如果明天你進(jìn)入閉合類時(shí)間曲線，那意味著，你將可能到達(dá)今天。
2009年6月28日，世界著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金在劍橋大學(xué)舉辦了一次派對(duì)，氣球、飯前點(diǎn)心、冰鎮(zhèn)香檳，該有的都有了。接到邀請(qǐng)的人卻沒人到場(chǎng)?；艚?對(duì)此早有預(yù)料，因?yàn)樗谂蓪?duì)結(jié)束后才把請(qǐng)?zhí)l(fā)出去。他說(shuō)，這是為未來(lái)時(shí)間旅行者準(zhǔn)備的一次洗塵。半開玩笑地，他重申了在1992年提出的猜想：到過(guò)去旅行沒有現(xiàn)實(shí)的可能性。
然而，霍金可能站到了歷史的對(duì)立面。就最近的系列實(shí)驗(yàn)來(lái)看，時(shí)間旅行有其可行性——至少在數(shù)學(xué)原理上是這樣的。這些實(shí)驗(yàn)研究直指人類宇宙科學(xué)的核心。一旦時(shí)間旅行的可能性被確定，那這將遠(yuǎn)非只是一個(gè)科幻小說(shuō)的題材，而是將深刻影響基礎(chǔ)物理和量子密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)等實(shí)踐應(yīng)用的發(fā)展。
閉合類時(shí)間曲線我們那些最偉大的物理理論似乎并不否認(rèn)通過(guò)時(shí)間通道回到過(guò)去的可能性，時(shí)間旅行的假想因此產(chǎn)生。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，重力是物質(zhì)和能量對(duì)時(shí)空的歪曲。類似于旋轉(zhuǎn)黑洞產(chǎn)生的極端強(qiáng)大的重力場(chǎng)，原則上會(huì)很大程度地歪曲周圍存在的結(jié)構(gòu)，使得時(shí)空回折，首尾交接，形成一個(gè)閉合類時(shí)間曲線，簡(jiǎn)稱“CTC”，我們能在上面往返運(yùn)動(dòng)，逆著時(shí)間，回到過(guò)去?；艚鸬戎T多物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，CTC會(huì)引發(fā)悖論，當(dāng)宏觀物質(zhì)在其上通過(guò)時(shí)，因果常規(guī)將被打破。然而，理論物理學(xué)家大衛(wèi)·多伊奇在1991年提出的模型能在量子水平上避免這一悖論。因?yàn)榛玖Ｗ拥男袨殡S機(jī)發(fā)生，不具確定性?！昂苡腥?，你從廣義相對(duì)論推出了一些悖論，但從量子力學(xué)觀考慮這些悖論時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)又都合情合理了?！崩ナ刻m大學(xué)的物理學(xué)家蒂姆·拉爾夫說(shuō)，“不免想到，這是否能成為建立一個(gè)把廣義相對(duì)論和量子力學(xué)結(jié)合起來(lái)的理論的重要依據(jù)。”
CTC實(shí)驗(yàn)最近，拉爾夫和他的哲學(xué)博士學(xué)生馬丁·林格保爾首次主導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn)了多伊奇的CTC模型，檢驗(yàn)證實(shí)這個(gè)有著20年之久的理論的許多方面。
他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了《自然通訊》上。他們的模擬實(shí)驗(yàn)大多圍繞著多伊奇的模型如何處理“祖父悖論”而展開研究。在祖父悖論里，有人借助CTC回到過(guò)去，殺了自己的祖父，因此，后來(lái)也就沒有了她的出世。（《科學(xué)美國(guó)人》歸屬于自然出版集團(tuán)）
多伊奇解決祖父悖論的量子模型的運(yùn)行原理如下：
想象一下，如果一個(gè)基本粒子回到過(guò)去，按下創(chuàng)造它的粒子生成器的按鍵，而不是一個(gè)人回到過(guò)去殺了她的祖先，那會(huì)怎樣？如果粒子按下按鍵，這個(gè)粒子生成器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)粒子（正是前述那個(gè)粒子），粒子又重回CTC；如果按鍵沒有被按下，粒子生成器就不產(chǎn)生任何粒子。在此種情景之下，粒子的產(chǎn)生并非命中注定，而是純粹出于偶然。多伊奇的觀點(diǎn)以量子世界的自洽性為前提，堅(jiān)持認(rèn)為，一個(gè)粒子從CTC的一端進(jìn)入，必有同樣屬性的粒子在CTC的另一端出現(xiàn)。也就是說(shuō)，一個(gè)粒子生成器有50%的概率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)粒子進(jìn)入CTC，這個(gè)粒子就有50%的概率會(huì)跑出CTC并按下按鍵，這樣這個(gè)粒子重回粒子生成器誘發(fā)自身產(chǎn)生的概率同為50%。假定這個(gè)粒子是一個(gè)人，她殺死她祖父的概率為50%，換句話說(shuō)，她祖父有50%的概率能夠逃脫死于她手的命運(yùn)。這從概率一致的觀點(diǎn)上看，因果關(guān)系合理，悖論不再?？雌饋?lái)似乎很牽強(qiáng)，但卻符合已知的量子力學(xué)定律。
拉爾夫、林格保爾和他們的同事通過(guò)利用量子系統(tǒng)里成對(duì)的偏振光量子的交互作用，重新研究了多伊奇的模型。因?yàn)樗麄冋J(rèn)為，一對(duì)光量子在CTC中的總行為和單個(gè)光量子穿過(guò)CTC在數(shù)學(xué)意義上是等同的?！拔覀兙幋a了這些光量子的偏振，使得第二個(gè)光量子以第一個(gè)光量子的過(guò)去化身而行動(dòng)。”林格保爾說(shuō)。所以，他們并沒有把一個(gè)真實(shí)的“他”送過(guò)時(shí)間曲線，而是創(chuàng)造了“他”的替身，代“他”歷經(jīng)時(shí)間曲線模擬器，看看是否那個(gè)在CTC中出現(xiàn)的人和過(guò)去的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的“他”一模一樣。
通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)定第二個(gè)光量子在和第一個(gè)光量子相互作用后的偏振狀態(tài)，拉爾夫等人實(shí)踐了多伊奇所說(shuō)的自洽性。“我們?cè)谀M的CTC出口獲得的第二個(gè)光量子的狀態(tài)和在模擬的CTC入口的第一個(gè)光量子相同，”拉爾夫說(shuō)，“當(dāng)然，我們并非把什么東西送回到過(guò)去，但模擬實(shí)驗(yàn)使我們能夠研究正常情況下量子力學(xué)不會(huì)出現(xiàn)的不可思議的演變。
林格保爾指出，那些CTC賦予可能性的“不可思議的演變”將有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，比如說(shuō)可以通過(guò)克隆基本粒子的量子狀態(tài)來(lái)破解以量子論為基礎(chǔ)的密碼?！叭绻隳芸寺×孔訝顟B(tài)，”他說(shuō)，“你將能打破海森伯測(cè)不準(zhǔn)原理?！焙Ｉ疁y(cè)不準(zhǔn)原理終將有一天能被用于量子密碼學(xué)，因?yàn)槠浣雇瑫r(shí)精準(zhǔn)地測(cè)量一定類型的成對(duì)變量，比如位置和沖力。“但如果你克隆了那個(gè)系統(tǒng)，你能測(cè)量各個(gè)位置的數(shù)量，最終破解加密的信息。
“有了CTC，量子力學(xué)將允許我們比古典或正常的量子電腦更出色得多地完成信息處理任務(wù)，”南加利福尼亞大學(xué)的物理學(xué)家托德·布朗說(shuō)（其并不參與此次實(shí)驗(yàn)），“如果多伊奇的模型是正確的，那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)忠實(shí)地模擬了能夠在真正的CTC中發(fā)生的過(guò)程。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)本身并不能證實(shí)多伊奇模型，多伊奇模型只有有了真正的CTC，才能證實(shí)。”
替代性推論然而，多伊奇模型并不是唯一存在的模型。2009年，麻省理工學(xué)院的理論家賽斯·勞埃德提出了另一個(gè)模型。不同于多伊奇的以自洽性為根據(jù)，勞埃德的模型沒那么激進(jìn)，而是利用量子隱形傳態(tài)和一種叫“后選擇”的技術(shù)解決祖父悖論問題。在2011年，勞埃德和加拿大合作者對(duì)他的模型成功地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)?！岸嘁疗娴睦碚搶?duì)相關(guān)性有不可思議的破壞效力，”勞埃德說(shuō)，“那就是通過(guò)多伊奇的CTC進(jìn)行旅行的時(shí)間旅行者進(jìn)入的宇宙和未來(lái)她所存在的宇宙毫不相干。與之相反，后選擇CTC保留了相關(guān)性，所以時(shí)間旅行者回到了她記憶中的那個(gè)宇宙?！?/p>
勞埃德模型的這一性質(zhì)使得CTC處理信息的能力雖然仍遠(yuǎn)勝時(shí)空中的那些典型的區(qū)域，但比起多伊奇的CTC來(lái)，相對(duì)乏力?！拔覀兊腃TC能幫助解決的那些問題難如大海尋針，”勞埃德說(shuō)，“但多伊奇的CTC里的電腦首先能解決為什么存在大海?！?/p>
但勞埃德也樂意承認(rèn)CTC的投機(jī)本性?！拔也恢滥膫€(gè)模型才是對(duì)的?？赡軆蓚€(gè)都錯(cuò)?！彼f(shuō)?！爱?dāng)然，另一個(gè)可能性是，霍金是對(duì)的。CTC原本就不存在，也不可能存在?！彼a(bǔ)充道。時(shí)間旅行派對(duì)籌劃者應(yīng)該把香檳留給自己——他們期望中的未來(lái)賓客看起來(lái)不可能到來(lái)。
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