漫威宇宙的時間流動設(shè)定究竟怎樣？現(xiàn)實(shí)世界之中，我們能否回到過去，改變歷史？時間可以被操縱嗎？
撰文 | 李唐
看過復(fù)聯(lián)4了么？對于每一個漫威迷來說，這絕對稱得上是史詩之戰(zhàn)了。我們還記得在《復(fù)仇者聯(lián)盟3：無限戰(zhàn)爭》中，大反派滅霸集齊了所有的無限寶石。在他的彈指之間，黑豹、奇異博士、蜘蛛俠等人均化作了煙塵。在新的故事中，剩下的英雄們利用科技創(chuàng)造出了時間機(jī)器；他們將穿越時間，拯救逝者。
在影片中，“時間”始終是一個晦暗不明卻又十分重要的組分，漫威宇宙的時間流動設(shè)定究竟怎樣？現(xiàn)實(shí)世界之中，我們能否回到過去，改變歷史？時間可以被操縱嗎？也許，現(xiàn)代物理學(xué)能夠給予我們些許線索。
祖父悖論
時間旅行一直是科幻小說、電影的常見主題。著名的《終結(jié)者》系列、《回到未來》等影片均是將劇情架構(gòu)于穿越時間的想象之上?，F(xiàn)在較為公認(rèn)的“時間旅行”之先驅(qū)是英國作家赫伯特·喬治·威爾斯。早在1895年，他的小說《時間機(jī)器》便已出版。這部作品講述的是時間旅行者發(fā)明了時間機(jī)器，可以自由馳騁于時間的維度之上；當(dāng)他來到公元802701年的世界時，卻看到了一幅可怕的圖景。
但從邏輯上講，時間旅行也許會帶來麻煩。如果有人乘坐時光機(jī)回到過去殺死了自己的祖父母，那在未來他也不會出生，又有誰返回過去呢？這樣，我們便陷入了一個因果循環(huán)——人們稱其為祖父悖論。其實(shí)，這一悖謬最早是由法國科幻小說作家赫內(nèi)·巴赫札維勒（René Barjavel）在他1943年的小說《不小心的旅行者》（Le Voyageur Imprudent）中提出的。
這一悖論在因果性上似乎無懈可擊，有許多人因此認(rèn)為時間旅行是不可能的。著名物理學(xué)家霍金曾進(jìn)行了一次有趣的實(shí)驗(yàn)。他在2009年6月28日舉辦了一場派對，誠摯地邀請時間旅行者參加。派對開始之前，霍金未將此事告訴任何人，在其結(jié)束后才發(fā)出了請柬；他相信，至少可以有幾份請柬流傳至數(shù)千年后的未來。用他自己的話說，這是對時間旅行者的一次終極考驗(yàn)。遺憾的是，霍金和他為穿越者準(zhǔn)備的香檳孤獨(dú)地等了很久，仍無人露面。霍金認(rèn)為，這證明并不存在時間旅行。
但是，人類的好奇心并沒有因?yàn)椤白娓搞Ｕ摗倍磺?，畢竟穿梭時間這件事實(shí)在是太酷了！
拯救“時間旅行”
要讓時間旅行在紙面上通順，必須跳出循環(huán)的邏輯。目前，科學(xué)家們主要提出了兩類解決方案。
第一類我們可以稱之為“穩(wěn)定歷史”。顧名思義，這種理論認(rèn)為歷史始終是穩(wěn)定的。前蘇聯(lián)理論物理學(xué)家諾維科夫在20世紀(jì)80年代提出了名為“諾維科夫自洽性原則”的解釋性規(guī)則。他指出，雖然可以回到過去，但不能改變歷史。
具體來說，當(dāng)你在過去打算殺掉祖父時，物理定律會阻止你的行動；你并不能隨心所欲，任何會改變未來的行為都是被禁止的，“我們不能將時間旅行者送回伊甸園要夏娃不從樹上摘蘋果。”[1]諾維科夫甚至給出了一些數(shù)學(xué)證明：在一定條件下，時空中粒子的相互作用滿足自洽性規(guī)則，這是最小作用量原理的直接結(jié)果[2]（作用量是一個與時間間隔和能量有關(guān)的物理量，這一原理是說在一個物理過程中，作用量取最小值）。
其實(shí)，這一看似奇特的規(guī)則也是可以理解的。在一個受物理定律支配的宇宙中，我們本來就不自由，比如引力定律限制我們不能在天空無所依托地隨意飛行。
根據(jù)自己得到的證據(jù)，霍金也提出了一種類似的假說——“時序保護(hù)猜想”，即時間機(jī)器或者使用它的人會被直接摧毀。這是諾維科夫自洽性原則的極端版本，盡管霍金用其直接阻止了時間穿越。
諾維科夫的規(guī)則還有其它有趣的變式，一種比較新穎的是出現(xiàn)于日本文字冒險(xiǎn)游戲（或動漫）《命運(yùn)石之門》中的“世界線收束理論”。這種理論告訴我們，雖然世界只有一個（即不存在平行宇宙，這個我們后面會講到），卻存在無數(shù)個可能性分支（即世界線），它們會在關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)上匯聚。例如，A在2018年因車禍死去，B返回過去拯救A。但B很快發(fā)現(xiàn)，無論他采取什么措施，A仍然擺脫不了死亡的命運(yùn)；比如在車禍前將A帶去別處，A還是會因航空事故而喪命。作為歷史中關(guān)鍵點(diǎn)的A之死亡不可避免，具體的經(jīng)過則取決于B這個觀察者，即世界線會在A的死亡之處收束。
總之，在這里歷史是穩(wěn)定的，它能夠自我修復(fù)；就像碗里的玻璃球，無論怎么撥動它，當(dāng)你放手時它還是會落向碗底——因?yàn)檫@是物理定律規(guī)范的最穩(wěn)定狀態(tài)。
第二類方法便是假設(shè)平行宇宙的存在?！捌叫杏钪胬碚摗碧岢龅某踔允菫榱私忉屃孔恿W(xué)的一些效應(yīng)（詳見平行宇宙終結(jié)于哪一層？），將其應(yīng)用于時間旅行能給予“祖父悖論”有力的回?fù)簟?/p>
當(dāng)有人回到過去并改變歷史時，時間會產(chǎn)生分叉，形成一個與原來世界平行且擁有不同歷史的宇宙。我們還是用“祖父悖論”中的例子：如果C回到過去殺死了祖父，便會創(chuàng)造出一個平行世界——在這里，雖然C沒有出生，但他的存在來自于原來的世界，因此并沒有邏輯上的矛盾。
有了這些基礎(chǔ)，我們便可以考慮這部電影中的時間規(guī)則了。
時間原石（圖源：Marvel Studios）
穩(wěn)定卻可改變的歷史？
不得不說，《復(fù)仇者聯(lián)盟4》中關(guān)于“時間穿越”的敘述不是非常清晰，并沒有一套完整的規(guī)則呈現(xiàn)給觀眾。我們只能利用電影里出現(xiàn)的線索進(jìn)行推測，還原出可能的設(shè)定框架。
首先，歷史中的關(guān)鍵性事件是不可改變的；無論如何修改過去，滅霸都會打一個響指抹去一半的生命。這應(yīng)該就是不能通過殺死嬰兒滅霸來阻止這一切的原因。我們再來看看古一法師對班納說的話：“無限原石締造了你們所感受到的時間流，少了一顆原石就意味著分流?！边@說明，只要無限原石存在，就不會產(chǎn)生平行宇宙。
從上面的敘述中，我們可以推斷，漫威宇宙的時間設(shè)定大體上屬于之前提到的“穩(wěn)定歷史”而非平行宇宙，與“世界線收束”比較相近。畢竟在平行宇宙中，充滿悲傷的世界始終存在。
既然歷史是穩(wěn)定的，英雄們就只能默默忍受嗎？答案顯然是否定的，我們還未發(fā)掘原石的力量?！坝钪鎰傉Q生的時候，只是一片虛無。然后，砰！宇宙大爆炸帶來了六種元素寶石，在原始的宇宙中穿行。每個無限寶石，都控制著一種宇宙本源屬性?！敝皽绨缘膭倮蔷C合了六顆原石的力量。只要集齊寶石，就可以逆轉(zhuǎn)滅霸響指的結(jié)果；所以鋼鐵俠等人便回到過去尋找寶石。
值得注意的是，這并不是說滅霸沒有清理宇宙，而是超級英雄在這個結(jié)果之上將化作煙塵的人們帶了回來。
但是，歷史不是不能改變嗎？是的，自然條件下的死者并不能復(fù)生。我們可以將那些因滅霸的響指消失的人看作非自然的逝者，或者說他們其實(shí)并沒有真正意義上地死去，只是由于原石的力量而消失了，匯聚原石便可以使他們重現(xiàn)。關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以參考蜘蛛俠回來后對鋼鐵俠說的話：“天啊，你絕對想不到發(fā)生了什么。你還記得我們在太空里嗎？然后我變成灰了，我肯定是昏了過去，我醒后你已經(jīng)走了?！?/p>
原石的缺失會使分叉出的世界走向黑暗。因此，美國隊(duì)長必須將所有寶石送回原處。完成任務(wù)后，他并沒有馬上返回，而是選擇與佩吉一同度過了另一個人生。既然歷史是穩(wěn)定的，年老美國隊(duì)長的出現(xiàn)便合情合理。
看到這里，我們也許更想知道，現(xiàn)實(shí)中的時間穿越是可能的嗎？
時間穿越的物理基礎(chǔ)
1915年，愛因斯坦完成了偉大的廣義相對論，他的引力場方程提供了一種完全不同于牛頓物理的世界圖景。在愛因斯坦的宇宙中，一個時間維和三個空間維構(gòu)成了一體化的四維時空；時空是可以彎曲的，就像一塊可以扭曲的彈性膜。擁有質(zhì)量的物體可以改變周圍空間的形狀，也會使時間的流動發(fā)生改變。
通過研究廣義相對論方程，愛因斯坦和內(nèi)森·羅森（Nathan Rosen）發(fā)現(xiàn)，可能存在一種連接兩個不同時空的狹窄隧道。這一時空橋梁被稱為“愛因斯坦－羅森橋”，也就是后來人們所說的“蟲洞”。
事實(shí)上，“蟲洞”一詞來源于著名物理學(xué)家約翰·惠勒（John Archibald Wheeler，1911年7月9日—2008年4月13日）；他把“愛因斯坦－羅森橋”比作蟲子在蘋果上咬出的洞。如果你要在蘋果上的兩點(diǎn)之間穿梭，相比于蘋果表面，蟲洞顯然更近一些。這一比喻形象地表達(dá)出了蟲洞作為不同時空間捷徑的特性。
1937年，荷蘭數(shù)學(xué)家威廉·范斯托克姆（Willem Jacob van Stockum）發(fā)現(xiàn)了廣義相對論方程的一個解。在一個高速旋轉(zhuǎn)的無限長柱狀引力場中，可能出現(xiàn)連接不同時空的“閉合類時曲線”。當(dāng)人們乘坐宇宙飛船沿這類曲線飛行時，不僅可以返回過去，也可以到達(dá)未來。但是，這將違反因果律，可能你今天出發(fā)旅行，卻在昨天返回家中。
后來，庫爾特·哥德爾（Kurt Godel）發(fā)現(xiàn)了一個更奇怪的解。他假定整個宇宙是旋轉(zhuǎn)的，其結(jié)果是：一個人原則上可以在宇宙中任意兩個時空點(diǎn)之間旅行。這位旅行者可以看到任何一個事件，無論它發(fā)生在多久以前。值得一提的是，哥德爾是二十世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家之一，他的名字因“哥德爾不完備性定理”響徹學(xué)界。哥德爾和愛因斯坦是好朋友；據(jù)說，愛因斯坦曾表示，他去辦公室上班只是為了能和哥德爾一起步行回家。
這些奇特的解使愛因斯坦深感困惑；但數(shù)學(xué)不會撒謊，它們確確實(shí)實(shí)存在。事實(shí)上，在當(dāng)時幾乎沒有人認(rèn)真思考這類問題；多數(shù)物理學(xué)家的意見是，這些解并沒有現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，那些難以理解的古怪現(xiàn)象不可能發(fā)生。沒有宇宙飛船能夠承受如此高的轉(zhuǎn)速，我們也無法找到無限長的柱形重力場。
到了1985年，美國天文學(xué)家卡爾·薩根（Carl Sagan）寫了一部名為《接觸》（Contact）的小說，講的是人類通過黑洞與外星文明進(jìn)行超時空接觸的故事。他擔(dān)心自己會在物理上犯錯，于是向好友基普·索恩（Kip Thorne）請教。索恩的建議是把“黑洞”改為“蟲洞”，因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)有的物理知識，黑洞會把飛船撕得粉碎。
通過超空間連接地球和26光年外的織女星的蟲洞（圖源：參考資料[4]）
正是以這件事以契機(jī)，索恩開始從廣義相對論出發(fā)研究蟲洞的一些性質(zhì)。我們可以完全相信基普的物理水平，畢竟作為廣義相對論研究“泰斗”的他已于2017年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。由于時空的彎曲，蟲洞兩端的時間流并不相同；這意味著，我們可以將蟲洞當(dāng)做時間機(jī)器。
那么，我們該如何建造一個蟲洞呢？
索恩認(rèn)為，我們有兩種方法制造蟲洞。第一種是量子方法。根據(jù)量子力學(xué)，有科學(xué)家推測真空中存在著量子漲落；可以將其理解為引力場的不均勻，就像面包中的空洞。這樣的情況下，蟲洞會不斷地自發(fā)生成。不過它們的尺度極小，對它們而言，我們現(xiàn)在最精銳的顯微鏡所能看到的東西仍是非常宏觀的。一個高等文明也許可以將蟲洞從這些量子漲落的泡沫中拉出來。
第二種方法是將龐大的能量聚于一點(diǎn)，使時空產(chǎn)生極度的扭曲，最終形成蟲洞。
但是，要想穿越蟲洞，必須保持蟲洞的開放。計(jì)算表明，在自然情況下，蟲洞很可能在極短的時間內(nèi)坍塌?；照J(rèn)為，如果我們將一種擁有負(fù)能量的“奇異物質(zhì)”填入蟲洞，就能維持蟲洞的大小。然而據(jù)估算，維持一個半徑為1公里的蟲洞所需要的奇異物質(zhì)的數(shù)量與整個太陽系相當(dāng)。
除了嚇人的技術(shù)性難題，很多科學(xué)家也對計(jì)算的結(jié)果表示懷疑。在這些極端情形中，作為索恩出發(fā)點(diǎn)的廣義相對論并不能給出令人信服的結(jié)果，因?yàn)橄鄬φ撝胁]有量子力學(xué)的位置。我們需要一個包含引力和量子力學(xué)的理論，它能給出這些問題的答案。顯然，人類還有很長的路要走。
事實(shí)上，相比于回到過去，單向的未來旅行要容易的多，我們不一定非要構(gòu)造蟲洞。一種可能的辦法是利用黑洞。根據(jù)廣義相對論，在大質(zhì)量天體附近，時間會流動得很慢。黑洞的質(zhì)量滿足這一條件；理論上只要我們開著飛船在黑洞周圍逗留一會兒（小心不要被吸進(jìn)黑洞?。?，然后返回地球，就將看到未來的世界。
參考資料
[1] http://www.lifeweek.com.cn/2014/1204/45402_4.shtml
[2] A.Carlini,V.P. Frolov,M.B. Mensky,I.D.Novikov,H.H. Soleng，Time machines: the Principle of Self-Consistency as a consequence of the Principle of Minimal Action，Int.J.Mod.Phys. D4 (1995) 557-580; Erratum-ibid. D5 (1996) 99
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Novikov_self-consistency_principle
[4] 基普·索恩，《黑洞與時間彎曲》，湖南科學(xué)技術(shù)出版社（2000）
[5] 馬丁·海德格爾，《存在與時間》，生活·讀書·新知 三聯(lián)書店（2014）
[6] Kaonan Micadei, John P. S. Peterson, Alexandre M. Souza, Roberto S. Sarthour, Ivan S. Oliveira, Gabriel T. Landi, Tiago B. Batalh?o, Roberto M. Serra, Eric Lutz，Reversing the thermodynamic arrow of time using quantum correlations，arXiv:1711.03323 [quant-ph]
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