如果你能夠預(yù)知未來，你會(huì)去改變它嗎？(文源美國(guó)漫威影像)

?

?

沒有惱人的悖論，你也能進(jìn)行時(shí)間旅行

時(shí)間旅行通常是科幻小說的主題，并且它被作家們描述得有理有據(jù)。誰不想回到過去探索歷史，或者拯救世界免于災(zāi)難呢?在理論物理學(xué)的背景下，時(shí)間旅行被深入研究，因?yàn)樗鼨z驗(yàn)了人類科學(xué)理論的極限。如果時(shí)間旅行是可能的，它將對(duì)從宇宙的起源到自由意志的存在的一切事物產(chǎn)生影響。時(shí)間旅行理論的核心問題之一是它引起了邏輯悖論。但一些研究人員認(rèn)為，他們已經(jīng)解決了這個(gè)棘手的悖論問題。

? ? ? ?

? ? ?

在討論科學(xué)家工作的細(xì)節(jié)之前，讓我們談?wù)剷r(shí)間旅行在理論物理學(xué)中意味著什么。在廣義相對(duì)論中，沒有代表宇宙時(shí)間或年齡的宇宙時(shí)鐘。時(shí)間不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。一個(gè)物體的時(shí)間流動(dòng)速率取決于它相對(duì)于另一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)方式。我們每個(gè)人對(duì)時(shí)間的體驗(yàn)都是獨(dú)一無二的。這意味著一個(gè)物體的位置是由它在空間和時(shí)間上的位置來定義的，這就是為什么時(shí)間有時(shí)被稱為第四維。雖然你不能從字面上完全理解這個(gè)概念，但四維空間是一種很好的具象化時(shí)空的方式。

?

? ? ? ?

? ? ?

與正常時(shí)間型曲線相比的CTC的路徑。供稿:本·蒂皮特和大衛(wèi)·贊加斯。你可以穿越空間，也可以穿越時(shí)間。在物理學(xué)中，這意味著我們可以在時(shí)空中畫一條線，代表了你在時(shí)空中的路徑或運(yùn)動(dòng)。這就是所謂的時(shí)間型曲線。你的整個(gè)生命可以從你光榮的誕生到你不可避免的死亡，被追溯成一條線。這在狹義相對(duì)論中很簡(jiǎn)單，但在廣義相對(duì)論中，事情變得復(fù)雜了。在相對(duì)論中，引力是由時(shí)空的扭曲引起的。正如約翰·惠勒曾經(jīng)說過的:物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，而時(shí)空告訴物質(zhì)如何移動(dòng)。由于重力的作用，你的時(shí)間型曲線可以彎曲和扭曲。

?

?

?

? ? ? ?

? ? ?

?

沒有麻煩的悖論的時(shí)間旅行

?

如果你可以控制時(shí)間回到過去，時(shí)間線將會(huì)成為一個(gè)閉合的曲線，這就意味著不論你如何選擇并行駛你的人生旅途，它總是會(huì)回到起點(diǎn)——你出生的時(shí)間和地點(diǎn)。值得慶賀的是，時(shí)間旅行或許能以某種方式實(shí)現(xiàn)，如果時(shí)間旅行可行，CTC（時(shí)間閉合曲線）必將是可以被創(chuàng)造的。

在廣義相對(duì)論中，時(shí)間閉合曲線是存在的。1949年， Kurt G?del 設(shè)計(jì)了一種存在CTC且嚴(yán)格遵循相對(duì)論的旋轉(zhuǎn)宇宙。盡管我們沒有生活在G?del宇宙中，但后來的研究中表明在我們的宇宙中也可以創(chuàng)造出CTC。同時(shí)，原子物理和量子論為時(shí)間旅行提供了理論基礎(chǔ)，時(shí)光機(jī)也被廣義相對(duì)論所預(yù)言。

? ? ? ?

? ? ?

如果你正準(zhǔn)備來一次時(shí)間旅行，為什么不現(xiàn)在就去呢？（Oto Godfrey 和 Justin MortonSo）讓我們?cè)O(shè)想在某一時(shí)刻已經(jīng)擁有了時(shí)光機(jī)，然而，悖論也隨之產(chǎn)生?！凹僭O(shè)現(xiàn)在我穿越回1955年，去阻止我的父親邀請(qǐng)我的母親參加海底舞會(huì)，阻止他們相愛約會(huì)，結(jié)婚生子，這是不是意味著我將不會(huì)出生了呢？但是如果我不會(huì)出生，我又如何乘時(shí)光機(jī)去拆散我的父母？但接下來…噢天吶。”這是電影《回到未來》的一幕同時(shí)也是一個(gè)祖父悖論的例子。當(dāng)時(shí)間旅行允許你干擾從前的人生，這里就已經(jīng)沒有一個(gè)你可以遵循的不變的時(shí)間線。

? ? ? ?

? ? ?

為了解釋這個(gè)悖論，我們可以假設(shè)這里總是存在一個(gè)事件鏈來防止自相矛盾的情況發(fā)生。科幻小說家 Larry Niven將這種機(jī)制命名為歷史守恒定律，而在物理中，這被稱為Novikov自洽原則。俄國(guó)物理學(xué)家Igor Dmitriyevich Novikov論證到：你總是可以定義一個(gè)合理原因去解釋不同情況的悖論。但奇怪的是，基于這個(gè)原則你可以在某種程度上進(jìn)行自我影響。比如你可以穿越回過去將你的父母介紹給對(duì)方，如果你沒有穿越到過去，你將不會(huì)出生，但是你去了，所以你現(xiàn)在存在在這個(gè)世界。你干擾從前的人生，這里就已經(jīng)沒有一個(gè)你可以遵循的不變的時(shí)間線。

盡管自我一致原則確實(shí)解決了這個(gè)悖論，但很多人并不喜歡它，因?yàn)檫@意味著在過去已成定局之后，你無法改變自己的原有記憶。你出生了，所以你必須及時(shí)回到過去，讓你的父母相識(shí)。你不能改變主意，決定不回去。你的未來就像過去一樣無法改變。這就是自由意志。

? ? ? ?

? ? ?

但是自由意志是一種幻覺，對(duì)吧?畢竟，我們的大腦和身體和行星、恒星一樣，都是由同樣的物質(zhì)構(gòu)成的，都遵循同樣的物理規(guī)律，我們的自由意志不比拋來的球強(qiáng)。我們生活的故事不是我們每天寫的日記。這是一本早在你出生之前就被宇宙的物理法則所印刷和約束的書。(雖然那可能是真的，但似乎奇怪的是，時(shí)間旅行甚至可以阻止選擇的錯(cuò)覺)?？紤]到人類的本性，某些時(shí)間旅行者肯定會(huì)試圖創(chuàng)造一個(gè)悖論來看看會(huì)發(fā)生什么。

現(xiàn)在讓我們來看看這篇新論文。它不是著眼于物理學(xué)上的時(shí)間旅行，而是探索它在數(shù)學(xué)上的一致性。作者研究了你是否可以在擁有一個(gè)封閉的時(shí)間型曲線的同時(shí)仍然擁有復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)。換句話說，就是在穿越回去的同時(shí)至少能感覺到自我意志的存在。作者發(fā)現(xiàn)你可以，但以一種令人驚訝的方式。

? ? ? ?

? ? ?

CTC有多種解決方案。(文源德國(guó)托巴爾和法比奧科斯塔)他們發(fā)現(xiàn)ctc允許復(fù)雜系統(tǒng)，因?yàn)闀r(shí)間循環(huán)的約束不能唯一地定義單個(gè)路徑。相反，有多種方式來組成CTC。所以時(shí)間旅行者常常有著多種選擇。如果你出生是因?yàn)椤拔磥淼哪恪睘楦改赴才帕艘淮渭s會(huì)，那就會(huì)發(fā)生，但你可以自由選擇生活中的其他事情。也許你回到了50多歲而不是20多歲的時(shí)候。也許你試圖讓他們分手，但失敗了。各種各樣的事情都可能發(fā)生。關(guān)鍵是你不僅要關(guān)掉這種循環(huán)還要自由地做出其他選擇。即使時(shí)間旅行存在，它也不會(huì)扼殺自由意志。

當(dāng)然，這個(gè)作品并不能證明時(shí)間旅行是可能的，只能證明它是動(dòng)態(tài)一致的。如果你發(fā)現(xiàn)自己真的回到了過去，你可以放心，你的人生還沒有結(jié)束。

?

? ? ? ?

? ? ?

?

參考文獻(xiàn)：

封閉類時(shí)曲線：在一洛倫茲流形中，一條封閉類時(shí)曲線（closed timelike curve，CTC）是一物質(zhì)粒子于時(shí)空中的一種世界線，其為“封閉”，亦即會(huì)返回起始點(diǎn)。這種可能性是由威廉·范·斯托克姆（Willem Jacob van Stockum）于1937年以及庫爾特·哥德爾（KurtG?del）于1949年開啟研究風(fēng)潮。若CTC存在，則似乎隱射時(shí)間機(jī)器理論上可行，如此也引出了祖父佯謬（grandfather paradox）的夢(mèng)魘。CTC與參考系拖拽（frame dragging）以及提普勒柱體（Tipler Cylinder）有關(guān)，是廣義相對(duì)論帶來的眾多有趣的“副作用”其中一者。

? ? ? ?

? ? ?

作者：BRIAN KOBERLEIN

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處