時光旅行解析／蟲洞時光旅行 回到未來有可能

2010/6/21   (9409)   原稿來源: http://mag.udn.com/mag/campus/

時光旅行是電影永不退燒的題材。無論是25年前的經典科幻電影「回到未來」，還是最近剛上映的電玩改編電影「波斯王子：時之刃」；無論時光機的型式是一輛跑車還是盛滿時間之沙的沙漏，穿梭古今、逆轉時間總是讓人類著迷的夢想。

英國知名物理學家史蒂芬霍金日前在一篇文章中重提時光旅行的幾個想法，再度掀起各界矚目。霍金不諱言，時光旅行往往被斥為荒謬，過去擔心被貼標籤選擇避而不談。霍金在1993年還駁斥時光旅行是無稽之談，但是在兩年後卻表示「不無可能」。

如果想要「回到過去」，最流行的時光隧道說法是透過「蟲洞」。蟲洞是1916年奧地利物理學家弗萊姆首先提出，後來愛因斯坦和學者羅森的假設也認為，透過蟲洞可以進行時空的移轉。

蟲洞是連接兩個空間或時間的捷徑隧道。用比較生動的比喻，如果一顆蘋果上有一隻蟲，牠要從蘋果上的一點移動到另一點，通常的走法是經過表面，從蘋果皮上走過去。如果有一天，蟲發現可以把蘋果蛀一個洞，穿過蘋果內部到達另一點，這條捷徑就是蟲洞的概念。

也可以拿一張紙做實驗。把這張紙彎曲對折，先在一端上打一個洞，再把另一端打一個洞，把這兩個洞疊合形成的孔道，也是蟲洞的概念。

蟲洞在哪裡？霍金解釋，蟲洞無所不在。任何三度空間的物質都不是完全光滑平整，如果人類發明出可以觀察10的負35次方公尺小的顯微鏡，就可以發現物質上面充滿小孔、縫隙、不規則的扭曲。有物理學家假設，時間也不是「完全光滑」，一樣有孔隙，這些地方稱為「量子泡沫」。蟲洞就存在於量子泡沫中。

台灣大學天文物理所教授孫維新認為，從三度空間的物質上有孔隙，就推論時間也是有孔隙，「這樣的思想太跳躍」，他指出，蟲洞的想法是「非常非常理論上的事」，學界至今並沒有人很認真去尋找。

孫維新指出，如果人類真的能透過蟲洞回到過去，就代表過去、現在與未來必須同時存在，他提出一個很簡單的問題：「為什麼沒有未來的人類回到我們存在的現在來找我們？」他更不認為人類可以可以回到過去，參與歷史，甚至改變歷史。

如果人類可以回到過去改變歷史，「祖父悖論」的矛盾情形如何解釋？這個說法是假設，如果你回到過去槍殺了自己的祖父，你應該不存在；如此，你又如何可以坐時光機回到你祖父的年代？有人認為，在李連杰演的電影「救世主」中，平行宇宙的觀念可解決這種悖論。

平行宇宙（又稱多重宇宙）是指在我們生存的宇宙之外，還有其他宇宙存在；你回到過去槍殺祖父，其實是到另一個宇宙，而非你現在存在的這個，所以在那個宇宙中就不會有你這個人存在。電影中，李連杰穿梭時空，殺死其他宇宙中的自己。

孫維新表示，在宇宙肇始，大爆炸的過程中，產生不同的「子宇宙」是可以想像的，但是每個宇宙中都有一模一樣的人存在這種說法，可能性不大。

霍金則認為，一定有可以阻止「祖父悖論」這種「宇宙混亂」情形的機制，蟲洞本身可能就是關鍵。他認為，如果蟲洞可以放大，自然界的輻射物進入，透過蟲洞在現在與過去間形成迴路，不斷增強，這種「反饋」的機制最後一定會強到摧毀蟲洞本身。所以他認為透過時光旅行「回到過去」，應是不可能的，但「回到未來」則不無可能。

時光機 可能像光速火車

霍金認為，「回到未來」理論上較可行，乘坐的時光機可能是一具接近超大質量黑洞的太空船，或一列接近光速的火車。

為什麼超大質量黑洞可以當作時光機？台大天文物理所教授孫維新解釋，根據愛因斯坦1915年提出的廣義相對論，遙遠星光經過星系、星系團或黑洞等重力場附近，光線會彎曲，就像光線穿過透鏡一樣，因此稱為「重力透鏡效應」。

現在是用光來定義時間。科學家發現原子會吸收、放射特定周期的光子，1960年代國際計量大會選擇銫原子的躍遷來定義秒：把銫133震盪9192631770周的時間定為1秒。

孫維新表示，光會在黑洞中不斷打轉，而不是來回震盪，造成時間無法定義，因此時間在黑洞附近高度扭曲。霍金則解釋，如果有人搭乘太空船靠近超大質量的黑洞，時間會慢下來，假如太空船在黑洞附近繞5年，地球的時間可能已經過了10年。當太空船回到地球，地球人會比這個太空人老5歲，對太空人而言，他進入了「未來」。

另一種假設是建造一列速度接近光速的火車。根據狹義相對論，接近光速物體運動，長度會變短、時間會變慢、質量會變大。由於火車上的時間系統已經與外界的時間系統不同，超高速火車繞了地球一個星期後，乘客下車，或許會發現地球上已過了百年。

雖然現在人類還無法建造這種逼近光速的火車，但可以把位於瑞士的「大強子對撞機」模擬成高速火車，在裡面加速的粒子則是搭乘這種時光機的乘客。

孫維新表示，粒子在加速器中壽命會變長是物理界已經熟知的事，因為粒子的時間在自己的座標系中會變慢。以π介子為例，它的壽命是250億分之一秒，然而一旦加速到接近光速，壽命可以是原本的30倍。