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时光旅行是许多科幻小说家最喜爱用的剧情元素之一,撇开现实理论因素,这种天马
行空的幻想可是让许多科幻迷如痴如醉。时光旅行,这一名词的出现源於一八九五年威尔
斯所撰写的一部《时光机器》小说,在当时引起极大的热潮,也开创了日後科学家对未来
梦想的憧憬。
那麽先不管实务的技术面,我们从纯理论上来讨论时光旅行的可行性。目前人类对时
空的了解就只能从爱因斯坦的相对论做解释。从狭义相对论中的「时间膨胀」的观念可以
产生「时差」,即相对於参考体进行高速运动的物体,其本身的时间流逝会变成缓慢,速
率愈逼近光速,时间缓慢的效应愈明显。有名的双生子谬论(twin paradox)便是描述「时
差」最好的假想实验。那位乘坐高速太空船的哥哥回到地球後,发现弟弟比自己老很多,
换句话说,对於哥哥而言,他「跃」入了未来的时空与弟弟相见。不过这样的时光旅行,
代价实在太大了。那麽,这位哥哥有可能再回到过去见到年轻的弟弟吗?恐怕没有人能回
答,甚至在某些理论的限制下,哥哥永远回不到过去了。
时光旅行在假想实验的推演,证实进入未来是可允许的。那麽时光旅行是否能回到过
去?
依照传统的时空理论,我们所得到的答案是「回到过去的机会微乎其微。」所以机光
机在遥远的未来也不会存在。真的是这样子吗?
看到这个争论,大部分的学者首先用经验法则来辩论。到目前为止,我们从未发现疑
似来自未来世界人类的证据,按照生物学与所有物理学的经验判断,时光机的发明可能在
数百年甚至数千年後的遥远未来,那时人类的形貌与穿着,甚至是语言肯定与现在不同。
其相异的程度,即把未来人放到人群中,我们可以一眼看出那个人与众不同。这一点有些
学者持相反意见,他们认为那些未来人必定受到严格的规范,不得与过去人相见,而且未
来的科技可能会发明出别人无法察见的隐形装置。所以我们当然看不见那些未来人,甚至
他们做了什麽改变历史的事,当代人可能会认为那是自然发生的事。
上述的论点事实上缺乏一套严谨的逻辑推演。後来,一些理论物理学家与数学家的研
究下,发现要回到过去,必须遵守一项非常重要的假想定理:我们不可能回到机光机器发
明那个时间点之前的过去。为了方便以下论述,笔者将这定理称为「时光旅行第一假想定
理」。
为了解释这个定理,我们要先定义一些基本假设:
1.我们无法得知其他宇宙智慧生物是否已发明了时光机器,因此以下的论述必须加以条
件化。
2.若我们所在的四次元时空宇宙只能拥有一条时空轨迹,事实上,按照经验法则,在巨
观上,我们无法察觉其他分裂的时空轨迹,亦即我们的历史是唯一的。
3.我们宇宙所属的时空轨迹,其所形成的「时间回路」是永续存在,也是全有全无的,
否则会造成因果律的崩溃。
其实第三点的基本假设就隐含了第一假想定理的精神,时光机器发明後的时空轨迹才
能被允许建立时间回路。若这时间回路被建立在时光机发明的时间点之前,那麽会有一段
时空轨迹会因「无中生有」的介入而造成因果律的破坏。所以唯有将时间回路的最早建立
的点小於或等於时光机器发明的时间点,才符合数学法则。
笔者先举一个假想例子:
在公元1905年,年轻的爱因斯坦凭自己的实力发表了「狭义相对论」,後来他在构思
广义相对论时,意外得到「神秘人」的帮助,在自己桌上发现一叠写满了小字的纸张,而
且笔迹异常熟悉,他看了一会儿,忽然大叫:「就是这个了!」因此他就发表了广义相对
论,扬名国际,成为大师级物理学家。後来在他晚年时,意外发明了时光机,这时他才想
起自己年轻的时候得到一位「神秘人」的帮助,原来这神秘人就是未来的自己呀!於是他
乘坐时光机回到过去,把广义相对论手稿偷偷放在桌上,完成了这项非得完成的任务。
这个假想例子衍生许多问题,这是一个强制建立的时间回路,而且违背了第一假想定
理。我们来分析看看,这个时间回路本身就有一个很大的瑕玼,那就是「广义相对论」是
怎麽冒出来的?这是个「无中生有」的谬论,光是这个谬论就可以推翻这个不应该存在的
时间回路。而且,如果年老的爱因斯坦忘记这件重要的事,没有拿广义相对论回去帮助过
去的自己,那麽过去的自己是如何得到广义相对论?对於年老的爱因斯坦,他的记忆就是
有「神秘人」帮助自己,如果他没有回到过去,那麽就算是过去的爱因斯坦靠自己的力量
完成,那麽这「被篡改」的历史就与年老爱因斯坦的记忆产生灾难性的冲突,也就是违反
了因果律,对於唯一存在的历史时空轨迹,这样的时间回路不可能存在。
这个例子否定了这样的时间回路,然而究竟是因为第一假想定理的规范,还是「回到
过去」这件事是不可能的?以下我们再分析。
时间回路的特性是永续存在,而且遵守全有全无律,它不可能在一个从来没有时间回
路存在的时空轨迹被建立,底下我们来看这个例子:
郑先生搭乘时光机回到过去杀死自己的双亲。
好,这是一项很有名的「弑亲谬论」,我们将时光机的发明时间条件化:
1.假设时光机在 郑先生出生以前就发明了,而且该时光旅行遵守第一假想定理,即将
时间回路合法化,那麽郑先生杀死过去的双亲的结果,必将造成严重的自然大灾难。
因这条时间回路是合法的,所以理论上任何人所建立自己所属的时间回路所做的改变
将成为永恒的历史。不过这仍然无法解决「无中生有」的问题。 郑先生回到过去杀
死自己的双亲,那麽自己就不会出生了,在这条时空轨迹上所有属於 郑先生的一切
资讯将不复存在,那麽既然 郑先生不存在了,这个不存在的人怎麽可能回到过去杀
死自己双亲呢?而且,原先那个执行凶杀案的那个 郑先生又是谁?很明显的,这样
的时间回路会自我毁灭,那它当初干嘛被建立呢?既然不能永续存在,那麽不如不要
存在。时间回路就是这样的特性。
2.假设时光机在 郑先生出生之後被发明。我们先不论第一假想定理,若这项时间回路
被强制建立,仍然会发生第1.点所描述的超级大灾难。所以本点无论如何不能成立。
从上述的推理我们可以从中获得一些资讯,第一假想定理的确立是数学结果,而理论
物理研究所得到的数学结果若不加些条件限制,未必符合现实状况。例如有些场方程式的
解会出现虚数,但是我们不能说这样的结果是错的,我们只能说在我们现有的物理描述工
具还无法解释这个解的意义,或在我们所处的三次元宇宙空间里,这样的解可能存在於更
高层次的维度。
以上的逻辑是基於第二基本假设所得,即四次元时空宇宙只能被观察到唯一的时空轨
迹。好,从爱因斯坦的「无中生有」与 郑先生弑亲的假想例子,似乎可以初步得到一项
重要的结论,那就是时间回路不可能存在,也就是时光器永远不可能被发明,或说回到过
去是不可能办到的。
後来,有一批扞卫「时光旅行可被允许」的学者提出反驳,他们认为合法建立的时间
回路是不必被消灭的,拿弑亲谬论来说, 郑先生可以回到过去,但是他无论怎样尝试,
他无法成功杀死自己的双亲,总是会有「未知」的力量在阻止他犯案,以维持因果律的完
整性。这一派的学者我们姑且称为「修正理论派」,以有别於「传统理论派」。
传统理论派的学者开始冷笑了,他们炮轰那些修正理论派这样的说法不啻是为了支持
时光旅行的可行性而做的自圆其说,而且这样的修正理论还无法解释「无中生有」的问题
。然而修正理论派学者可不是省油的灯,他们乾脆定义「无中生有」的时间回路不可能被
建立,所以年老的爱因斯坦一旦想要拿广义相对论手稿回到过去时,在他回到过去那一刹
那,历史就改变了,可能年老的爱因斯坦在那一瞬间就想起了其实根本就没有人帮助年轻
时的他,根本是凭自己的实力完成的,然後他还愣愣地看着手中的手稿,忘了当初自己回
到过去的目的,接着就摸摸鼻子回到未来。修正理论派这项崭新的观点很「哲学」,但是
并不科学,然而就算是传统理论派学者,短时间内也很难反驳这种新理论,因为「回到过
去」很难做假想实验。
正当这两派学者在争论的同时,另一批研究量子力学的物理学家在他们的领域里偶然
发现到一项很有趣的现象。量子总是以固定一面的特性被我们观察到。但是仍然有其他特
性的解存在着,只是我们永远无法在我们所属的宇宙观察到。天才物理学家费曼在描述电
子从A到B的运动,说明电子同时走过所有可能的路径,然而当我们间接观察它的时候,它
又规规矩矩地按照物理定律走,当然,我们不可能「直接」观察电子的运动状态。
在电子双狭缝干涉实验显示,电子按照所有可能的路径到达狭缝时,便发生了干涉现
象。单颗电子竟似同时通过两个狭缝到达屏幕,而且所偏折的角度是随机的。当电子打出
的数量一多,干涉条纹就产生了。然而,有科学家为了想了解电子通过狭缝的状态,在狭
缝上各装上电子探测器。结果电子又变成只选择单一狭缝通过而笔直到达屏幕,再无干涉
条纹。这到底是怎麽回事?
天才物理学家费曼乾脆把狭缝先拿掉,并提出电子在同一时间走了无限多种可能的路
径而到达屏幕,而原本的狭缝只是挡住了那无限多种走不过去的路径,只留两个狭缝让电
子自己走,因此电子表现了机率波的特性,在屏幕上形成了干涉波。然而,若有人想观察
电子通过狭缝的「运动」情况,这时候就变成观察者介入的情况,电子就变成被观察者,
这样就变成了一种事件,即电子只好乖乖地一颗一次通过狭缝,在屏幕上形成两团光点。
这样的实验导致「平行宇宙」概念的诞生。
第一种实验,我们不观察、不介入电子的运动状况,那麽电子在空间中「分裂成」无
限多个可以到达屏幕的分身,到达狭缝时,只有狭缝得以让电子通过,这时的表现好像一
颗电子同时通过两个狭缝一样,到达屏幕的一瞬间才结合成一颗。这颗电子还射出之前,
所有可能的路径早就存在了,这意谓着,未来也早就存在了。但是我们无法「观察」电子
「分裂」的现象,因为,「事件」的成立,要观察者与被观察者的互动才有意义。我们一
任电子自然运动,这时硬要讨论它的运动轨迹是没有意义的,因为没有观察者的介入,因
此电子同时走无限多个路径也是没有意义的。然而,当观察者介入的时候,只能允许一种
「事件」发生,所以我们看到一颗电子一次通过一个狭缝,而没有干涉现象。
这好比有无限多个宇宙已经存在,这无限多个宇宙包含着电子所有可能的路径,因为
我们没有介入观察,所以这个所以包含无限多个「事件」的宇宙就没有意义,或说,「事
件」并没有启动,对没有介入的观察者而言是与他无关的平行宇宙事件。不过,当有观察
者介入的时候,「事件」的启动导致我们进入了其中一个宇宙,这个宇宙的电子通过其中
一个狭缝。而这个事件的另一个平行宇宙,电子可能通过另一个狭缝,被那个宇宙的自己
所观察到。
因此,「平行宇宙」是当量子受观察而变成一种确定状态而产生的解释方案。上述有
提到过,未来可能已经存在,那是拥有所有可能发生的事件的集合,而我们这一刻所表现
的事件将会影响到我们所进入的未来宇宙事件。
若我们掷骰子,数学告诉我们出现每一面的机率都是一样的,亦即未来所存在每一个
面朝上的机会是同等了,当我们掷出一点时,我们就参与了骰子一点那面朝上的宇宙事件
。因此,当我们参与了某一面骰子朝上的宇宙,我们就看不见其他面。而这一面可以被其
他的平行宇宙的人所观察到。
平行宇宙这概念一旦被人所接受,那麽接下来所揭櫫的就是时间的本质。
平行宇宙事件的切换导致「时间流逝」的感受,就好像在播放影片一样,这个动作变
换的下个动作的「事件」切换,很轻易地让「过去」不断产生,而历史也在同时被纪录下
来。在平行宇宙的理论里,时间是量子化的,而且也让不同的观察者的事件成为独立的事
件,也就是每个观察者的时间流逝感依照自己的行为所决定。这与爱因斯坦所主张的「时
间相对性」不谋而合。相对於参考体进行高速运动的某甲,他认为自己的时间流逝速率如
往常一般,但是在参考体上的某乙所见,某甲的宇宙分页切换因为运动速度太快,而导致
「翻页时距」相对变长,所以会认为某甲的时间变慢了。
再回到时光机器的存在性,之前的第二基本假设是一个宇宙只能拥有独一无二的时空
轨迹,即历史轨迹,在平行宇宙中依然成立。因此,每一个平行宇宙同样只能允许存在唯
一的时空轨迹,否则一旦分裂的话,那就是另外一个平行宇宙了。不过前一句并不太正确
,依照平行宇宙理论,所有可能的时空轨迹早就存在了,即分别存於所属的平行宇宙里。
因此,在提到时间回路的建立,若建立在同一条时空轨迹理论上是不被允许的,就好
像电路短路一样的道理。那麽,若时间回路分别连往不同的时空轨迹,那麽所有的问题便
迎刃而解了。所以 郑先生可以坐时光机回到过去杀死双亲,只是他回到的是不同於他所
属的平行宇宙。原来宇宙的 郑先生消失了(不过不违背因果律),新宇宙的 郑先生得
手後,原本应该要出生的 郑先生就无法出世,而由凶手 郑先生来取代。
在平行宇宙的存在下,第一假想定律仍然适用,在该平行宇宙未有时光机发明之前,
仍然不可能有时间回路的联结,否则已纪录的历史资讯一旦遭修改,仍然不符合时间回路
永续存在与全有全无的原则,就算跨平行宇宙的时间回路也是一样。
笔者後记:以上似是而非的时空理论未必符合真实,请各位读者当作小说阅读即可,若无
法理解笔者的想法,那是正常现象。
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