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几年以前写的时间旅行

已有 4674 次阅读 2010-1-13 02:40 |个人分类:学问|系统分类:科普集锦| 时间旅行

高一的时候写的时间旅行。那时也就几乎是当硬科幻似的写着玩。后来读到《科学》杂志上说科学家在20世纪六七十年代已经有此想法。现在都记得当时是多么地兴奋和失望......

 

                                                                                      时 空 旅 行

广义相对论是允许有时空旅行的,条件是时空必须有适当的负曲率。负曲率的存在已通过卡西米尔效应得到证实。这至少说明我们的宇宙完全允许粒子的时空旅行。但问题是,宏观的时空旅行会形成悖论,诸如你回到过去杀死你祖父,而导致你不能出生,或告诉当年的毕达哥拉斯勾股定理等等佯谬。

霍金在新版《时间简史》中分析了两种解决时间佯谬的方法。一种方法为所谓的“协调历史方法”。它是讲,因为历史上没有出现你的祖父被杀死这一事件,所以你可以回到过去但是却不能改变历史。用霍金的话说,就是“在这种情形下,时空旅行者没有自由意志”。

另一种方法与费曼的路径积分思想相似。它是说,宇宙不仅仅有一个单独的历史,它有所有可能的历史,每一个历史都有自己的概率。这被称为选择历史假设,但霍金又进一步论证,费曼的思想应是支持协调历史假设的,因为,“每一个历史都是由完整的时空和其中的每一件东西组成的”,而同一历史必须协调。

对于协调历史方法,可以很明显地看出,这是一个相当经典的处理方法,这种方法其实是为了严格遵守因果律而假想的。但是我认为其论证丝毫没有体现现代物理学的精神,同时,也有由“结果”论证“原因”之嫌,并且这种协调机制还是十分地不清楚,所以这不应该是一种很好的方法。

相比之下,选择历史假设则好一些,但是在这里拘泥的套用路径积分给出的论证却是支持协调历史方法的。因为,我们认为必须用另一种解释形成选择历史方法。我们认为,时空旅行不仅在微观尺度下可能发生,在宏观高能状态下也可能发生,在一个适当的宏观可见的高能区域中,诸如虫洞或奇点附近,时空的量子化效应将体现出来(或者说,这种时空对任何一个微小的量子起伏都将做出宏观可见的反应)。这时的虫洞将变得十分脆弱,任何试图进入虫洞的正能量物质的扰动都足以使虫洞迅速坍缩,并使试图进入虫洞的物质撞上奇点,从而避免时空旅行的发生(这种说法是以前就有的)。于是有人设想,我们可以用足够的负能量把虫洞撑开一段时间(暂时不谈——也不可能谈这一过程的技术细节),但是由于虫洞仍处在(负)高能情况下,时空量子化效应明显,因此,虫洞中的物理过程的不确定性仍将在宏观上以某种其它形式表现出来。它将造成一个可能,我们通过这样的方式回到的过去就将是不确定的。由于宇宙的熵不断增加,因此未来将更加不确定。又由于大爆炸初量子定律主宰宇宙,所以那时的时空也是不确定的,只不过这时的不确定性比以后宇宙的任何时候的不确定性都要小。

费曼的路径积分其实可描述为它有较为确定的初状态和末状态,但其中途径是不确定的。因此当你进行实际操作时,路径就只有由概率随机产生的一条。而在我的假设中,我取消了确定的初状态和末状态。因此整个宇宙的历史就没有任何一点是确定的。这样,你就没有必要因为假定的初状态(你的祖父没有被杀)和末状态(你的存在)而得出“历史需要协调”的结论。

但是,这更与经验相矛盾了。我们在现实中看到过有多重初状态的事例吗?解决这一问题,可以用一种所谓“平行宇宙”的说法,即多重历史是出现于多重互不相干而仅通过“虫洞”相“连接”的宇宙中,但这种处理同样是经典的。我们还可以换一种解释——也许,我们可以类比光的波粒二象性——光同时可以是波,也可以是粒子;同样,你可以同时处在这个历史(祖父活着)和那个历史(祖父被你杀死)中,而你杀死或没有杀死你祖父的确定事实只是因为某种原因,使你“观察”到一个确定的历史而不能看到另一个,就像你不能同时观察到光既是波又是粒子一样。

这样,时空旅行就被我解释成转换“观察角度”的过程,即当你通过虫洞时,不确定原理的体现可能使你从原来只看到光波动性而转为只看到光的微粒性,但是由于现实中的历史的“所有路径”远不止两种,所以,时空旅行的成功率将小得惊人。你每次旅行所看到的同一年代发生在同一地点的事件都将是不同的,所以你杀死你祖父的事件丝毫不会对所有历史产生什么太大的影响,因为你和你祖父都处在“死活叠加态”中,你的行为只影响了太多历史路径中的一个,所以对整个“死活叠加态”不会造成什么影响。很大的可能是,当你在杀死祖父之后重做同样的时空旅行,你会看到祖父安然无恙,因为那个历史中祖父未被杀死。

应该强调的是,我们这里所说的意思不是认为有无限多个平行宇宙,而是说,“祖父死”和“祖父活”两种状态并存在于同一时空中,就象光的波动性和粒子性共存而并不矛盾一样。至于那么多“历史”在同一时空中并存于“何处”的问题,我们认为它对“你”来说没有意义,因为当“你”感觉到自己处在某一状态中时,自然定律不允许你感知另一状态中的“你”。

另一点应强调的是,上述讨论只是针对一个事件在理想宇宙中的历史,而非整个宇宙历史。这一点符合相对论关于时间是相对的,没有所谓“绝对时间”的结论。因此我认为,整个宇宙的历史——即整个宇宙的时间形态,是不可能一次性的全部表述出来的,因为每个参考系的时间都是不同的,没有一个绝对、共同的时间,所以我们不能就整个的宇宙时空图像进行一次性的描绘。不过,每个参考系的时间又都是有关联的,这种关联通过相对性和引力作用。所以,更可能的情况应是:整个宇宙的时空形态表观上可能是相当复杂的,但其深层的种原理仍可以是简洁的。

我觉得还有对时空旅行的另一种讨论。由于时空旅行所产生的悖论形式是哥德尔定理的一个基础,所以可以猜测时空旅行问题的结果与哥德尔定理的结论类似,是在哥德尔定理产生作用的逻辑范围内不可知的;也许仍有一套全新的逻辑体系可以来研究时空旅行,这套体系不一定覆盖我们的全部逻辑结论,但一定要在一定程度上涉及到我们现有体系不可证的一些“盲区”。但我认为,必须用多个完全独立的逻辑体系研究才可能完整揭示时空旅行的秘密。

最后一段在现在看来完全是胡扯...)



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