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當沒有惱人的悖論時,時間旅行會是什麼樣的?

http://finance.sina.com   2020年10月12日 18:59   北京新浪網

時間旅行是科幻作品中的重要題材,但邏輯悖論是其面臨的最主要問題時間旅行是科幻作品中的重要題材,但邏輯悖論是其面臨的最主要問題

  新浪科技訊 北京時間10月13日消息,時間旅行之所以成爲科幻小說的重要主題,並不是沒有理由的。誰不想回到過去,探索神祕的歷史,或者拯救世界於危難?時間旅行檢驗了人類科學理論的極限,科學家也在理論物理學的背景下進行了深入研究。如果時間旅行是可能的,它將對從宇宙起源到自由意志的存在等一切事物產生影響。時間旅行理論的核心問題之一便是會引起邏輯悖論,但一些研究人員認爲,他們已經解決了這個棘手的問題。

  在瞭解他們工作的細節之前,讓我們談談時間旅行在理論物理學中意味着什麼。在廣義相對論中,並沒有代表宇宙時間或年齡的大型宇宙時鐘。時間不是絕對的,而是相對的。一個物體的時間流動速率取決於它相對於另一個物體的運動方式。我們每個人對時間的體驗都是獨一無二的。這意味着一個物體的位置,是由它在空間和時間上的位置來定義的。這就是爲什麼時間有時被稱爲第四維度,儘管我們不能從字面上理解這個概念,但四維空間的確是一種很好的想象時空的方式。

  當你在空間中移動時,你其實也在時間中移動。在物理學中,這意味着我們可以在時空中畫一條線,代表你在時空中的路徑或運動。這就是所謂的“類時曲線”。從誕生到死亡,你的整個生命都可以像單行線一樣進行追溯。這在狹義相對論中很簡單,但在廣義相對論中,事情變得複雜了。在相對論中,引力是由時空的扭曲引起的。正如美國理論物理學家約翰·惠勒曾經說過的:物質告訴時空如何彎曲,而時空告訴物質如何移動。由於引力的作用,你的類時曲線既可以彎曲,也可以扭曲。

正常類時曲線與封閉類時曲線的路徑比較正常類時曲線與封閉類時曲線的路徑比較

  因此,如果你可以彎曲類時曲線,使其形成一個閉環,這就是一個封閉類時曲線(closed timelike curve,簡稱CTV)。這將意味着無論如何,你的人生道路和生活選擇都將不可避免地將你帶回出生的地方和時間。恭喜你,你以某種方式回到了過去。在理論物理學中,如果時間旅行是可能的,那麼創造一個封閉類時曲線也是可能的。

  實際上,廣義相對論允許封閉類時曲線的存在。1949年,數學及邏輯學家庫爾特·哥德爾設計了一個具有封閉類時曲線的旋轉宇宙,並且是完全被相對論允許的。儘管我們並不生活在哥德爾的宇宙中,但後來的研究顯示了封閉類時曲線會如何在我們的宇宙中被創造出來。從粒子物理學和量子理論的某些方面來說,時間旅行是不可能的。但是就廣義相對論而言,時間機器還是有可能製造出來的。

如果要去時空旅行,爲什麼不時髦一點呢?如果要去時空旅行,爲什麼不時髦一點呢?

  那麼,就讓我們假設可以製造一個這樣的時間機器。現在有一個矛盾的問題是,假設有人回到1955年,阻止他爸爸邀請媽媽去參加舞會。他們沒有初吻,沒有戀愛,沒有結婚,這意味着這個人永遠不會出生。但如果他沒有出生,就不能拆散他的父母,那這不就意味着他出生了?好吧,電影《回到未來》(Back to the Future)裏的情節只是祖父悖論的一個例子。由於時間旅行允許你打亂你旅行的原因,因此並沒有你可以遵循的一致時間線。

  解決這一矛盾的方法之一,便是假設一系列的事件總是能夠防止悖論的發生。科幻作家拉里·尼文稱其爲“歷史守恆定律”;但在物理學中,這被稱爲“諾維科夫自洽性原則”(Novikov self-consistency principle),以俄羅斯物理學家伊戈爾·德米特里耶維奇·諾維科夫的名字命名。他的這一原則表明,在任何情況下,你總是可以定義一個無悖論的解決方案。該原則的一個奇怪結果是,你可以通過某種方式,產生一種自我導致的效應。例如,你可以回到過去把你的父母介紹給對方;而如果你沒有回到過去,你就永遠也不會出生,但你回去了,所以現在就有了你。

如果你知道未來會發生什麼,你還會改變它嗎?如果你知道未來會發生什麼,你還會改變它嗎?

  雖然自洽性原則確實解決了這個悖論,但很多人不喜歡它,因爲這意味着你無法改變你的想法,過去的一切都已經刻確定下來。你出生了,所以你必須回到過去,介紹你的父母相識;你不能改變主意,決定不回去。你的未來,就和你的過去一樣,都已經確定下來。自由意志就只有這些。

  但是,自由意志是一種幻覺,對吧?畢竟,我們的大腦和身體和行星、恆星一樣,都是由相同的物質構成的,都遵循同樣的物理法則。我們所擁有的自由意志並不比一個扔出去的球更多。我們生活的故事不是我們每天寫的日記,而是一本早在你出生之前就被宇宙的物理法則約束並提前印好的書。儘管這可能是真的,但時間旅行甚至可能會阻止選擇錯覺,這看起來很奇怪。考慮到人類的本性,一些時間旅行者肯定會試圖創造一個悖論,來看看會發生什麼。

  於是便有了這篇新論文。澳大利亞昆士蘭大學的傑慢·托爾巴和法比奧·科斯塔並沒有着眼於時間旅行的物理學,而是探索時間旅行在數學上的一致性。他們研究了我們是否可以在擁有一個封閉類時曲線的同時,仍然擁有複雜的動力學。換句話說,你能回到過去,但至少擁有自由意志的幻覺。他們發現,你可以做到這一點,但需要以一種令人驚訝的方式。

封閉類時曲線具有多種解決方案封閉類時曲線具有多種解決方案

  他們發現封閉類時曲線允許複雜系統的存在,因爲時間閉環的約束不能唯一地定義單個路徑。相反,有多種方式可以組成封閉類時曲線。因此,時間旅行者總會有很多選擇。如果你出生是因爲“未來的你”爲你的父母安排了一次約會,那你就會出生;但你也可以自由選擇生活中的其他事情。也許你回到了自己50多歲的時候,而不是20多歲的時候。也許你試圖把你的父母分開,但失敗了。各種各樣的事情都可能發生。關鍵在於,你必須使這個曲線閉合,同時自由地做出其他選擇。即使時間旅行存在,也不會扼殺自由意志。

  當然,這項工作並不能證明我們有可能時間旅行,而只能證明時間旅行是動態一致的。如果你發現自己回到了過去,那你可以放心,你的人生故事還沒有結束。(任天)

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