關於時空旅行的有趣想法:特殊方式解決悖論現象

2010/7/23   (6798)   原稿來源: http://big5.ce.cn/gate/big5/sc

據國外媒體報道，在小說家和劇作家們的筆下，時空旅行似乎很容易實現，信手拈來。但對於物理學家而言，時空旅行並非只是一種為故事情節設計需要而存在的東西，而是愛因斯坦在廣義相對論中做出的嚴肅預測。最近，來自麻省理工學院的希斯·羅埃德(Seth Lloyd)教授領導的一個小組在其7月15日發佈的研究報告中，提出了應對時空旅行可能導致的悖論和矛盾事件的解決方案。這一特殊的時空旅行方式可以解決目前存在的大部分由於時空旅行引發的悖論現象。

任何時空旅行理論都必須面對“祖父佯謬”，即假設一位旅行者時空旅行回到過去，並殺死了他的祖父，但這一行為本身將危及他的自身存在，因為沒有他的祖父就不會有他；而如果根本就沒有他，那麼殺死他祖父的殺手又會是誰？

上世紀90年代初，牛津大學的物理學家大衛·杜齊(David Deutsch)設計過一個模型，試圖解決這一矛盾。其主要思想是：一個人可以記得他曾經殺死了他的祖父，但其實他根本從未這樣做過。“這個理論中包含太多詭異的論點，並不符合我們想像中的時空旅行的定義”，羅埃德說。

與此相反，羅埃德更加傾向於採用一種新的時空旅行模型，在這一模型下，任何佯謬或衝突被徹底禁止。這一發佈于arXiv.org網站的模型理論被稱作“後選擇模型”，即允許人回溯過去時空，但禁止一切可能在未來導致佯謬產生的行為。這一理論避開了傳統理論中時空旅行者的旅途最後發展成和他自己本身的存在發生矛盾的情況。羅埃德說：“在我們關於時空旅行的模型版本中，可能導致矛盾產生的因素都得到了嚴密控制”。

但這樣的做法也有其後果。它會導致雖然幾率很小但仍可能發生的某些小概率事件發生的頻率上升。“如果你在過去的時空造成了非常小的改變，也許並不會出現矛盾或佯謬現象。這看起來不錯，但這意味著你非常接近造成佯謬的地步，當初非常小的改變將會被無限放大。”查爾斯·伯耐(Charles Bennett)說。他來自紐約IBM華生研究中心。

打個比方，子彈製作人如果得知他所製作的某一發子彈將來將會被用來殺死一位時空旅行者的祖父的話，他一定會想方設法把它做成一發次品彈，或者想辦法讓槍在那一刻卡殼。或者任何其他方法，反正要讓子彈在最後一刻沒法擊中目標。那麼在這樣一種假設之下，旅行者的祖父就成了一個“很難除掉的傢夥。”

但來自加拿大滑鐵盧周界研究所的物理學家丹尼爾·戈茨曼(Daniel Gottesman)表示這一基於這一假設的情況依然非常危險。“事情是這樣的，當我們用某種方式改變一些過去的物理狀況，那麼將發生一些詭異的現象，這幾乎是不能避免的”，他說。“我們在做的是時空旅行，也許你應該做好遇見詭異現象的心理準備。”

在另一篇5月間登載于arXiv.org網站的論文中，羅埃德和他的小組展示了一項採用光子進行基於“後選擇模型”的實驗。儘管他們最終未能將這個光子送回過去，但成功將其置於量子狀態。這和一種時空旅行中可能遭遇的現象非常相似。當光子越來越接近“自相矛盾”狀態，實驗的成功率卻出現了不斷下降的趨勢。這或許和時空旅行的情況非常相似，它阻止了矛盾現象的出現。

此項實驗旨在模擬穿越時空的奇特路徑：封閉時間狀曲線(CTCs)，它們可以攜帶任何東西一起回到過去再送回現在。愛因斯坦方程預測一個處於封閉時間狀曲線上的旅行者將最終回到他出發前的起點。儘管在理論上存在，但是迄今在自然界並未發現此類現象。一些物理學家認為這樣的神秘怪圈(指封閉時間狀曲線)也許存在於一些奇異地點，在這些地方時空性質非常不同。比如黑洞深處。

“舍去它那奇怪的預測不說，這一新的模型確實構成了一個漂亮、不存在矛盾性的和諧圈子”，來自南加州大學的理論物理學家托德·伯恩(Todd Brun)說。“這些論文非常有意思。”

今天，去判斷究竟哪種時空旅行方法是最好的不過是紙上談兵，或者個人喜好。直到有人在自然界發現封閉時間狀曲線，或者造出時間機器。在此之前誰也不知道答案。伯恩說：“我不認為在最近的將來能得到驗證。這只是一些想法，而且非常有趣。”