作者：盧昌海（原文刊登在《科幻世界》）
1、從《時間機器》講起 眾所周知， 迄今為止人類在空間與時間上獲得的自由度是很不相同的。 我們可以沿空間方向作自由運動， 卻無法隨意駕馭時間。 時間就象一條漫漫長河， 世間萬物仿佛是河里的漂浮物， 只能隨波逐流。
現(xiàn)實的盡頭往往就是幻想的起點。 如果時間是一條長河， 那么在這長河之中是否能有船只呢？ 漂浮物只能隨波逐流， 船只卻可以劈波斬浪。 如果時間長河中能有船只， 我們就可以乘坐這種船只進行時間旅行， 既可以窺視未來， 也可以重返往昔， 說不定還能改變歷史。 在科幻小說中， 這種假想的船只被稱為 “時間機器”。
有關(guān)時間機器最早、 最著名的小說是英國科幻作家威爾斯 (H. G. Wells) 的《時間機器》(The Time Machine)， 發(fā)表于 1895 年。 不過， 威爾斯并不是最早觸及時間旅行這一題材的作家， 在他之前已經(jīng)有許多作家涉足過這一題材， 其中甚至包括美國諷刺小說家馬克·吐溫 (Mark Twain)， 他發(fā)表于 1889 年的《康州美國佬在亞瑟王朝》(A Connecticut Yankee in King Arthur's Court) 據(jù)說是最早涉及逆向時間旅行的小說。 但在那些比威爾斯更早的文學作品中， 普遍沒有使用象時間機器這樣一種可以讓人選擇 “目的地” (確切地講是 “目的時間”) 的旅行器， 并且也極少對時間旅行的機制作哪怕只是科幻意義上的說明。 而威爾斯的《時間機器》在這兩方面都是突破性的， 它很快引起了讀者們的巨大興趣， 并于 1960 及 2002 年兩度被拍成電影， 英國甚至為《時間機器》出版 100 周年發(fā)行過紀念郵票。威爾斯寫作《時間機器》的時侯， 愛因斯坦 (Albert Einstein) 的相對論尚未被提出， 人們對時空的理解大體上還停留在牛頓 (Isaac Newton) 的絕對時空觀上[注一]。 但威爾斯卻在《時間機器》一書中令人吃驚地提出了將時間作為第四維的觀點， 與十年后到來的相對論時空觀作了戲劇性的遙相呼應。威爾斯將時間視為第四維， 目的是要通過將時間與空間類比來為時間旅行開綠燈。 那么現(xiàn)代物理學認可這個綠燈嗎？ 這就是本文所要討論的內(nèi)容。
2、 面向未來與重返過去 我們知道， 在牛頓的絕對時空觀里， 時間和空間不受任何物質(zhì)及運動的影響 (這是 “絕對” 的主要含義所在)。 很明顯， 在這樣的時空觀里， 時間旅行不具有理論基礎(chǔ)， 它的存在只是一種幻想。 但是狹義相對論的提出對時空觀產(chǎn)生了一次重大變革。 在狹義相對論中， 時間和空間不再是絕對的概念， 而是與參照系的選擇密切相關(guān)。 特別是， 在運動參照系中時間的流逝會變慢， 這是著名的時間延緩效應， 它的存在已經(jīng)被大量物理實驗所證實。 狹義相對論所帶來的這種新結(jié)果， 為時間旅行開啟了第一種具有理論依據(jù)的可能性： 那就是面向未來的時間旅行成為了可能。
按照狹義相對論， 如果有人想要到未來去旅行， 他所需要的時間機器就是一艘能以接近光速的高速度運行的飛船。 想要到達的未來越遙遠， 飛船所需達到的速度就越高。 如果他想在 20 年 (飛船上的時間) 的飛行之后到達兩萬年 (地球上的時間) 后的地球上， 他所要做的就是讓飛船以相當于光速 99.99995% 的速度飛行 10 年， 然后以相同的速度往回飛。 那么 20 年后， 當他回到地球上時， 地球上的日歷已經(jīng)翻過了整整兩萬年， 他可以如愿以償?shù)乜吹絻扇f年后的人類社會 (如果那時侯人類社會還存在的話)。 可以想象， 這樣一位來自遠古的旅行家將會受到未來的歷史學家和考古學家們何等熱烈的歡迎。
事實上， 不僅未來的歷史學家和考古學家將會非常歡迎這樣的時間旅行家， 與這位時間旅行家同時代的人又何嘗不希望他能把自己看到的未來世界的情形帶回給大家呢？ 可惜的是， 狹義相對論為面向未來的時間旅行開啟了大門， 卻沒能為重返過去的時間旅行提供同樣的理論可行性。 如果一定要對狹義相對論的數(shù)學框架做廣義詮釋的話， 那么只有超光速的運動才可能導致某一類參照系中的時序被顛倒。 但是狹義相對論本身在亞光速與超光速之間設(shè)置了一個光速壁壘， 沒有任何已知的物理過程能夠使原本亞光速運動的物體——包括人——進入超光速運動狀態(tài)。 因此在狹義相對論的理論框架內(nèi)， 時間旅行家可以到達未來， 但卻不能重返過去， 這與我們在空間中自由自在的運動相比， 顯然是差得很遠的。 而且， 面向未來的時間旅行不一定需要時間機器才能做到， 通過將旅行者冷凍若干年再解凍的手段也可以達到同樣的目的。 因此時間機器如果存在的話， 它真正獨特的價值不在于面向未來， 而在于重返過去。
那么重返過去的路在哪里呢？
在狹義相對論之后又過了 10 年， 愛因斯坦提出了廣義相對論。 在廣義相對論中， 時間和空間不僅如狹義相對論中一樣與參照系的選擇密切相關(guān)， 而且還有賴于物質(zhì)的分布和運動。 由此產(chǎn)生的一個不同于狹義相對論的重要結(jié)果是： 我們對 “未來” 的定義不再是絕對的了， 它會受到物質(zhì)運動的影響。 在不同時刻、 不同地點， “未來” 有可能指向不同的方向。 這是一個奇妙的結(jié)果， 它表明時空在某種意義上就象流體一樣會受到物質(zhì)運動的拖曳， 甚至連時間的方向都有可能因拖曳而改變。
既然時間的方向可以被物質(zhì)的運動所拖曳， 那么有沒有可能存在某種物質(zhì)的分布與運動， 它對時間方向的拖曳如此顯著， 以至于把未來方向拖曳成過去方向， 甚至讓不同的時間方向首尾相接， 連成一條閉合曲線呢？ 這樣的閉合曲線如果存在， 無疑就是一種時間機器。 因為沿這種曲線運動的飛船每時每刻都在做正常的飛行， 感受到正向的時間流逝， 但它的軌跡卻不僅在空間上， 而且會在時間上回到出發(fā)點。 如果你乘坐飛船沿這樣的曲線做一次為期 10 年的旅行[注二]， 那么在旅行結(jié)束時你不僅會回到飛船出發(fā)的地方， 并且會遇見 10 年前整裝待發(fā)的自己[注三]！ 物理學家們把這種奇妙的曲線稱為 “閉合類時曲線”， 它是時間機器這一科幻術(shù)語在廣義相對論中的代名詞。 倘若存在閉合類時曲線， 時間旅行就有了理論上的可能性。
那么在廣義相對論中， 是否存在閉合類時曲線？ 或者確切地說， 是否存在使閉合類時曲線成為可能的物質(zhì)分布與運動呢？ 對這個問題， 物理學家們做了許多研究。
1、廣義相對論與時間旅行 1949 年， 著名邏輯學家哥德爾 (Kurt G?del) 在廣義相對論中發(fā)現(xiàn)了一個非常奇特的解， 描述一個如今被稱為 “哥德爾宇宙” (G?del universe) 的整體旋轉(zhuǎn)的宇宙。 在這種宇宙中， 物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)對時間方向會產(chǎn)生拖曳作用， 離旋轉(zhuǎn)中心越遠， 拖曳作用就越顯著。 在足夠遠的地方， 拖曳作用足以形成閉合類時曲線。 因此， 在哥德爾宇宙中只要讓飛船沿某些遠離旋轉(zhuǎn)中心的軌道運動， 原則上就可以實現(xiàn)時間旅行。 哥德爾這位曾經(jīng)以哥德爾不完全性定理 (G?del's incompleteness theorems) 震撼整個數(shù)學界的邏輯學家， 又用他的旋轉(zhuǎn)宇宙震動了包括愛因斯坦本人在內(nèi)的許多物理學家。
可惜的是， 哥德爾宇宙并不符合天文觀測。 首先， 我們所生活的宇宙并不存在整體的旋轉(zhuǎn)[注四]； 其次， 在哥德爾宇宙中宇宙學常數(shù)是負的， 而我們觀測到的宇宙學常數(shù)卻是正的。 因此我們所生活的宇宙顯然不是哥德爾宇宙。 不僅如此， 定量的計算還表明， 即便我們真的生活在一個哥德爾宇宙中， 也很難實現(xiàn)時間旅行， 因為沿哥德爾宇宙中的閉合類時曲線運行一周所需的時間與宇宙的物質(zhì)密度有關(guān)， 對于我們所觀測到的物質(zhì)密度而言， 沿閉合類時曲線運行一周起碼需要幾百億年的時間。 因此哥德爾宇宙對于時間旅行并無現(xiàn)實意義。
不過， 哥德爾宇宙雖然沒有現(xiàn)實意義， 但它的發(fā)現(xiàn)表明廣義相對論的確允許閉合類時曲線的存在， 這本身就是一個鼓舞人心的結(jié)果。 自那以后， 物理學家們在廣義相對論中又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其它一些允許閉合類時曲線的解。 比如 1974 年， 美國圖蘭大學 (Tulane University) 的物理學家梯普勒 (Frank J. Tipler) 研究了一個無限長的旋轉(zhuǎn)柱體外部的時空[注五]， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)只要旋轉(zhuǎn)速度足夠快， 這樣的柱體對外部時空所起的拖曳作用也足以形成閉合類時曲線。 又比如 1991 年， 普林斯頓大學的天體物理學家高特 (John Richard Gott III) 發(fā)現(xiàn)兩條無限長的平行宇宙弦以接近光速的速度彼此擦身而過時， 也會在周圍形成閉合類時曲線。 與梯普勒人為引進的旋轉(zhuǎn)柱體不同的是， 宇宙弦的存在雖然還沒有明確的實驗證據(jù)， 但它是許多前沿物理理論所預言的東西。 因此高特的結(jié)果可以算是把時間機器在理論上的可能性又推進了一步。
但是梯普勒與高特為了數(shù)學上的便利都引進了無限長的物質(zhì)分布 (即 “無限長的旋轉(zhuǎn)柱體” 和 “無限長的平行宇宙弦”)， 這在現(xiàn)實世界中顯然是不可能嚴格實現(xiàn)的。 假如物質(zhì)的分布不是無限的， 還可以得到類似的結(jié)果嗎？ 物理學家們對此也做了研究， 但情況不容樂觀： 1992 年， 著名物理學家霍金 (Stephen Hawking) 給出了一個令人沮喪的結(jié)果， 那就是如果能量密度處處非負， 那么試圖在任何有限時空區(qū)域內(nèi)建造時間機器的努力要想成功， 都必須產(chǎn)生物理學家們最不想看到的東西——時空奇點[注六]。 時空奇點對于研究廣義相對論的人來說是并不陌生的， 它具有一系列令人頭疼的性質(zhì)， 比如物質(zhì)的密度發(fā)散， 時空的曲率發(fā)散， 等等[注七]。 雖然沒有人確切知道時空奇點的出現(xiàn)會對時間旅行產(chǎn)生什么影響， 但這種影響很可能是兇多吉少的。
霍金的這個結(jié)果對于建造時間機器無疑是壞消息， 但細心的讀者也許注意到了， 這個結(jié)果中有一個限制條件， 那就是 “能量密度處處非負”。 這個條件粗看起來是非常合理的， 但我們在介紹 蟲洞 的時候已經(jīng)提到過， 負能量物質(zhì)的存在不僅在理論上是可能的， 而且已經(jīng)得到了實驗的證實。
既然負能量物質(zhì)可以存在， 那么霍金的結(jié)果 (確切地說是其中的結(jié)論部分) 就有可能被避免。 這方面的研究事實上早在霍金的結(jié)果出現(xiàn)之前就已經(jīng)有人進行了——當然目的不是為了避免當時尚未出現(xiàn)的霍金的結(jié)果： 加州理工學院的物理學家索恩 (Kip Thorne) 與學生莫里斯 (Mike Morris) 等人在 1988 年發(fā)表的一項有關(guān) “可穿越蟲洞” (traversable wormhole) 的研究中， 發(fā)現(xiàn)蟲洞不僅是空間旅行的通道， 而且還可以作為時間旅行的工具——只要讓蟲洞的出入口以接近光速的速度作適當?shù)倪\動， 就可以將蟲洞轉(zhuǎn)變成時間機器[注八]。 由于蟲洞中含有負能量物質(zhì)， 因此他們這種時間機器可以避免霍金的結(jié)果， 不導致時空奇點 (從這個意義上講， 負能量物質(zhì)還真是很有 “正能量”)。 索恩等人的這一研究把科幻小說中最具魅力的兩個概念——蟲洞與時間機器——聯(lián)系在了一起， 集 “萬千寵愛” 于一身， 很快就成為了建造時間機器的熱門方案。
但是， 索恩等人的蟲洞時間機器雖然可以避免霍金的結(jié)果， 卻立即遇到了另一個棘手的問題，那就是蟲洞一旦成為時間機器， 在類時曲線閉合的一剎那， 任何微小的量子漲落都有可能通過那樣的蟲洞返回過去， 與它本身相疊加。 這種疊加過程可以在零時間內(nèi)重復無窮多次， 由此產(chǎn)生的自激效應足以在瞬間將時間機器徹底摧毀！ 這種效應不僅危及索恩等人的 “蟲洞時間機器”， 對其它類型的時間機器也同樣具有威脅。 1992 年， 霍金干脆提出了著名的時序保護假設(shè) (Chronology Protection Conjecture)， 認為自然定律不會允許建造時間機器。 不過迄今為止， 這還只是一個假設(shè)， 而且霍金的論據(jù)也不是無懈可擊的， 對時間機器的理論可行性持樂觀看法的物理學家們陸續(xù)提出了一些模型來突破霍金對時間機器的封殺。 這方面的討論目前仍在繼續(xù)。
注釋（注釋后再續(xù)四、五、六）
1，在 1892 至 1895 年間，荷蘭物理學家洛侖茲 (Hendrik Lorentz) 等人曾在研究電磁理論時提出過一些有別于絕對時空觀的假設(shè)，但這些假設(shè)并未成為主流，后來則被相對論所取代。
2，這里 “為期 10 年” 指的是飛船上的時間。
3，事實上，不僅旅行結(jié)束時的你會看到 10 年前的自己，十年前的你在出發(fā)時也會看到 10 年后凱旋歸來的自己。 假如你在出發(fā)時什么都沒看到，說明旅程中必定會發(fā)生意外， 使你無法回到旅行的起點。 在這種情況下， 你或許應該取消旅行！
4，當然， 這是指在現(xiàn)有的觀測精度內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)宇宙的整體旋轉(zhuǎn)。 另外， 有讀者可能會問： 什么是宇宙的整體旋轉(zhuǎn)？ 這種旋轉(zhuǎn)是相對于什么來定義的？ 這類問題可以視為是跟奧地利哲學家馬赫 (Ernst Mach) 的觀點， 即旋轉(zhuǎn)必須是相對的， 一脈相承。 不過， 盡管愛因斯坦本人曾經(jīng)推崇過馬赫， 但廣義相對論事實上并不嚴格遵循馬赫的哲學觀點。
5，梯普勒并不是最早研究這一時空的物理學家， 早在 1937 年， 荷蘭物理學家范斯托克姆 (Willem Jacob van Stockum) 就曾研究過這一時空， 只不過沒有象梯普勒那樣對其因果特性進行分析。
6，確切地講， 許多物理學家都得到過類似的結(jié)果， 霍金的只是其中之一。
7，奇點的嚴格定義本身就是廣義相對論中一個非常棘手的課題， 這里敘述的只是某一類奇點的特性， 更詳細的敘述可參閱拙作 從奇點到蟲洞 的 什么是奇點 部分。
8，具體地說， 讓蟲洞成為時間機器所需的最簡單的運動是那種使蟲洞兩個出口之間的外部空間距離迅速改變， 而蟲洞本身的長度卻不改變的運動。產(chǎn)生這種運動并不容易，但在原則上是可以做到的。關(guān)于 “蟲洞時間機器”的更詳細介紹，可參閱拙作 從奇點到蟲洞的由蟲洞到時間機器部分。
4、時間旅行與因果佯謬 有關(guān)時間機器的討論除了探討它的理論可行性外， 還有一個非常重要的方面， 那就是探討時間機器假如存在， 我們能用它來做什么？粗看起來， 這似乎不成之為問題， 既然能夠做時間旅行， 那么到達目的時間之后自然應該是想做什么
就可以做什么——只要不違反物理學定律。 但細想一下， 事情又不那么簡單。 舉個例子來說， 倘若時間旅行者回到自己出生之前， 他能夠阻止自己父母的相識嗎？ 這似乎不需要違反任何物理學定律。 比如時間旅行者若在自己的父母相識之前， 向后來會成為自己父親的那個人開槍， 子彈似乎完全可以在不違反任何物理學定律的情況下?lián)糁心繕耍?造成致命傷害。 但如果那樣的行動成功了， 我們就會立刻陷入所謂的 “因果佯謬” (causality paradox) 之中。 因為如果時間旅行者的父母因為他的阻撓而沒有相識， 那么世上就不會有他； 而世上如果沒有他， 他又如何能夠返回過去并阻止自己父母的相識呢？
像這樣的佯謬在考慮時間旅行時數(shù)不勝數(shù)， 它們都起源于時間旅行對因果時序可能造成的破壞。
這類佯謬該如何解決呢？ 在科幻小說或電影中， 解決的方式往往是通過各種巧合。 比如前面提到過的威爾斯的《時間機器》在 2002 年被拍攝成影片時， 或許是為了對主人公建造時間機器的動機做出某種說明， 導演增添了主人公情人被害， 他試圖重返過去加以挽救的情節(jié)。 在那段情節(jié)中， 主人公想盡辦法， 卻總是顧此失彼， 他的情人總會以這樣或那樣的方式死去。 顯然， 同樣的手法也可以用來避免時間旅行者阻止自己的父母相識。 比方說當時間旅行者正要采取某種手段阻止父母相識時， 不小心踩到一塊香蕉皮摔傷住進醫(yī)院， 從而錯過了時機[注一]。 這樣的解決佯謬的方式被一些物理學家戲稱為 “香蕉皮機制” (Banana Peel Mechanism)。 在 “香蕉皮機制” 下， 時間旅行者看似能夠自由行事， 但每當其行為將要導致因果佯謬時， 總會受到某些看似偶然的因素干擾， 致使行為失敗。
這種 “香蕉皮機制” 很適合編寫戲劇性的故事情節(jié)。 但從物理學的角度講， 很難想象物理學定律需要通過如此離奇巧合的方式來解決佯謬[注二]。 更何況， 香蕉皮機制還有一個致命弱點， 那就是它往往
只著眼于保證一兩個核心事件——比如影片《時間機器》中主人公情人的死亡， 或者我們所舉的例子中時間旅行者父母的相識——的發(fā)生不會被時間旅行所改變， 卻無法兼顧其它事件。 比如影片《時間機器》中主人公的情人以不同方式死亡會在當?shù)貓蠹埳狭粝虏煌膱蟮溃?我們所舉的例子中時間旅行者的摔傷住院也會在當?shù)蒯t(yī)院中留下相應的記錄。 這些事件對特定的故事來說并不突出， 但從維護因果時序或歷史的角度講卻與核心事件有著同等的重要性。 事實上， 自然界的各種事件之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系， 任何看似微小的變化， 都有可能通過這種聯(lián)系逐漸演變成重大事件， 這一點對混沌理論中的 蝴蝶效應 (Butterfly Effect) 有所了解的讀者想必不會陌生[注三]。
除香蕉皮機制外， 在一些科幻故事中還可以看到另外一種觀點， 那就是在一定程度上放棄因果律， 以擴大時間旅行者的行動自由。 在這種觀點下， 歷史可以近乎隨意地被改變， 并且改變的結(jié)果可以影響到現(xiàn)實世界中的許多事情。 科幻影片《頻率》(Frequency) 體現(xiàn)的就是這種觀點。 在那部影片中， 主
人公雖然沒有直接進行時間旅行， 但他通過與 30 年前去世的父親建立聯(lián)絡， 具備了間接改變歷史的能力。 在影片中， 歷史事件的每一次改變都會直接改變 30 年后的現(xiàn)實世界。 比如由于歷史事件的改變導致主人公母親意外死亡， 30 年后主人公母親的相片就會從相框中突然消失。 顯然， 這種觀點幾乎等于放棄已知的物理學定律， 比試圖保護現(xiàn)實的香蕉皮機制更為離奇。
5、凝固長河與平行宇宙 凝固長河與平行宇宙
像 “香蕉皮機制” 或放棄因果律這樣的做法，雖然也有物理學家表述過， 但總體來說， 它們與現(xiàn)實物理學定律之間的差距太大，很少有物理學家會在沒有足夠證據(jù)的情況下， 對物理學定律做如此劇烈的變動。 對物理學家們來說，更感興趣的問題是： 在現(xiàn)有物理學定律的基礎(chǔ)上， 能否理解或避免由時間旅行所可能導致的因果佯謬？
對于這一問題， 物理學家們尚未形成一致的看法。 我們在這里向讀者介紹兩種主要的觀點。
第一種觀點認為時間和空間是對物理事件的完整標識。 因此一旦時間和空間同時確定， 物理事件也就完全確定了。從這個意義上講， 如果我們把時間比作一條長河， 那它其實是一條凝固的長河， 它的每個截面——對應于一個確定時刻所有物理事件的全體——都是固定的， 就像電影膠片一樣。 按照這種觀點，歷史只能有一個版本， 如果時間旅行者能夠回到過去， 唯一的可能是他原本就存在于過去。 這話聽起來有點玄妙， 用平直一點的話說就是時間旅行者回到過去后所做的一切都只能精確地演繹歷史上已經(jīng)存在過的一個人。 如果他試圖阻止自己父母相識， 卻不小心踩到香蕉皮摔傷住了院， 那么在歷史上就的確存在過這樣一個人， 乘坐奇怪的機器從天而降， 很不幸地踩到香蕉皮摔傷住了院， 傷愈后又乘坐奇怪的機器離去。
換句話說，時間旅行者并不能對歷史做分毫的改變， 他甚至連歷史的旁觀者都不是， 因為他原本就是歷史的一部分。 這種觀點對于熱衷時間旅行的人來說無疑是令人失望的， 因為如果一切都是不可改變的， 那么時間旅行也就失去了最重要的價值。幸運的是， 第二種看待時間旅行的觀點要開放得多， 這種觀點來源于美國物理學家艾弗里特 (Hugh Everett III) 1957 年提出的一種奇特的量子力學詮釋——多世界詮釋 (many world interpretation)[注四]。 我們知道， 量子力學的一個重要特點就是對量子體系進行測量的結(jié)果往往是不唯一的。 那么， 一個具體的測量結(jié)果究竟是如何產(chǎn)生的呢？ 物理學家們提出了許多不同的觀點。 有些物理學家認為當我們對量子體系做測量時， 體系的狀態(tài)會發(fā)生坍縮，我們觀測到的測量結(jié)果是一個坍縮后的狀態(tài)。在這種觀點中， 狀態(tài)的坍縮是一個不可預測的過程。 與之相反， 艾弗里特等人的多世界詮釋則認為，并不存在這種不可預測的狀態(tài)坍縮， 量子測量的結(jié)果是世界分裂為一組平行宇宙。
所有量子力學中可能出現(xiàn)的測量結(jié)果都是真實存在的， 只不過它們分別存在于各自的平行宇宙而非單一世界中。 觀測者所得到的測量結(jié)果， 只不過是他 (她) 所在的平行宇宙中的特定結(jié)果而已[注五]。 如果我們把這種觀點運用到時間旅行中，認為時間旅行者不僅跨越時間， 而且還跨越不同的平行宇宙， 那么所有的佯謬就都迎刃而解了[注六]。 比如時間旅行者阻止自己父母的相識就不再成為佯謬， 因為所有這一切都發(fā)生在一個不同的平行宇宙中。 在那個宇宙中他的父母原本就不相識， 他自己也原本就不曾出生過。
這與阻止父母相識的時間旅行者本人出現(xiàn)在那個宇宙中并不矛盾， 因為時間旅行者是來自于另一個平行宇宙的， 在那個平行宇宙中他父母依然相識。 在這種觀點下， 每個平行宇宙的歷史仍然是唯一的， 但是所有物理定律許可的歷史都會在某個平行宇宙中得以實現(xiàn)， 時間旅行者雖然無法改變?nèi)魏我粋€平行宇宙的歷史， 卻可以自由地選擇進入哪一個平行宇宙， 他不能改變歷史， 卻可以選擇歷史[注七]。
6、幻想與歷史 經(jīng)過了這些討論， 現(xiàn)在讓我們回到本文的標題上來， 時間旅行究竟是科學還是幻想？ 據(jù)說索恩與學生發(fā)表有關(guān)蟲洞及時間旅行的論文時， 曾經(jīng)擔心被同事們認為是不務正業(yè)。 但我們在本文中已經(jīng)看到， 在時間旅行這個主題背后有著一系列值得深入研究的物理學課題。 事實上， 現(xiàn)在的確有一小部分物理學家——其中包括世界頂尖大學的教授——在對這些課題進行認真的研究。 這種研究除了試圖探討科幻小說中這些迷人話題的理論可行性外， 一個很重要的動機是要探索現(xiàn)有物理學定律的邊界， 探索在最離奇的情形下物理學定律可以告訴我們什么。 從這個意義上講， 時間旅行無疑是一個有著豐富科學內(nèi)涵的課題。
但是另一方面， 從現(xiàn)實可行性上來講， 起碼就我們目前所知的物理學定律而言， 時間旅行很可能只是一種幻想。 我們在前面討論過許多有可能形成閉合類時曲線的理論模型， 撇開它們面臨的種種理論難題不論， 在那些討論中我們還忽略了一個很重要的方面， 那就是雖然從結(jié)構(gòu)上講， 閉合類時曲線與能讓人類使用的時間機器完全類似， 但在規(guī)模上卻有著巨大差異。 以索恩等人的蟲洞時間機器來說， 為了讓人類能夠使用這種時間機器， 蟲洞必須是可穿越蟲洞。 而我們在有關(guān) 蟲洞 的介紹中已經(jīng)看到， 建造可穿越蟲洞是一件幾乎不可能做到的事情（注：蟲洞: 旅行家的天堂還是探險者的地獄？）， 更遑論讓蟲洞的出入口以接近光速的速度做特定的運動了。 因此， 索恩的蟲洞時間機器無論在理論上是否可能， 在現(xiàn)實世界中實現(xiàn)的可能性都是微乎其微的。
限于篇幅， 我們有關(guān)時間旅行的介紹到這里就告一段落了。 十多年前， 霍金曾經(jīng)問過這樣一個問題：假如時間旅行是可能的， 為什么在我們周圍至今尚未充斥著來自未來世界的時間旅行者呢？ 這個問題的潛臺詞是：時間旅行者沒有來到我們周圍， 最有可能的原因是時間旅行在整個時間長河中——也就是永遠——都沒有實現(xiàn)過。 當然， 霍金并沒有把這樣的問題當作是對時間機器的一個認真的理論詰難。 不過， 他的這個問題還是引起了一些物理學家的思考， 并且他們找到了一種可能的回答： 即我們目前所知的有可能實現(xiàn)時間旅行的理論模型， 有一個很可能具有普適性的共同特點， 那就是不允許時間旅行者回到時間機器存在之前的年代。 因此， 假如公元 2500 年有人建造出了時間機器， 那么時間旅行者只能訪問公元 2500 年之后的年代[注八]， 他們永遠無法來到我們周圍， 更無法像一些科幻小說描繪的那樣， 回到史前時代去捕捉恐龍——那些歷史已經(jīng)或?qū)⒁獰o可挽回地被時間長河所吞沒， 就像美國物理學家格林 (Brian Greene) 所說的： 在時間機器建造成功之前的每一個年代， 都將成為我們以及我們的子孫后代永遠無法觸及的歷史。
從這個意義上講， 如果時間旅行是可能的話， 早一天建造出時間機器就是多拯救一天歷史。
注釋
1,當然， 這只是最簡單的巧合 (不過 “香蕉皮機制” 因之而命名， 故特意舉出)。 為了情節(jié)的需要，我們還可以設(shè)想更為復雜的巧合。 比方說時間旅行者試圖向后來會成為他父親的那個人開槍， 卻因為心情矛盾導致槍法失準， 沒有擊中 “父親”， 卻擊中了 “父親” 的情敵！ 他試圖阻止父母相識的行動非但沒有達到目的， 反倒為他父母的結(jié)合鋪平了道路。他的行動不僅沒有破壞因果關(guān)系， 反而成為了維護因果關(guān)系所必需的， 等等。 象這種近乎宿命的巧合在科幻故事中用得也很多。
2,盡管如此， 還是有物理學家做過這方面的考慮。 比如俄國物理學家諾維科夫 (Igor Novikov) 曾經(jīng)提出過一個假設(shè)， 認為物理學定律會——哪怕通過離奇巧合的方式——自動保證不出現(xiàn)因果佯謬。 這個假設(shè)被稱為 “諾維科夫自洽性假設(shè)” (Novikov consistency conjecture)， 它可以算是香蕉皮機制的理論版本。 不過這個假設(shè)一直缺乏具體的實現(xiàn)方式。
3,舉個例子來說， 如果時間旅行者回到過去后把一塊小石頭放在路上， 然后離開。 這樣的事件無疑是非常微不足道的， 但它有可能導致某位行人因踩到石頭而扭傷腳。 而這位倒霉的行人有可能恰好是一位物理學家， 他正要去做一個有關(guān)時間旅行的學術(shù)報告， 卻因為扭傷了腳而取消報告。 而那個學術(shù)報告的聽眾中有可能恰好有一位年輕人因為這個報告的影響而投身于時間旅行的研究， 并最終成為時間機器的建造者。 在這種情況下，時間旅行者放在路上的小石頭對歷史的影響就擴大成了尖銳的佯謬。 因為正是這塊石頭的出現(xiàn)， 使得一位物理學家取消了學術(shù)報告， 既而又使得一位年輕人因沒有聽到這個學術(shù)報告而不再以時間旅行作為自己的研究方向， 而這最終導致了人類沒能研制出時間機器。 但如果人類沒能研制出時間機器， 時間旅行者又如何能夠放置那塊小石頭呢？
4,艾弗里特是多世界詮釋的提出者， 不過 “多世界詮釋” 這一術(shù)語卻是美國物理學家德惠特 (Bryce DeWitt) 提出的。
5,需要指出的是， 多世界詮釋的原始表述其實并不依賴于象 “多世界” 或 “平行宇宙” 那樣的概念。 后來流行的 “多世界” 或 “平行宇宙” 概念從某種意義上講是對多世界詮釋本身的詮釋。
6,當然， 這里所謂的 “迎刃而解”， 是建立在有著極大爭議性的平行宇宙概念之上的， 因而本身也是有著極大爭議性的。 此外， 所謂 “迎刃而解”， 首先還假定所討論的問題有意義， 這同樣有可能是不成立的， 因為時間旅行完全有可能是如霍金猜測的那樣被物理學定律所禁止的， 由時間旅行所導致的因果佯謬也因此完全有可能是偽問題。
7,即便按照這種觀點， 科幻小說中的許多情節(jié)也是不可能實現(xiàn)的。 比如通過時間旅行者對某個歷史事件的干預來改變?nèi)祟惷\就是不可能的。 時間旅行者的努力， 只能使他自己進入一個人類命運截然不同的平行宇宙中去， 而試圖通過這一努力來改變自己命運的原平行宇宙中的其他人的命運， 將不會因此而改變。
8,注意， 這并不是說時間旅行者只能作面向未來的時間旅行。 在時間機器存在之后的那些年代之間，他們的旅行既可以面向未來也可以面向過去， 他們只是無法回到時間機器建造之前的年代去。
參考文獻
1,M. Visser, Lorentzian Wormholes: from Einstein to Hawking (AIP Press, American Institute ,of Physics,1996).
2,B. Greene, The Fabric of the Cosmos (Alfred A. Knopf, 2004).
3,J. R. Gott III, Time Travel in Einstein's Universe (Houghton Mifflin Company, 2001)
作者：盧昌海（原文刊登在《科幻世界》）
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