| XHTML 1.1 | Friday, May 4, 2007 |
時(shí)間旅行: 科學(xué)還是幻想？
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- 盧昌海 -
| 有關(guān)時(shí)間機(jī)器的討論除了探討它的理論可行性外， 還有一個(gè)非常重要的問(wèn)題， 那就是假如存在時(shí)間機(jī)器， 我們能用它來(lái)做什么？ 粗看起來(lái)， 這似乎不成之為問(wèn)題， 既然能夠做時(shí)間旅行， 那么到達(dá)目的時(shí)間后自然是應(yīng)該想做什么就可以做什么 (只要不違反物理學(xué)定律)。 但細(xì)想一下， 事情卻又不那么簡(jiǎn)單。 舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)， 倘若時(shí)間旅行者回到自己出生之前， 他能夠阻止自己父母相識(shí)嗎？ 這似乎并不違反任何物理學(xué)定律。 如果時(shí)間旅行者向后來(lái)會(huì)成為他父親的那個(gè)人開(kāi)槍?zhuān)?子彈似乎完全可以在不違反任何物理學(xué)定律的情況下?lián)糁心繕?biāo)。 但如果這樣的行動(dòng)成功了， 我們就會(huì)立刻陷入因果佯謬之中。 因?yàn)槿绻麜r(shí)間旅行者的父母因?yàn)樗淖钃隙鴽](méi)有相識(shí)， 那么世上就不會(huì)有他； 而世上如果沒(méi)有他， 他又如何能夠返回過(guò)去并阻止自己父母相識(shí)呢？ 像這樣的佯謬在考慮時(shí)間旅行時(shí)數(shù)不勝數(shù)， 它們都起源于時(shí)間旅行對(duì)因果時(shí)序可能造成的破壞。 在科幻小說(shuō)或電影中， 人們往往通過(guò)各種巧合來(lái)解決這類(lèi)佯謬。 我們前面提到的威爾斯的《時(shí)間機(jī)器》在二零零二年被拍攝成影片時(shí)， 或許是為了對(duì)主人公建造時(shí)間機(jī)器的動(dòng)機(jī)做出某種說(shuō)明， 導(dǎo)演增添了主人公情人被害， 他試圖重返過(guò)去加以挽救的情節(jié)。 在那段情節(jié)中， 主人公想盡辦法， 卻總是顧此失彼， 他的情人總會(huì)以這樣或那樣的方式死去。 顯然， 同樣的手法也可以用來(lái)避免時(shí)間旅行者阻止自己的父母相識(shí)。 比方說(shuō)當(dāng)時(shí)間旅行者正要前去阻止父母相識(shí)時(shí)， 不小心踩到一塊香蕉皮摔傷住進(jìn)醫(yī)院， 從而錯(cuò)過(guò)了時(shí)機(jī)[注一]。 這樣的手法被一些物理學(xué)家戲稱(chēng)為 “香蕉皮機(jī)制” (Banana Peel Mechanism)。 在這種機(jī)制下， 時(shí)間旅行者看似能夠自由行事， 但每當(dāng)其行為將要導(dǎo)致因果佯謬時(shí)， 總會(huì)受到某些看似偶然的因素干擾， 致使行動(dòng)失敗。 這種 “香蕉皮機(jī)制” 很適合編寫(xiě)戲劇性的故事情節(jié)。 但從物理學(xué)的角度講， 很難想象物理學(xué)定律需要通過(guò)如此離奇巧合的方式來(lái)解決佯謬[注二]。 更何況， 香蕉皮機(jī)制還有一個(gè)致命的弱點(diǎn)， 那就是它往往只著眼于保證一兩個(gè)核心事件 - 比如影片《時(shí)間機(jī)器》中主人公情人的死亡， 或者我們所舉的例子中時(shí)間旅行者父母的相識(shí) - 的發(fā)生不會(huì)被時(shí)間旅行所改變， 卻無(wú)法兼顧其它事件。 比如影片《時(shí)間機(jī)器》中主人公的情人以不同方式死亡會(huì)在當(dāng)?shù)貓?bào)紙上留下不同的報(bào)道； 我們所舉的例子中時(shí)間旅行者摔傷住院也會(huì)在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院中留下相應(yīng)的記錄。 這些事件對(duì)特定的故事來(lái)說(shuō)并不突出， 但從維護(hù)因果時(shí)序或歷史的角度講卻與核心事件有著同等的重要性。 事實(shí)上， 自然界的各種事件之間存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系， 任何看似微小的變化， 都有可能通過(guò)這種聯(lián)系逐漸演變成重大的事件， 這一點(diǎn)對(duì)混沌理論中的蝴蝶效應(yīng) (Butterfly Effect) 有所了解的讀者想必不會(huì)陌生[注三]。 除香蕉皮機(jī)制外， 在一些科幻故事中還可以看到另外一種觀點(diǎn)， 那就是在一定程度上放棄因果律， 以擴(kuò)大時(shí)間旅行者的行動(dòng)自由。 在這種觀點(diǎn)下， 歷史可以近乎隨意地被改變， 并且改變的結(jié)果可以影響現(xiàn)實(shí)中的許多事情。 科幻影片《頻率》(Frequency) 體現(xiàn)的就是這種觀點(diǎn)。 在那部影片中， 主人公雖然沒(méi)有直接進(jìn)行時(shí)間旅行， 但他通過(guò)與三十年前去世的父親建立聯(lián)絡(luò)， 具備了間接改變歷史的能力。 在影片中， 歷史事件的每一次改變都會(huì)直接改變?nèi)旰蟮默F(xiàn)實(shí)。 比如由于歷史事件的改變導(dǎo)致主人公母親意外死亡， 三十年后主人公母親的相片就會(huì)從相框中突然消失。 顯然， 這種觀點(diǎn)幾乎等于放棄已知的物理學(xué)定律， 比試圖保護(hù)現(xiàn)實(shí)的香蕉皮機(jī)制更為離奇。 五. 凝固長(zhǎng)河與平行宇宙 象香蕉皮機(jī)制或放棄因果律這樣的觀點(diǎn)， 雖然也有物理學(xué)家表述過(guò)， 但總體來(lái)說(shuō)， 它們與現(xiàn)實(shí)物理理論之間的差距太大， 很少有物理學(xué)家會(huì)在沒(méi)有足夠證據(jù)的情況下， 對(duì)物理學(xué)定律做如此劇烈的變動(dòng)。 對(duì)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)， 更感興趣的問(wèn)題是： 在現(xiàn)有物理學(xué)定律的基礎(chǔ)上， 能否理解或避免由時(shí)間旅行而導(dǎo)致的因果佯謬？ 對(duì)于這一問(wèn)題， 物理學(xué)家們尚未形成一致的看法。 我們?cè)谶@里向讀者介紹兩種主要的觀點(diǎn)。 第一種觀點(diǎn)認(rèn)為時(shí)間和空間是對(duì)物理事件的完整標(biāo)識(shí)。 因此一旦時(shí)間和空間同時(shí)確定， 物理事件也就完全確定了。 從這個(gè)意義上講， 如果我們把時(shí)間比作一條長(zhǎng)河， 那它其實(shí)是一條凝固的長(zhǎng)河， 它的每個(gè)截面 - 對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定時(shí)刻所有物理事件的全體 - 都是固定的， 就像電影膠片一樣。 按照這種觀點(diǎn)， 歷史只能有一個(gè)版本， 如果時(shí)間旅行者能夠回到過(guò)去， 唯一的可能是他原本就存在于過(guò)去。 這話聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)玄妙， 用平直一點(diǎn)的話說(shuō)就是時(shí)間旅行者回到過(guò)去后所做的一切都只能精確地演繹歷史上已經(jīng)存在過(guò)的一個(gè)人。 如果他試圖阻止自己父母相識(shí)， 卻不小心踩到香蕉皮摔傷住了院， 那么在歷史上就的確存在過(guò)這樣一個(gè)人， 乘坐奇怪的機(jī)器從天而降， 很不幸地踩到香蕉皮摔傷住了院， 傷愈后又乘坐奇怪的機(jī)器離去。 換句話說(shuō)， 時(shí)間旅行者并不能對(duì)歷史做分毫的改變， 他甚至連歷史的旁觀者都不是， 因?yàn)樗揪褪菤v史的一部分。 這種觀點(diǎn)對(duì)于熱衷時(shí)間旅行的人來(lái)說(shuō)無(wú)疑是令人失望的， 因?yàn)槿绻磺卸际遣豢筛淖兊模?那么時(shí)間旅行也就失去了最重要的價(jià)值。 幸運(yùn)的是， 另一種看待時(shí)間旅行的觀點(diǎn)要開(kāi)放得多， 這種觀點(diǎn)來(lái)源于美國(guó)物理學(xué)家艾弗里特 (H. Everett) 于一九五七年提出的一種奇特的量子力學(xué)詮釋 - 多世界詮釋 (Many World Interpretation)[注四]。 我們知道， 量子力學(xué)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是對(duì)量子體系做測(cè)量的結(jié)果往往是不唯一的。 那么， 一個(gè)具體的測(cè)量結(jié)果究竟是如何產(chǎn)生的呢？ 物理學(xué)家們提出了許多不同的觀點(diǎn)。 有些物理學(xué)家認(rèn)為當(dāng)我們對(duì)量子體系做測(cè)量時(shí)， 體系的狀態(tài)會(huì)發(fā)生坍縮， 我們觀測(cè)到的測(cè)量結(jié)果是一個(gè)坍縮后的狀態(tài)。 在這種觀點(diǎn)中狀態(tài)的坍縮是一個(gè)不可預(yù)測(cè)的過(guò)程。 與之相反， 艾弗里特等人的多世界詮釋則認(rèn)為， 并不存在這種不可預(yù)測(cè)的狀態(tài)坍縮， 量子測(cè)量的結(jié)果是世界分裂為一組平行宇宙。 所有量子力學(xué)中可能出現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果都是真實(shí)存在的， 只不過(guò)它們分別存在于各自的平行宇宙而非單一世界中。 觀測(cè)者所得到的測(cè)量結(jié)果， 只不過(guò)是測(cè)量者所在的平行宇宙中的特定結(jié)果而已[注五]。 如果我們把這種觀點(diǎn)運(yùn)用到時(shí)間旅行中， 認(rèn)為時(shí)間旅行者不僅跨越時(shí)間， 而且還跨越不同的平行宇宙， 那么所有的佯謬就都迎刃而解了[注六]。 比如時(shí)間旅行者阻止自己父母的相識(shí)就不再成為佯謬， 因?yàn)樗羞@一切都發(fā)生在一個(gè)不同的平行宇宙中。 在那個(gè)宇宙中他的父母原本就不相識(shí)， 他自己也原本就不曾出生過(guò)。 這與阻止父母相識(shí)的時(shí)間旅行者本人出現(xiàn)在那個(gè)宇宙中并不矛盾， 因?yàn)闀r(shí)間旅行者是來(lái)自于另一個(gè)平行宇宙的， 在那個(gè)平行宇宙中他父母依然相識(shí)。 在這種觀點(diǎn)下， 每個(gè)平行宇宙的歷史仍然是唯一的， 但是所有物理定律許可的歷史都會(huì)在某個(gè)平行宇宙中得以實(shí)現(xiàn)， 時(shí)間旅行者雖然無(wú)法改變?nèi)魏我粋€(gè)平行宇宙的歷史， 卻可以自由地選擇進(jìn)入哪一個(gè)平行宇宙， 他不能改變歷史， 卻可以選擇歷史[注七]。 六. 幻想與歷史 經(jīng)過(guò)了這些討論， 現(xiàn)在讓我們回到本文的標(biāo)題上來(lái)， 時(shí)間旅行究竟是科學(xué)還是幻想？ 據(jù)說(shuō)索恩與他的學(xué)生發(fā)表有關(guān)蟲(chóng)洞及時(shí)間旅行的論文時(shí)， 曾經(jīng)擔(dān)心被同事們認(rèn)為是不務(wù)正業(yè)。 但我們?cè)诒疚闹幸呀?jīng)看到， 在時(shí)間旅行這個(gè)主題背后有著一系列值得深入研究的物理學(xué)課題。 事實(shí)上， 現(xiàn)在的確有一小部分物理學(xué)家 (其中包括世界頂尖大學(xué)的教授) 在對(duì)這些課題進(jìn)行認(rèn)真的研究。 這種研究除了試圖探討科幻小說(shuō)中這些迷人話題的理論可行性外， 一個(gè)很重要的動(dòng)機(jī)是要探索現(xiàn)有物理定律的邊界， 探索在最離奇的情形下物理學(xué)定律可以告訴我們什么。 從這個(gè)意義上講， 時(shí)間旅行無(wú)疑是一個(gè)有著豐富科學(xué)內(nèi)涵的課題。 但是另一方面， 從現(xiàn)實(shí)可行性上來(lái)講， 起碼就我們目前所知的物理學(xué)定律而言， 時(shí)間旅行很可能只是一種幻想。 我們?cè)谇懊嬗懻撨^(guò)許多有可能形成閉合類(lèi)時(shí)曲線的理論模型， 撇開(kāi)它們面臨的種種理論難題不論， 在那些討論中我們還忽略了一個(gè)很重要的方面， 那就是雖然從結(jié)構(gòu)上講， 閉合類(lèi)時(shí)曲線與能讓人類(lèi)使用的時(shí)間機(jī)器完全類(lèi)似， 但在規(guī)模上卻有著巨大的差異。 以索恩等人的蟲(chóng)洞時(shí)間機(jī)器來(lái)說(shuō)， 為了讓人類(lèi)能夠使用這種時(shí)間機(jī)器， 蟲(chóng)洞必須是可穿越蟲(chóng)洞。 而我們?cè)诒疚牡慕忝闷?蟲(chóng)洞: 旅行家的天堂還是探險(xiǎn)者的地獄？ 一文中已經(jīng)看到， 建造可穿越蟲(chóng)洞是一件幾乎不可能做到的事情， 更遑論讓蟲(chóng)洞的出入口以接近光速的速度做特定的運(yùn)動(dòng)了， 因此， 索恩的蟲(chóng)洞時(shí)間機(jī)器無(wú)論在理論上是否可能， 在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)的可能性都是微乎其微的。 限于篇幅， 我們有關(guān)時(shí)間旅行的介紹到這里就告一段落了。 十多年前， 霍金曾經(jīng)問(wèn)過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題： 假如時(shí)間旅行是可能的， 為什么在我們的周?chē)两裆形闯涑庵鴣?lái)自未來(lái)世界的時(shí)間旅行者呢？ 這個(gè)問(wèn)題的潛臺(tái)詞是： 時(shí)間旅行者沒(méi)有來(lái)到我們周?chē)?最有可能的原因是時(shí)間旅行在整個(gè)時(shí)間長(zhǎng)河中 - 也就是永遠(yuǎn) - 都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)。 當(dāng)然， 霍金并沒(méi)有把這樣的問(wèn)題當(dāng)作是對(duì)時(shí)間機(jī)器的一個(gè)認(rèn)真的理論詰難。 不過(guò)， 他的這個(gè)問(wèn)題還是引起了一些物理學(xué)家的思考， 并且他們找到了一種可能的回答： 即我們目前所知的有可能實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行的理論模型， 有一個(gè)很可能具有普適性的共同特點(diǎn)， 那就是不允許時(shí)間旅行者回到時(shí)間機(jī)器存在之前的年代。 因此， 假如公元二五零零年有人建造出了時(shí)間機(jī)器， 那么時(shí)間旅行者只能訪問(wèn)公元二五零零年之后的年代[注八]， 他們永遠(yuǎn)無(wú)法來(lái)到我們周?chē)?更無(wú)法像一些科幻小說(shuō)描繪的那樣， 回到史前時(shí)代去捕捉恐龍。 那些歷史已經(jīng)或?qū)⒁獰o(wú)可挽回地被時(shí)間長(zhǎng)河所吞沒(méi)， 就像物理學(xué)家格林 (B. Greene) 所說(shuō)的： 在時(shí)間機(jī)器建造成功之前的每一個(gè)年代， 都將成為我們以及我們的子孫后代永遠(yuǎn)無(wú)法觸及的歷史。 從這個(gè)意義上講， 如果時(shí)間旅行是可能的話， 早一天建造出時(shí)間機(jī)器就是多拯救一天歷史。 注釋 [注一] 這只是最簡(jiǎn)單的巧合。 為了情節(jié)的需要， 我們還可以設(shè)想更為復(fù)雜的巧合。 比方說(shuō)時(shí)間旅行者試圖向后來(lái)會(huì)成為他父親的那個(gè)人開(kāi)槍?zhuān)?卻因?yàn)樾那槊軐?dǎo)致槍法失準(zhǔn)， 沒(méi)有擊中 “父親”， 卻擊中了 “父親” 的情敵！ 他試圖阻止父母相識(shí)的行動(dòng)非但沒(méi)有達(dá)到目的， 反倒為他父母的結(jié)合鋪平了道路。 他的行動(dòng)不僅不會(huì)破壞因果關(guān)系， 反而是維護(hù)因果關(guān)系所必需的。 象這種近乎宿命的巧合在科幻故事中用得也很多。 [注二] 盡管如此， 還是有物理學(xué)家做過(guò)這方面的考慮。 比如俄國(guó)物理學(xué)家諾維科夫 (I. Novikov) 曾經(jīng)提出過(guò)一個(gè)假設(shè)， 認(rèn)為物理學(xué)定律會(huì) - 哪怕通過(guò)離奇巧合的方式 - 自動(dòng)保證不出現(xiàn)因果佯謬。 這個(gè)假設(shè)被稱(chēng)為 “諾維科夫自洽性假設(shè)” (Novikov Consistency Conjecture)， 它可以算是香蕉皮機(jī)制的理論版本。 不過(guò)這個(gè)假設(shè)一直缺乏具體的實(shí)現(xiàn)方式。 [注三] 舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)， 如果時(shí)間旅行者回到過(guò)去后把一塊小石頭放在路上， 然后離開(kāi)。 這樣的事件無(wú)疑是非常微不足道的， 但它有可能導(dǎo)致某位行人因踩到石頭而扭傷腳。 而這位倒霉的行人有可能恰好是一位物理學(xué)家， 他正要去做一個(gè)有關(guān)時(shí)間旅行的學(xué)術(shù)報(bào)告， 卻因?yàn)榕四_而取消報(bào)告。 而那個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告的聽(tīng)眾中有可能恰好有一位年輕人因?yàn)檫@個(gè)報(bào)告的影響而投身于時(shí)間旅行的研究， 并最終成為時(shí)間機(jī)器的建造者。 在這種情況下， 時(shí)間旅行者放在路上的小石頭對(duì)歷史的影響就擴(kuò)大成了尖銳的佯謬。 因?yàn)檎沁@塊石頭的出現(xiàn)， 使得一位物理學(xué)家取消了學(xué)術(shù)報(bào)告， 從而使得一位年輕人不再以時(shí)間旅行作為自己的研究方向， 而這最終導(dǎo)致人類(lèi)沒(méi)能研制出時(shí)間機(jī)器。 但如果人類(lèi)沒(méi)能研制出時(shí)間機(jī)器， 時(shí)間旅行者又如何能夠放置那塊小石頭呢？ [注四] 艾弗里特是多世界詮釋的提出者， 但 “多世界詮釋” 這一術(shù)語(yǔ)卻是另一位物理學(xué)家德惠特 (B. S. DeWitt) 提出的。 [注五] 多世界詮釋的原始表述其實(shí)并不依賴于象 “多世界” 或 “平行宇宙” 那樣的概念。 后來(lái)流行的 “多世界” 或 “平行宇宙” 概念從某種意義上講是對(duì)多世界詮釋本身的詮釋。 [注六] 當(dāng)然， 這里所謂的 “迎刃而解”， 是建立在有著極大爭(zhēng)議性的平行宇宙概念之上的， 因而本身也是有著極大爭(zhēng)議性的。 此外， 所謂 “迎刃而解”， 首先還假定所討論的問(wèn)題有意義， 這同樣有可能不成立， 因?yàn)闀r(shí)間旅行完全有可能是如 Hawking 猜測(cè)的那樣被物理定律所禁止的， 由時(shí)間旅行所導(dǎo)致的因果佯謬也因此完全有可能是偽問(wèn)題。 [注七] 即便按照這種觀點(diǎn)， 科幻小說(shuō)中的許多情節(jié)也是不可能實(shí)現(xiàn)的。 比如通過(guò)時(shí)間旅行者對(duì)某個(gè)歷史事件的干預(yù)來(lái)改變?nèi)祟?lèi)命運(yùn)就是不可能的。 時(shí)間旅行者的努力， 只能使他自己進(jìn)入一個(gè)人類(lèi)命運(yùn)截然不同的平行宇宙中去， 而試圖通過(guò)這一努力來(lái)改變自己命運(yùn)的原平行宇宙中的其他人的命運(yùn)， 將不會(huì)因此而改變。 [注八] 注意， 這并不是說(shuō)時(shí)間旅行者只能作面向未來(lái)的時(shí)間旅行。 在那些年代之間他們的旅行既可以面向未來(lái)也可以面向過(guò)去， 他們只是無(wú)法回到時(shí)間機(jī)器建造之前的年代去。 參考文獻(xiàn)
相關(guān)鏈接： 注： 本文發(fā)表于《科幻世界》二零零六年第八期 (科幻世界雜志社出版)。 |
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