catbaron

关于时间旅行的一些讨论

前言



穿越是近年来大家喜闻乐见的娱乐活动。大众开始关注穿越,我想“电视剧”这种大众媒体形式应该做出了不小的贡献。从很久之前大名鼎鼎的《寻秦记》,到现在各种“清穿”剧,还有在微博上被炒起来的《李献计历险记》,都在某种程度上代表了穿越的一种类型。作为一个伪资深理论科幻读者,某猫将在本文对“穿越”这一行为做一个全面的分析和总结,希望能够带领大家穿越迷雾,一睹芳容。



接下来,我们分别来看一下和时间旅行所相关的有趣原理和其可行性分析。



 时间旅行的问题



时间旅行是一个看起来很高回报的事情,因为能用来买彩票之类的。其实这个问题牵扯到的课题有很多。先不说它可行性如何,我们假设它是可行的,那么我们就得面对很多匪夷所思的事情,而很多已经不是技术问题,而是哲学问题了。



比如最典型的,众所周知的祖父悖论:



如果你回到过去,把自己的祖父干掉,那么你就不会出生,也就不会有“回到过去干掉你祖父的那个你”存在,也就是你的祖父不会被干掉,那么你就会出生,你就能回到过去干掉那个悲剧的祖父……



那么,你的祖父的健康状况到底怎么样呢?你的老爸和老妈有没有没羞没臊?这一切都成了不确定的事情。“不确定的历史”,不仅仅是“因为史料不足而不能断定”,而是“本身就不是一个确定的事情”,这是一件挺可怕的事。



为什么这么说?因为整个人类文明的进化,都是建立在一个确定的历史积累上的。所有的上层建筑都必须有一个确定的基层支撑,这个支撑对错无所谓,但必须是确定的。而一旦它“既是对的也是错的”,那么它就是不牢靠的。而它所带来的影响,也是根本无法预料的。它所造成的所谓的“蝴蝶效应”也是一个十分棘手的问题。



butterfly.jpg



 图.蝴蝶效应。微小的举动会带来巨大的冲击



除了“祖父悖论”,还有一个更现实的问题,那就是文化差异带来的冲击。一个人无论是回到过去还是未来,时间的差异带来的环境差异,使得生存变得很艰难。从生理上来说,免疫系统能否适应当时的生化环境;从文化上来说,能否融入当时的社会;从生活上来说,考什么养家找姑娘等等,这都是问题。在《(想不起来名字了)》中,有一个单向的回到过去的机会,参与者可以选择自己喜欢的年代和地点。主人公认为自己可以回到过去,并且靠“生产收音机”谋生(笑)。结果却是一个挺悲惨的结局。因为一个人掌握的“现代技术”,都是建立在“底层技术”的基础上的。比如你要造收音机,就需要半导体,生产半导体就要想办法提取硅晶体。这些流程一个人很难完全掌握。所以,战场上牺牲的,都是乐观的家伙。



在很多小说中,“祖父悖论”都是一个挺经典的课题,作者一般会用巧妙的情节安排来解决这件事情。



比如《谁杀了默罕默德》中,作者提出这样一个概念:



每个人的历史都是独立的。



整个宇宙的历史是由不同个体的历史组成,所以一个人如果穿越时间回到过去,他所改变的历史知识自己的时间轴,所影响的也只是他一个人。所以,小说中主人公回到过去干掉了很多他认为重要的历史人物,包括默罕默德,导致的结果是,他自己的时间轴完全偏离了宇宙的时间轴走向,导致回到“现在”的时候,已经成为了“幽灵”,不能被普通人所感知到。



而在《突然的时间机器》中,作者提出的时间机器有个特点



没次跳跃,时间机器都会从这个时间点消失(不会在此时等待被传输物品的回传),和被传输物品一起前往未来。



就是说,如果你想去时间旅行,你就把自己和这个时间机器关在一个“法拉第笼”里面,然后启动它,你、机器和法拉第笼就一起出发了。



在这种设定下,作者构想了这么一个场景:



如果你回到过去,那么在时间轴上就会出现一个环,而时间机器只在这个环中出现。如果你想前跳跃,而且跳跃的距离够大,那么就可能发现在那个足够远的未来并没有出现这台时间机器。也就是说,受到影响的只有时间轴的一部分。在未来任意一点的“现在”,都会按照历史的剧本表演下去。



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图.时间轴。只有红色方框内的时间轴里有



时间机器,所以两边的时间轴感受不到时间



机器的影响



 在《(我承认我有名字记不起来综合症)》中,一个政客因为看不惯对科学的巨大投资,而想要回到过去,把对“科学和幻想”有重要启示意义的克拉克(著名科幻作家,科普作家)的命运改变。他导致的结果类似于祖父悖论,因为“时间机器的产生”本身也受到了“克拉克”的影响。所以当他回到“现在”的时候,会发现历史同时存在两个版本,一个是克拉克从事科学事业的版本,一个是克拉克从军的版本。而这两种历史都存在于自己的记忆中。



用作者的话说,“历史变成了量子态”。但是事实上,即使历史是量子态,那么也不会有这种“同时被观察到”的情况。这种比喻是出自著名的“薛定谔的猫”:



把一只猫关在有辐射开关的箱子里面,一个粒子的衰变会打开这个开关,而这个例子的衰变在任意时刻都是随机的。那么在我们打开箱子看之前,这只猫的状态是不确定的,它既是活的,也是死的。而我们打开箱子,我们的观察就会对这个量子态产生影响,量子态会坍缩微一种确定的状态,活着或者死亡。



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图.薛定谔的猫。TBBT里面有这件T恤,上面的字



黑色部分是ALIVE,底色部分为DEAD,下面的猫



也同时有两种状态



 也就是说,如果我们要确认历史是否被改变,那么我们是对历史的“量子态”施加了“观察”,这会导致历史量子态的坍缩,而变成一个确定的状态。



所以,即使存在“量子态的历史”,我们也不会有机会能够“观察到”它。



祖父悖论还有一个变种,如果不是回到过去,而是可以预测未来,也会引发类似的矛盾:



我预测我会在上班的路上遇到李刚的儿子,那我不出门不就好了,如果我不出门,那么我的预测就不可信,那么我就不会遇到李儿子,那我就可以出门了……



对于这种矛盾,有很多更有意思的处理。比如在《镜子》(刘慈欣)中,基于弦论的超级计算机模拟出了整个宇宙的前世今生,所以可以在计算机上演示出任意时刻任意地点发生了什么事情。这就有上面的预言矛盾了。



大刘对这件事情的处理是,在短期内,预言可能会失效。但是从长远来看,整个文明的发展步伐是可以预见的。即,随着时间的流逝,这种“预言”带来的影响会被冲淡。就像《哆啦A梦》第一集出场的时候说,时间像地铁一样,可能中间的路线不同,但是最后总会到正确的终点。用《侏罗纪公园》的话来说就是,自然自有其法。



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图.哆啦A梦。这是最受欢迎的死胖子了。而且他从来



不管时间旅行带来的逻辑问题,事实上它采取的方法正



是下面提到的“一切尽在历史掌控中”。



 这种“长远无关性”的观点,阿西莫夫在《基地》中也有类似的分析,并把它叫做“心灵历史学”。所谓心灵历史学,是把文明的发展过程抽象为统计数学模型,虽然不去精求独立个体的发展状况,但是在长远和大局上,却可以做出准确的预测。



相对于上面的戏剧设定,更普遍的剧情戏法则是,主人公穿越时空本身就是历史的一部分,也就是一切都在历史的掌控之中,包括人类自以为是的时间跳跃。



这种设定也是最近比较常见的,因为他不需要解决逻辑问题。比较典型的就是《寻秦记》和《宫》这种狗血剧了。



在科学上,作为一个完美的补丁,爱因斯坦提出了光速极限。这也是很多流行的“超光速带来时光倒流”的理论依据。而爱因斯坦提出光速极限的相对论,并不是说宇宙中不能出现超过光速的速度,而是“没有任何能量信号的速度可以超越光速”。而事实上,我们来模拟一下德布罗意的一个公式推导,就可以看到:



[c]
E=mc^2------质能方程
E=hv----------光电效应方程,h是普朗克常量,v是波的频率
[/c]



得出的结果就是,v = mc^/h。也就是,任意物体都以这个频率在震动,这就是“物质波”或者“德布罗意波”。



而德布罗意在运算后得出,一个电子以v0的速度前进时,他伴随着一列速度为c^2/v0的波。



德布罗意.jpg



图.德布罗意。这哥们发现,我们其实都是一堆震动,只不过在低速



的条件下,波长小的无法产生衍射。这种事情以后会再聊



可以看到这列波的速度是远大于光速c的。只是,这列波没有携带任何能量和信息,所以还是在相对论的允许范围内的。不过这证明,速度的极限并不是光速(这段故事摘自《量子史话》)。



好,现在抛去哲学问题不谈,假设我们可以解决那些逻辑问题,我们再来看一下,回到过去,需要付出什么技术上的代价。



假如我们认为,你是带着你皮囊和mp4回到过去的,也就是说,这是一个物质传输的过程。那么挡在我们面前的第一个问题就是,质量守恒定理。 这个世界上100kg左右的东西忽然不见了,这算怎么回事。



还好,很多情节中,在穿越发生时,都会象征性的出现雷击,发光,燃烧等能量现象。我们可以解释为,质量并没有消失,只不过是质能方程了。



[code]E=MC^2[/code]



也就是说,这些质量并没有消失,而是以转化别的东西,并且释放了大量的能量。而同时,在遥远的时间轴的另一端,一大团能量转化为了100kg左右的质量并且组合为了一坨肉和一个mp4。



我们这个简单的质能方程可以算出来,100kg的物质所蕴含的能量有多大?大概是10^18焦耳这种数量级……顺便查了一下,当时在广岛的“小男孩原子弹”能量大概是5.5×10^13焦耳。



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图.日本的那个原子弹。这种时间旅行的能量代价有点略贵啊



啊对了,有部小说就利用时间旅行不断积累能量,最后回到了宇宙初期,并且借用时间的能量来创造了恒星,大概就是这个思路了。 所以,这种方法这,听起来就挺玄,不靠谱,而且太危险,不够隐秘,没有实用性。




那么我们能不能尝试一下别的方法?


我们可以设想这么一个场景:


有一天,一觉醒来,你发现你躺在了一个古典的厢房中,窗外景色萧然,于是叹道:“春花秋月何时了……”


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图.悲剧的君王,最糟糕的穿越对象之一


 这种取代过去的历史人物的做法看起来很聪明,因为没有质量守恒这种麻烦的束缚。


“取代”这种方法,可以说成是“思维”传递。也就是精神层面的穿越。这种方法可行么?


所谓思维和意识,我们这里简单地抽象为大脑的活动。《化学之歌》唱的好,大脑活动其实本质上是化学变化,而化学的本质也是原子电子的运动。“宿命论”认为,(ps:爱因斯坦是支持宿命论的)所有的运动都应该是可以被预测的,所以从某种角度来说,无论是历史还是未来,都是已经被确定的。从这个方面来讲,任何人,作出的任何决定,都已经是命中注定的。这未免十分无趣了点,而且,如果一切都是注定的,穿越时空也根本没什么意义。不过,我们还是在这个框架下,讨论一下“回程船票”的制作方法。


我们已经假设,所谓的“回到过去”,是一种思维状态的替换:用2012年的你的思维,去替换1012年的思维,这样1012年的某个家伙忽然拥有了你的所有记忆和知识,以及所谓的人格。(不过2012年的你还是得面对买不到票的窘状……)这样,我们不得不思考这样一个问题:


1012年的人忽然发现,自己身边有一个人声称自己来自遥远的未来,并且描述了一个可怕的世界,尽管一切细节都很清楚,却摆明的都是不合逻辑的妄想,什么会跑的铁盒子,能看到千里之外的铁盒子,能自动加热的铁盒子,会飞的铁盒子……等等


想象一下如果你身边出现一个人总这么胡言乱语,那你会把他当作什么?虽然我是一个科幻读者,更容易接受匪夷所思的事情,但是八成我还是会把他送到非正常人类研究中心去。


总之,“穿越”这件事情,似乎被等价成了一种精神疾病。我们需要做的是,找出这种疾病的致病因素并加以利用。


从概率上来讲,是存在一个极小的概率,使得1012年的某天,组成某个人脑部的所有微粒的所有运动状态都和2012年的你是一样的,这种现象可以当作是“自然发病”。而且很明显,这种概率已经小到让人无法接受了。我们需要人为地诱发病因。


组成人思维状态的事情太过于复杂,如果对每个微粒都做出认为的干扰去达到我们希望的状态,这种代价是不可估量的。那么我们可以利用的最好工具,就是“蝴蝶效应”了。


关于蝴蝶效应,简单地说,就是用一个小的干扰,来造成一个复杂的影响。在我们没办法去对每个因素都做到恰当的操作,我们就可以尝试把一个小的扰动传到1012去,让他作为银弹,做出关键的影响。好像是推倒多米诺的第一张牌,并不需要多少能量,但是他造成的影响却是深远而巨大的。包括原子弹的链式反应,其实也是蝴蝶效应的应用之一。


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图.链式反应其实也是一种蝴蝶效应的应用,当然前提


是这种效应经过精确的构造使其可控


我们上面已经讨论过,把实际的东西传送到过去,是没有可能性的。(记得质量守恒哈?)而我们也不能把任何信息能量传送到过去(相对论的约束),我靠那肿么办……


科幻的在下面(下面胡扯部分比较多,很多都是我个人臆想,大家看着玩吧……):


我们知道,所谓的波动,传递的只是一种运动形式。而鉴于任何物质都是有波粒二向性的,比如电子这种东西,他可以呈现波动性,也可以呈现粒子性。而上面的讨论也提到了,电子在运动的时候,可以产生一个超光速的波动。那么,这种超光速的波动,是不是可以击穿时光的枷锁?


不管怎么说,我们总算拿到了“超光速”这把趁手的工具,接下来,我们就用它来配合蝴蝶效应来完成我们的大业。


我们精心构造一列波,当然是利用电子的震动来构造,具体的方法可以控制温度和热量的传递来控制电子的震动,产生具体的德布罗意波。这种波是在微观状态下,因此它可以影响到其他电子的运动状态。


很好,现在这列波超光速地运动,并且跃迁到了1012年,并且恰好出现在了某个人的大脑里面。在这个过程中,我们违反没有任何物理定律,我们只是在逻辑上传递了一个波动运动形式,事实上,穿越的也只是波动的运动形式,而非波本身。


还记得高中的内容吧,一条承载正弦波的绳子,作为波的载体,它上面各个质点在波的传播方向上是没有位移的,也就是绳子并没有跟着波动一起跑,跟着波动一起跑的只是各个质点的运动形式。这里也是一样的道理,我们传递的,只是这个波动的运动形式,但是这就足够了。


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图.说白了,波动只是一种运动形式,而且质点的运动和波动


的运动方向是垂直的,物质不会跟着波动前进


这列波的运动,会对1012年的病人造成致命的影响,它通过类似于原子堆裂变的链式反应,或者通俗一点,类似于多米诺效应,使得这种影响扩展到整个大脑。而这种波动是我们精心构造的,所以它造成的影响也应该是我们所期望的。也就是,我们把你的思维,成功的复制到了1012年。


怎么样,nice吧。虽然这个过程并没有什么商机可言,也好像没有什么具体的实用性,但是,这毕竟是穿越科学上一个伟大的时刻。证明“能做”往往比找到“能做什么”更有意义不是么。


也许,你对于这种穿越时间的远程操作依然保有怀疑态度,那么我可以顺便介绍一下别的概念。


我们习惯上,总是按照时间的箭头方向去考虑问题,这也和我们本身处于三维空间的大脑构造有关,因为我们无法观测第四维(时间),所以只能受其支配,导致的思维习惯便是,我们总是认为,原因à结果这种模式是合理的,也就是我们认为一个原因导致一个结果是天经地义的,却从来没有想过原因和结果的逻辑关系其实是“原因ßà结果”。然而这也并不是不能改变的。福尔摩斯曾经对华生说,“人们总是习惯根据已经发生的事情来判断其将导致的结果,然而我通过锻炼,可以通过结果来推测导致它的原因,这和你们通过原因推测结果的行为一样自然。”


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图.提到逻辑不说福尔摩斯总觉得过意不去啊……


我们也许可以说,逻辑上的“原因à结果”这种流向,并不是不可逆的。


 这种概念,在《空之境界》中表现的极为形象。(虽然是一个魔幻故事)简单地来说,有一种眼睛可以看到所有物体的“死亡”,通过斩击“死亡裂痕”,被斩击的物体就会死亡,然后会导致造成死亡的原因。比如,“断裂而死”这条裂痕被斩击了,那么这个物体会先死亡,然后会根据“死亡的结果是断裂而死”,自己断裂。


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图.直死之魔眼。看到的死亡是一种裂痕


从某种角度来说,这也是对宿命论的一种臣服。整个环节的顺序虽然有颠倒,但是它还是需要有完整的过程的。


而我们的波动传递,从这个方向来看,也是类似的。因为我们需要首先知道结果,并且根据结果来构造这个波动,再从逻辑上去影响过去。


到这里,我们讨论的穿越,就已经是一种逻辑和哲学问题了。那么,就此打住吧。大家后会有期。(完)


Ps:上面讨论的穿越的思路,从某种角度上是需要对电子进行精准操作的,而实际上,对于这种微观粒子,“测不准原理”影响十分巨大,就是我们无法同时准确地捕获一个微粒的动量和位置,所以这种操作也是不现实的。而且,提到的“宿命论”其实也基本上被现代物理学否定了。所以,我们的人生还充满不确定性的,这是多美好的事情。


文中有很多不合理的地方,行家可以挑出来大家笑一笑就好了,不要认真。




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