c 教育视野-
您当前所在的位置: 首页 > 特色栏目 > 教育视野
复联4中的时间旅行,在现实世界可能吗?
发布时间:2019-05-06作者:供稿:李唐/赛先生

 

漫威宇宙的时间流动设定究竟怎样?现实世界之中,我们能否回到过去,改变历史?时间可以被操纵吗?

 

 

撰文 | 李唐

 

看过复联4了么?对于每一个漫威迷来说,这绝对称得上是史诗之战了。我们还记得在《复仇者联盟3:无限战争》中,大反派灭霸集齐了所有的无限宝石。在他的弹指之间,黑豹、奇异博士、蜘蛛侠等人均化作了烟尘。在新的故事中,剩下的英雄们利用科技创造出了时间机器;他们将穿越时间,拯救逝者。

在影片中,“时间”始终是一个晦暗不明却又十分重要的组分,漫威宇宙的时间流动设定究竟怎样?现实世界之中,我们能否回到过去,改变历史?时间可以被操纵吗?也许,现代物理学能够给予我们些许线索。

 

祖父悖论

时间旅行一直是科幻小说、电影的常见主题。著名的《终结者》系列、《回到未来》等影片均是将剧情架构于穿越时间的想象之上。现在较为公认的“时间旅行”之先驱是英国作家赫伯特·乔治·威尔斯。早在1895年,他的小说《时间机器》便已出版。这部作品讲述的是时间旅行者发明了时间机器,可以自由驰骋于时间的维度之上;当他来到公元802701年的世界时,却看到了一幅可怕的图景。

但从逻辑上讲,时间旅行也许会带来麻烦。如果有人乘坐时光机回到过去杀死了自己的祖父母,那在未来他也不会出生,又有谁返回过去呢?这样,我们便陷入了一个因果循环——人们称其为祖父悖论。其实,这一悖谬最早是由法国科幻小说作家赫内·巴赫札维勒(René Barjavel)在他1943年的小说《不小心的旅行者》(Le Voyageur Imprudent)中提出的。

这一悖论在因果性上似乎无懈可击,有许多人因此认为时间旅行是不可能的。著名物理学家霍金曾进行了一次有趣的实验。他在2009628日举办了一场派对,诚挚地邀请时间旅行者参加。派对开始之前,霍金未将此事告诉任何人,在其结束后才发出了请柬;他相信,至少可以有几份请柬流传至数千年后的未来。用他自己的话说,这是对时间旅行者的一次终极考验。遗憾的是,霍金和他为穿越者准备的香槟孤独地等了很久,仍无人露面。霍金认为,这证明并不存在时间旅行。

但是,人类的好奇心并没有因为“祖父悖论”而停滞不前,毕竟穿梭时间这件事实在是太酷了!

 

拯救“时间旅行”

要让时间旅行在纸面上通顺,必须跳出循环的逻辑。目前,科学家们主要提出了两类解决方案。

第一类我们可以称之为“稳定历史”。顾名思义,这种理论认为历史始终是稳定的。前苏联理论物理学家诺维科夫在20世纪80年代提出了名为“诺维科夫自洽性原则”的解释性规则。他指出,虽然可以回到过去,但不能改变历史。

具体来说,当你在过去打算杀掉祖父时,物理定律会阻止你的行动;你并不能随心所欲,任何会改变未来的行为都是被禁止的,“我们不能将时间旅行者送回伊甸园要夏娃不从树上摘苹果。”[1]诺维科夫甚至给出了一些数学证明:在一定条件下,时空中粒子的相互作用满足自洽性规则,这是最小作用量原理的直接结果[2](作用量是一个与时间间隔和能量有关的物理量,这一原理是说在一个物理过程中,作用量取最小值)。

其实,这一看似奇特的规则也是可以理解的。在一个受物理定律支配的宇宙中,我们本来就不自由,比如引力定律限制我们不能在天空无所依托地随意飞行。

根据自己得到的证据,霍金也提出了一种类似的假说——“时序保护猜想”,即时间机器或者使用它的人会被直接摧毁。这是诺维科夫自洽性原则的极端版本,尽管霍金用其直接阻止了时间穿越。

诺维科夫的规则还有其它有趣的变式,一种比较新颖的是出现于日本文字冒险游戏(或动漫)《命运石之门》中的“世界线收束理论”。这种理论告诉我们,虽然世界只有一个(即不存在平行宇宙,这个我们后面会讲到),却存在无数个可能性分支(即世界线),它们会在关键的节点上汇聚。例如,A2018年因车祸死去,B返回过去拯救A。但B很快发现,无论他采取什么措施,A仍然摆脱不了死亡的命运;比如在车祸前将A带去别处,A还是会因航空事故而丧命。作为历史中关键点的A之死亡不可避免,具体的经过则取决于B这个观察者,即世界线会在A的死亡之处收束。

总之,在这里历史是稳定的,它能够自我修复;就像碗里的玻璃球,无论怎么拨动它,当你放手时它还是会落向碗底——因为这是物理定律规范的最稳定状态。

第二类方法便是假设平行宇宙的存在。“平行宇宙理论”提出的初衷是为了解释量子力学的一些效应(详见平行宇宙终结于哪一层?),将其应用于时间旅行能给予“祖父悖论”有力的回击。

当有人回到过去并改变历史时,时间会产生分叉,形成一个与原来世界平行且拥有不同历史的宇宙。我们还是用“祖父悖论”中的例子:如果C回到过去杀死了祖父,便会创造出一个平行世界——在这里,虽然C没有出生,但他的存在来自于原来的世界,因此并没有逻辑上的矛盾。

有了这些基础,我们便可以考虑这部电影中的时间规则了。

 

稳定却可改变的历史?

不得不说,《复仇者联盟4》中关于“时间穿越”的叙述不是非常清晰,并没有一套完整的规则呈现给观众。我们只能利用电影里出现的线索进行推测,还原出可能的设定框架。

首先,历史中的关键性事件是不可改变的;无论如何修改过去,灭霸都会打一个响指抹去一半的生命。这应该就是不能通过杀死婴儿灭霸来阻止这一切的原因。我们再来看看古一法师对班纳说的话:“无限原石缔造了你们所感受到的时间流,少了一颗原石就意味着分流。”这说明,只要无限原石存在,就不会产生平行宇宙。

从上面的叙述中,我们可以推断,漫威宇宙的时间设定大体上属于之前提到的“稳定历史”而非平行宇宙,与“世界线收束”比较相近。毕竟在平行宇宙中,充满悲伤的世界始终存在。

既然历史是稳定的,英雄们就只能默默忍受吗?答案显然是否定的,我们还未发掘原石的力量。“宇宙刚诞生的时候,只是一片虚无。然后,砰!宇宙大爆炸带来了六种元素宝石,在原始的宇宙中穿行。每个无限宝石,都控制着一种宇宙本源属性。”之前灭霸的胜利正是综合了六颗原石的力量。只要集齐宝石,就可以逆转灭霸响指的结果;所以钢铁侠等人便回到过去寻找宝石。

值得注意的是,这并不是说灭霸没有清理宇宙,而是超级英雄在这个结果之上将化作烟尘的人们带了回来。

但是,历史不是不能改变吗?是的,自然条件下的死者并不能复生。我们可以将那些因灭霸的响指消失的人看作非自然的逝者,或者说他们其实并没有真正意义上地死去,只是由于原石的力量而消失了,汇聚原石便可以使他们重现。关于这一点,我们可以参考蜘蛛侠回来后对钢铁侠说的话:“天啊,你绝对想不到发生了什么。你还记得我们在太空里吗?然后我变成灰了,我肯定是昏了过去,我醒后你已经走了。”

原石的缺失会使分叉出的世界走向黑暗。因此,美国队长必须将所有宝石送回原处。完成任务后,他并没有马上返回,而是选择与佩吉一同度过了另一个人生。既然历史是稳定的,年老美国队长的出现便合情合理。

看到这里,我们也许更想知道,现实中的时间穿越是可能的吗?

 

时间穿越的物理基础

1915年,爱因斯坦完成了伟大的广义相对论,他的引力场方程提供了一种完全不同于牛顿物理的世界图景。在爱因斯坦的宇宙中,一个时间维和三个空间维构成了一体化的四维时空;时空是可以弯曲的,就像一块可以扭曲的弹性膜。拥有质量的物体可以改变周围空间的形状,也会使时间的流动发生改变。

通过研究广义相对论方程,爱因斯坦和内森·罗森(Nathan Rosen)发现,可能存在一种连接两个不同时空的狭窄隧道。这一时空桥梁被称为“爱因斯坦-罗森桥”,也就是后来人们所说的“虫洞”。

事实上,“虫洞”一词来源于著名物理学家约翰·惠勒(John Archibald Wheeler191179日—2008413日);他把“爱因斯坦-罗森桥”比作虫子在苹果上咬出的洞。如果你要在苹果上的两点之间穿梭,相比于苹果表面,虫洞显然更近一些。这一比喻形象地表达出了虫洞作为不同时空间捷径的特性。

1937年,荷兰数学家威廉·范斯托克姆(Willem Jacob van Stockum)发现了广义相对论方程的一个解。在一个高速旋转的无限长柱状引力场中,可能出现连接不同时空的“闭合类时曲线”。当人们乘坐宇宙飞船沿这类曲线飞行时,不仅可以返回过去,也可以到达未来。但是,这将违反因果律,可能你今天出发旅行,却在昨天返回家中。

后来,库尔特·哥德尔(Kurt Godel)发现了一个更奇怪的解。他假定整个宇宙是旋转的,其结果是:一个人原则上可以在宇宙中任意两个时空点之间旅行。这位旅行者可以看到任何一个事件,无论它发生在多久以前。值得一提的是,哥德尔是二十世纪最伟大的数学家之一,他的名字因“哥德尔不完备性定理”响彻学界。哥德尔和爱因斯坦是好朋友;据说,爱因斯坦曾表示,他去办公室上班只是为了能和哥德尔一起步行回家。

这些奇特的解使爱因斯坦深感困惑;但数学不会撒谎,它们确确实实存在。事实上,在当时几乎没有人认真思考这类问题;多数物理学家的意见是,这些解并没有现实基础,那些难以理解的古怪现象不可能发生。没有宇宙飞船能够承受如此高的转速,我们也无法找到无限长的柱形重力场。

到了1985年,美国天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)写了一部名为《接触》(Contact)的小说,讲的是人类通过黑洞与外星文明进行超时空接触的故事。他担心自己会在物理上犯错,于是向好友基普·索恩(Kip Thorne)请教。索恩的建议是把“黑洞”改为“虫洞”,因为根据现有的物理知识,黑洞会把飞船撕得粉碎。

正是以这件事以契机,索恩开始从广义相对论出发研究虫洞的一些性质。我们可以完全相信基普的物理水平,毕竟作为广义相对论研究“泰斗”的他已于2017年获得了诺贝尔物理学奖。由于时空的弯曲,虫洞两端的时间流并不相同;这意味着,我们可以将虫洞当做时间机器。

 

那么,我们该如何建造一个虫洞呢?

索恩认为,我们有两种方法制造虫洞。第一种是量子方法。根据量子力学,有科学家推测真空中存在着量子涨落;可以将其理解为引力场的不均匀,就像面包中的空洞。这样的情况下,虫洞会不断地自发生成。不过它们的尺度极小,对它们而言,我们现在最精锐的显微镜所能看到的东西仍是非常宏观的。一个高等文明也许可以将虫洞从这些量子涨落的泡沫中拉出来。

第二种方法是将庞大的能量聚于一点,使时空产生极度的扭曲,最终形成虫洞。

但是,要想穿越虫洞,必须保持虫洞的开放。计算表明,在自然情况下,虫洞很可能在极短的时间内坍塌。基普认为,如果我们将一种拥有负能量的“奇异物质”填入虫洞,就能维持虫洞的大小。然而据估算,维持一个半径为1公里的虫洞所需要的奇异物质的数量与整个太阳系相当。

除了吓人的技术性难题,很多科学家也对计算的结果表示怀疑。在这些极端情形中,作为索恩出发点的广义相对论并不能给出令人信服的结果,因为相对论中并没有量子力学的位置。我们需要一个包含引力和量子力学的理论,它能给出这些问题的答案。显然,人类还有很长的路要走。

事实上,相比于回到过去,单向的未来旅行要容易的多,我们不一定非要构造虫洞。一种可能的办法是利用黑洞。根据广义相对论,在大质量天体附近,时间会流动得很慢。黑洞的质量满足这一条件;理论上只要我们开着飞船在黑洞周围逗留一会儿(小心不要被吸进黑洞!),然后返回地球,就将看到未来的世界。

 

 

 

分享到:
返回首页