今天我們繼續(xù)來聊聊電影《信條》中的物理學。上一回，我們講了科學家設想的幾種時間機器的制造方法。但是，如果真的造出了一臺時間機器，就會引發(fā)一些自相矛盾的事情，最典型的就是祖父悖論。這些自相矛盾的事是什么？能不能用科學解釋呢？今天我們就來聊聊時空旅行中的那些悖論。本期內(nèi)容視頻版見https://www.bilibili.com/video/BV1W4411j71a

祖父悖論的解釋

祖父悖論：如果一個人想通過時間機器回到過去，在自己的父親出生前把祖父殺死，這樣的情況有沒有可能發(fā)生？

我們來簡單分析一下：

• 如果他可以坐時光機回到過去殺死祖父，那么祖父死了，他的父親就不會出生，沒有父親自然也不會有他，于是他就沒有辦法時空穿越到過去殺死自己祖父。

• 可如果他的祖父活著，就可以生出爸爸，繼而生出他，他還是可以通過時間機器回到過去把祖父殺死……

這樣就形成了一個悖論。

自從1915年愛因斯坦發(fā)表廣義相對論之后，人們對時間旅行的興趣日益濃厚。法國科幻小說作家赫內(nèi)·巴赫札維勒在他1943年的小說《不小心的旅游者》中首次提出了祖父悖論。如果時間機器真的存在，我們該如何從科學的角度來解釋這個悖論呢？

第一種解釋：香蕉皮假說

香蕉皮假說的意思是：假如一個人穿越到過去說他要殺死他的祖父，在他即將動手的瞬間，一定會有一些事阻止他。比如地上有個香蕉皮，在開槍的一瞬間他踩到香蕉皮滑倒了，于是子彈打飛了，祖父還活著；或者他殺了人回到了未來，殺錯了人……

在這種機制下，時間旅行者看似能夠自由行事，但每當其行動會導致因果悖論時，總會受到某些看似偶然的因素干擾，致使行動失敗。

關于香蕉皮假說，大家可以去看一部電影——《時間機器》。這部電影是2002年上映的，根據(jù)威爾斯的同名小說改編。電影講的是有一個男人想回到過去拯救被人槍殺的女友，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論他如何努力，都沒有辦法改變過去。

第二種解釋：諾維科夫自洽原則

相對于模糊的香蕉皮假說，諾維科夫提出了一個更加詳細的解釋——諾維科夫自洽原則：人可以回到過去，但是不能因此改變歷史的進程。也就是說，我們的世界是已經(jīng)被改變過的最終結(jié)局。

諾維科夫是前蘇聯(lián)的科學家，他認為這個世界發(fā)展是概率性的，就像量子力學一樣，每一種發(fā)展的可能都是存在的，只不過概率有大有小，而違背因果規(guī)律的矛盾事件出現(xiàn)的概率為零。

如果有一個人要回去殺他的祖父，那祖父根本就不會把這個人生出來。因為它違背了因果律，所以這件事根本就不會發(fā)生。我們可以用一個更加簡單的模型來說明諾維科夫自洽原則。

例如，我們在上一講《時間機器》的文章里談到：時空隧道由白洞和黑洞組成，一個物體從黑洞進去，會從白洞出來，而且出來的時間更早。

如果一個小球A經(jīng)過了時空隧道，并在更早的時間從白洞里出來，形成了時間旅行。然后，從白洞里出來的小球A'朝著還沒有進入黑洞的小球A撞了過去，那么會發(fā)生哪些可能的情況呢？

a). A被A'撞到后偏離了原來的軌道，沒有進入黑洞。

小球A在進入黑洞之前被A'撞了，于是運動方向發(fā)生了改變，無法進入黑洞，這和祖父悖論是一樣的道理：如果A能進黑洞，就能撞自己，讓自己無法進入黑洞；如果A進不了黑洞，就不會撞到自己，那A又能進黑洞……這樣就出現(xiàn)了邏輯矛盾。諾維科夫所說概率為零的情況正是如此：因為它違背了因果律，這種情況不會出現(xiàn)。

b). ?A被A'撞了之后，雖然路線偏轉(zhuǎn)了一點，但還是進入了黑洞。

A只是在A'的作用下稍微的偏離了原始軌道，但是依然能進入黑洞。這樣就不會出現(xiàn)邏輯矛盾，諾維科夫認為這種情況是合理的，所以發(fā)生這種情況概率就不是零。

c). ?原本小球A并未朝著黑洞運動，但是在路上被A'撞擊后剛好進入了黑洞。

原本A的行進路線并不經(jīng)過黑洞，但是在半路上，A被A'撞擊，改變了路線，進入了黑洞。A'從白洞中以較早的時間出來剛好撞擊了自己，把自己撞進了黑洞。諾維科夫認為這種情況也是有可能出現(xiàn)的，因為它不矛盾。

所有不矛盾的事物都是有可能出現(xiàn)的，而所有矛盾的事物出現(xiàn)的概率都是零，這就是諾維科夫自洽原則。從諾維科夫自洽原則可以看出，你想通過時間旅行來改變歷史是不可能的。如果你想回到過去阻止一場火災的發(fā)生，那么你很有可能會發(fā)現(xiàn)最后是你引起了這場火災。

關于諾維科夫自洽原則，也給大家推薦一部電影，名字叫《十二猴子》。這部電影是一個關于病毒的科幻電影。值得一看。

第三種解釋：多重宇宙

除了上面這兩種說法以外，艾弗雷特他提出了一個更加離奇的說法，他說我們可以通過多重宇宙去避免祖父悖論。

什么是多重宇宙？

我們講“薛定諤的貓”的時候其實就提到過這個概念。因為量子世界是概率性的，在被觀測之前，都處于疊加態(tài)。所以有人認為量子世界并不是在進行坍塌，而是在進行分裂。比如說有一個盒子里裝了很多物體，一個人從盒子里隨機拿出一個物體，他有可能拿出一個紅球，也有可能拿出一個藍球。他拿出不同的球那一刻，就表示宇宙進行了分裂，分裂出的其中一個宇宙拿出來的是紅球，另外一個宇宙拿出來是藍球。

然后拿紅球的人接著從盒子里拿東西，他有可能拿出一個三角形來，也有可能再拿出一個方塊來，于是宇宙又發(fā)生了分裂。拿藍球的這個人也繼續(xù)拿，可能再拿出一個球來，也可能拿出一個六邊形來，他的宇宙也發(fā)生了分裂。

如此這般，宇宙是持續(xù)不斷地進行分裂的。如果基于多重宇宙的觀點，祖父悖論就很好解釋了。

有這么兩個宇宙，第一個宇宙有一個祖父、一個父親，還有一個兒子。這個兒子因為偶然因素，非要穿越到過去把他祖父殺了。于是他通過時間機器回到了過去，但他回的并不是他自己所在宇宙的過去，而是另外一個平行宇宙的過去。平行宇宙里邊也有一個他的祖父，他把平行宇宙里的爺爺殺了之后，再回到自己的世界里，會發(fā)現(xiàn)他祖父還在。因為他改變的不是自己的過去，而是另外一個宇宙的過去。

祖父悖論也就得到了解釋。如果大家對這個觀點有興趣，可以看另外一部電影《彗星來的那一夜 》。

霍金的時序保護假說

對時間機器提出質(zhì)疑的，除了祖父悖論，還有1992年霍金在《時間簡史》中提出的時序保護假說。霍金認為，改變時間順序的回到過去的時間旅行是被自然界所禁止的，或者說時間機器是不存在的。

為了證明時序保護假說，霍金提供了很多證據(jù)。

1.如果時間機器存在，宇宙會被炸掉。

假如宇宙中有一個白洞和一個黑洞連通，構筑了一個蟲洞 造出了時間機器，白洞的時間比黑洞時間更早。黑洞和白洞之間存在真空，從維爾納·海森堡的不確定性原理可以推導出，真空中時時刻刻都可能發(fā)生量子漲落，也叫真空漲落。簡單來說就是真空中會無中生有地產(chǎn)生電磁波。

一旦產(chǎn)生了電磁波，這個電磁波就可以穿到黑洞里，然后從白洞里出來。從白洞里出來了之后又會進到黑洞里，接著又從白洞里出來的，而且時間更早……這樣一直循環(huán)下去，黑洞和白洞之間的電磁波就會無限擴大，這個蟲洞會在一瞬間被炸掉。不僅如此，整個宇宙也都會被炸掉。

我們的宇宙還存在，說明目前還沒有時間機器。只要有了時間機器，宇宙就會被炸掉，那時間機器就永遠不會被造出來。

2.面向未來旅行者的聚會

霍金在2009年6月28日舉辦了一個宴會，結(jié)果這個宴會一個人都沒有來，因為這是一個面向未來旅行者的宴會，霍金在宴會結(jié)束之后才向全世界發(fā)布了通知。他說：我今天我要舉辦一個宴會，但這個宴會已經(jīng)結(jié)束了，如果你們有時空機器的話，希望你們能利用時空機器回到這個日子，來參加我的宴會。既然沒有人來，說明時間機器是不存在的。

霍金說：如果時間機器是存在的，即便是未來才發(fā)明出時間機器，也應該有人穿越回來，參加自己的宴會。可是宴會居然沒有一個人趕來參加，這就說明未來的人也沒有辦法穿越，時間機器是不存在的。

針對霍金的這種說法，有很多種反駁的意見。有人說：不是未來人不在我們身邊，是他們都偽裝起來不想被發(fā)現(xiàn)。還有人說：只有時間機器造出之后的時間才可以訪問?，F(xiàn)在還沒造出時間機器，所以別人也來不了。比如說你在3000年造出了時間機器，那就可以從3000年穿越到4000年，反過來4000年的人也可以穿越回3000年，再往前就不可訪問了。因為我們還沒造出時間機器，所以我們現(xiàn)在看不見未來的人。

但這種想法其實也有問題，如果我們有一天真的造出了時間機器，誰不想去看一看時間機器形成之初的樣子呢？所有未來的人都想跑到發(fā)明成功的時刻，宇宙可能就會在那個瞬間被擠爆了。

感謝各位同學的閱讀，敬請期待《信條》中的物理學三——熵。

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