来惊人的票房收入。然而,即使是充满想象力的电影制作团队,也无法回避“时间旅行”带来的诸多悖论与矛盾。
一名时间旅行者回到过去,杀死了当时还是女孩的母亲,可这样一来,他却无法出生也就无法完成这个谋杀。一个有趣的故事由此展开。
这种时间旅行的连锁反应在后来的科幻小说、电影中也被构想出来。《回到未来》一片中,主人公福克斯发现自己在穿越时间回到过去后,得到了他母亲的爱慕,由此面临父母无法结婚而使得自己无法出生的矛盾。
无数的人涌进解释的行列中。一种看法认为宇宙不会创造这些矛盾,如果你试图杀死祖父,会有各种状况出现阻挠你的行动,比如你会突然放下屠刀,或者就是枪卡壳了。也有人认为其实根本就没有矛盾,每个问题都可以通过数学方法解决。
在刘辽看来,如果能回到过去,其实质只是允许你能看到过去的图像,但是对于过去的历史你是无法篡改的。“人的新陈代谢是不可逆的过程。你不可能把吃过消化了的东西再拿过来吃一遍。”
存在又不存在
牛津大学理论物理学家多伊奇(David Deutsch)不喜欢这种“弑母”的暴力。在他看来,这样的问题只是被“人类冲突问题搞乱了,把这个问题加进故事里只是未来让故事更有趣。”
与此同时,多伊奇认为另一个矛盾时间旅行面临的真正问题:时间旅行者跑到时间前面,在树上刻下了他的名字,而他在回到现在后,砍掉了那棵树,使它从未来消失了。因此在未来的某个时候,这棵树既存在,又不存在。
这个问题与量子层次上粒子某些行为的重要问题相关。多伊奇用量子物量学的一些定律来解答这些矛盾。他认为,每个量子事件都能引发多重的新世界:假设两个亚原子相撞,其中的一个既不会向左拐也不会向右拐,而是直接进入另一个宇宙。所以,时间旅行者可以在某个宇宙中在一棵树上刻下他的名字,而在另一个宇宙中,将同一棵树砍掉。
面对这样的悖论,科幻作家也试图给出自己的解释。他们设计出一种在不同时间轴上可能产生无数世界的构想,衍生出有关“平行世界”(parallel world)的概念。1938年美国科幻作家威廉森(Jack Willamson)在其《航时军团》中提出了这个著名的设想。“平行世界”存在于与我们所处宇宙不同的异次元宇宙中,这就使得改变过去成为可能。