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乌龟与时间延迟

已有 9307 次阅读 2014-12-10 11:41 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦

人们往往会提出一个疑问,未来会怎么样? 无论是 philosophical meditation,甲骨上的纹路, 鸟儿的auspice, 还是算命先生的竹签... 这个问题永远困扰着芸芸众生。

有人说根据现代已经被验证的物理学(注1),用两种时间机器可以使人进行时间旅行,看到未来世界。其实这是一种误解。所谓的延时效应达到的效果只是让不同的人的时钟相对速度改变。 Interstellar 中外星上一小时相对于地球7年,这两个地点时间流逝速度不同;如果以心跳次数作为时间的衡量,心跳总次数作为生命长度的衡量,从地球上看,外星上人的心脏一天(地球时间)才跳一次,而从外星上的人看,他心跳一次地球上的人心跳几万次。Interstellar 中的父亲可以看到女儿衰老的样子,这与把他冷冻起来再唤醒是同样的效果。他看到的只是女儿人生的快速播放,他无法看到自己的未来,也就无法看到尚未播放的内容--也就是尚未发生的事情。

举个例子,乌龟心跳频率可以低到每分钟几次,因为新陈代谢缓慢据说可以活几百年,一只从明朝一直活到今天乌龟见证了中国的兴衰,但这只乌龟并没有在时间中旅行到达未来,它无法回到过去告诉那时的人们未来会怎么样,也无法改变过去已经发生的一切。

未来会怎么样的问题人们基于牛顿物理学的答案是,根据现在的状态,未来将被唯一的确定。世间一切的随着时间的演化被由一系列数学方程及其初始条件所决定。这就像你以某个速度角度扔出一块石头,它的运动轨迹以及终点可以根据初始条件与运动方程精确计算、预测。如果说我们不知道未来如何,那只是因为我们没有足够的初始条件数据或者我们理解的数学方程不够完整,但这些初始条件数据以及相关数学规律在客观上是已经确定的。比如说石头扔出去可能受到风力影响,而风的大小方向、空气压力则是气象预测可以计算的;如果你没有考虑风的影响,那么你的预测可能发生偏差,但这只是你数据不全或者计算力不够造成的。人的行为与思想在这个经典的模型里是一系列的化学、电磁作用,如果你掌握了相关的数学方程、有足够的计算力与足够的初始数据,然后代入外界环境数据,理论上可以预测全部未来。

因此,根据经典的物理理论,未来的结果是唯一的。对很多人来说,这或许是一个极大的心灵慰藉, feel resigned,因为无论遇到什么情况,都可以简单解释为 fate 与必然。

但现代物理的实验否定了经典物理的这个机械模型。实验表明,物体的运动并非循着单一的一条路径,而是在无穷多可能性中进行选择。物体模型不再是简单的硬球,而是用复变函数描述的几率波。物理理论能够预测的仅仅是出现不同情况的几率大小(注2)。如果有两种情况,可能一种几率是70%,另外一种30%,后面这种情况完全可能是实际结果。不仅如此,现实结果还取决于观察者的选择。这个量子理论是现代物理的基石,目前没有发现任何违反这一理论的现象。而且这个理论给某些现象提供了可能的物理解释,比如说 quantum entanglement 似乎提供了超距感应的基础。

因此,根据现代物理,过去无法改变,现在的时间长度为0,未来重新变得变幻莫测,而人的 choice 似乎起着决定性的作用。


注1. 基于虫洞的“可能”性就不讨论了,因为可穿越虫洞需要奇异物质才能维持。

注2. 经典物理的确定性并没有错,但只适用于宏观现象,在这种情况下某种结果的几率几乎为100%。





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