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復聯4中的時間旅行,在現實世界可能嗎?
發布時間:2019-05-06作者:供稿:李唐/賽先生點擊數:2190

 

漫威宇宙的時間流動設定究竟怎樣?現實世界之中,我們能否回到過去,改變歷史?時間可以被操縱嗎?

 

 

撰文 | 李唐

 

看過復聯4了么?對于每一個漫威迷來說,這絕對稱得上是史詩之戰了。我們還記得在《復仇者聯盟3:無限戰爭》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造出了時間機器;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定究竟怎樣?現實世界之中,我們能否回到過去,改變歷史?時間可以被操縱嗎?也許,現代物理學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《終結者》系列、《回到未來》等影片均是將劇情架構于穿越時間的想象之上。現在較為公認的“時間旅行”之先驅是英國作家赫伯特·喬治·威爾斯。早在1895年,他的小說《時間機器》便已出版。這部作品講述的是時間旅行者發明了時間機器,可以自由馳騁于時間的維度之上;當他來到公元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——人們稱其為祖父悖論。其實,這一悖謬最早是由法國科幻小說作家赫內·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,有許多人因此認為時間旅行是不可能的。著名物理學家霍金曾進行了一次有趣的實驗。他在2009628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,在其結束后才發出了請柬;他相信,至少可以有幾份請柬流傳至數千年后的未來。用他自己的話說,這是對時間旅行者的一次終極考驗。遺憾的是,霍金和他為穿越者準備的香檳孤獨地等了很久,仍無人露面。霍金認為,這證明并不存在時間旅行。

但是,人類的好奇心并沒有因為“祖父悖論”而停滯不前,畢竟穿梭時間這件事實在是太酷了!

 

拯救“時間旅行”

要讓時間旅行在紙面上通順,必須跳出循環的邏輯。目前,科學家們主要提出了兩類解決方案。

第一類我們可以稱之為“穩定歷史”。顧名思義,這種理論認為歷史始終是穩定的。前蘇聯理論物理學家諾維科夫在20世紀80年代提出了名為“諾維科夫自洽性原則”的解釋性規則。他指出,雖然可以回到過去,但不能改變歷史。

具體來說,當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學證明:在一定條件下,時空中粒子的相互作用滿足自洽性規則,這是最小作用量原理的直接結果[2](作用量是一個與時間間隔和能量有關的物理量,這一原理是說在一個物理過程中,作用量取最小值)。

其實,這一看似奇特的規則也是可以理解的。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。

根據自己得到的證據,霍金也提出了一種類似的假說——“時序保護猜想”,即時間機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。

諾維科夫的規則還有其它有趣的變式,一種比較新穎的是出現于日本文字冒險游戲(或動漫)《命運石之門》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),卻存在無數個可能性分支(即世界線),它們會在關鍵的節點上匯聚。例如,A2018年因車禍死去,B返回過去拯救A。但B很快發現,無論他采取什么措施,A仍然擺脫不了死亡的命運;比如在車禍前將A帶去別處,A還是會因航空事故而喪命。作為歷史中關鍵點的A之死亡不可避免,具體的經過則取決于B這個觀察者,即世界線會在A的死亡之處收束。

總之,在這里歷史是穩定的,它能夠自我修復;就像碗里的玻璃球,無論怎么撥動它,當你放手時它還是會落向碗底——因為這是物理定律規范的最穩定狀態。

第二類方法便是假設平行宇宙的存在。“平行宇宙理論”提出的初衷是為了解釋量子力學的一些效應(詳見平行宇宙終結于哪一層?),將其應用于時間旅行能給予“祖父悖論”有力的回擊。

當有人回到過去并改變歷史時,時間會產生分叉,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,我們便可以考慮這部電影中的時間規則了。

 

穩定卻可改變的歷史?

不得不說,《復仇者聯盟4》中關于“時間穿越”的敘述不是非常清晰,并沒有一套完整的規則呈現給觀眾。我們只能利用電影里出現的線索進行推測,還原出可能的設定框架。

首先,歷史中的關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。”這說明,只要無限原石存在,就不會產生平行宇宙。

從上面的敘述中,我們可以推斷,漫威宇宙的時間設定大體上屬于之前提到的“穩定歷史”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,我們還未發掘原石的力量。“宇宙剛誕生的時候,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。”之前滅霸的勝利正是綜合了六顆原石的力量。只要集齊寶石,就可以逆轉滅霸響指的結果;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。關于這一點,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,我醒后你已經走了。”

原石的缺失會使分叉出的世界走向黑暗。因此,美國隊長必須將所有寶石送回原處。完成任務后,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。既然歷史是穩定的,年老美國隊長的出現便合情合理。

看到這里,我們也許更想知道,現實中的時間穿越是可能的嗎?

 

時間穿越的物理基礎

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。擁有質量的物體可以改變周圍空間的形狀,也會使時間的流動發生改變。

通過研究廣義相對論方程,愛因斯坦和內森·羅森(Nathan Rosen)發現,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”。

事實上,“蟲洞”一詞來源于著名物理學家約翰·惠勒(John Archibald Wheeler191179日—2008413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出了蟲洞作為不同時空間捷徑的特性。

1937年,荷蘭數學家威廉·范斯托克姆(Willem Jacob van Stockum)發現了廣義相對論方程的一個解。在一個高速旋轉的無限長柱狀引力場中,可能出現連接不同時空的“閉合類時曲線”。當人們乘坐宇宙飛船沿這類曲線飛行時,不僅可以返回過去,也可以到達未來。但是,這將違反因果律,可能你今天出發旅行,卻在昨天返回家中。

后來,庫爾特·哥德爾(Kurt Godel)發現了一個更奇怪的解。他假定整個宇宙是旋轉的,其結果是:一個人原則上可以在宇宙中任意兩個時空點之間旅行。這位旅行者可以看到任何一個事件,無論它發生在多久以前。值得一提的是,哥德爾是二十世紀最偉大的數學家之一,他的名字因“哥德爾不完備性定理”響徹學界。哥德爾和愛因斯坦是好朋友;據說,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;但數學不會撒謊,它們確確實實存在。事實上,在當時幾乎沒有人認真思考這類問題;多數物理學家的意見是,這些解并沒有現實基礎,那些難以理解的古怪現象不可能發生。沒有宇宙飛船能夠承受如此高的轉速,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行超時空接觸的故事。他擔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”,因為根據現有的物理知識,黑洞會把飛船撕得粉碎。

正是以這件事以契機,索恩開始從廣義相對論出發研究蟲洞的一些性質。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,我們可以將蟲洞當做時間機器。

 

那么,我們該如何建造一個蟲洞呢?

索恩認為,我們有兩種方法制造蟲洞。第一種是量子方法。根據量子力學,有科學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,蟲洞會不斷地自發生成。不過它們的尺度極小,對它們而言,我們現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,使時空產生極度的扭曲,最終形成蟲洞。

但是,要想穿越蟲洞,必須保持蟲洞的開放。計算表明,在自然情況下,蟲洞很可能在極短的時間內坍塌。基普認為,如果我們將一種擁有負能量的“奇異物質”填入蟲洞,就能維持蟲洞的大小。然而據估算,維持一個半徑為1公里的蟲洞所需要的奇異物質的數量與整個太陽系相當。

除了嚇人的技術性難題,很多科學家也對計算的結果表示懷疑。在這些極端情形中,作為索恩出發點的廣義相對論并不能給出令人信服的結果,因為相對論中并沒有量子力學的位置。我們需要一個包含引力和量子力學的理論,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,我們不一定非要構造蟲洞。一種可能的辦法是利用黑洞。根據廣義相對論,在大質量天體附近,時間會流動得很慢。黑洞的質量滿足這一條件;理論上只要我們開著飛船在黑洞周圍逗留一會兒(小心不要被吸進黑洞!),然后返回地球,就將看到未來的世界。

 

 

 

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