時間倒流

1905年，愛因斯坦在“狹義相對論”中這樣解釋一個“奇異”世界：我們所處的宇宙可以看成是一個四維時空，隨着物體運動的速度增快，時間流程將會變慢，空間尺度將會縮短。1915年，愛因斯坦進一步提出他的引力理論，叫作“廣義相對論”。同樣在這個“奇異”世界中，在大質量物體（即強大的引力場）作用之下，時空結構會發生彎曲，時間流程也會變慢。四維時間可以像三維空間一樣發生彎曲。1974年在美國杜蘭大學的提普勒（Frank J Tipler）就曾做過計算，一個質量很大、無限長的圓柱體，若沿着軸心以接近光速自轉，便可讓航天員造訪他自己的過去；同樣的，這也是拖着光線繞着軸，以封閉曲線運動。1991年，美國普林斯頓大學的戈特（Richard Gott）則預測，宇宙弦（宇宙學家認為這種結構是在宇宙大爆炸初期形成）可以造成相似的結果。科學家們研究發現：當宇宙飛船經過重力場時，把重力場的拉力轉換成推力，宇宙飛船在那段時間內，便可以以光速甚至超光速飛行。美國航空航天局（NASA）的專家們已經創立了“時空場共振理論”，這是以愛因斯坦和德國物理學家海森堡的“統一場論”為基礎建立的。其要旨是：藉助電磁、重力、光速和時空共同演變的伸縮性，瞬間跨越時光。但是，就算真能超光速，狹義相對論也提到物體運動速度越快、長度變得越短，越趨近光速、越為顯着，此為“洛倫茲收縮”；而“廣義相對論”也提到，趨近奇點附近會受到強大潮汐重力場的作用。

所以説，另一方面“蟲洞”就顯得更為合理了。

在廣義相對論發表後不久，1935年愛因斯坦就在理論上發現了“蟲洞”--也就是由兩個相連的“黑洞”所構成的時空結構中的“豁口”的存在--一條貫穿空間和時間的隧道。也就是説，只要能夠建造一個穩定的蟲洞，就可以跨越時間和空間。數學家把這種情形稱作“多連通空間”（multiply connected space）。但理論家一直未搞清，蟲洞僅允許光線通過？亦或飛船也能穿行？到了1988年，美國加州理工學院的桑恩和摩立斯終於得出了結論：蟲洞的兩端皆可出入，並非像黑洞那樣是一種單向通道，只進不出；再者，旅行者在蟲洞內僅受到一般的拉力，不像在黑洞中。並且，該大學柏克萊分校的吉普·索恩（Kip Thorne）教授還提出：光找到這樣一個“蟲洞”還不夠，還必須使它的開口時間足夠長，這樣才能讓人有足夠的時間鑽入它。因為根據量子理論，這個蟲洞在強力的作用之下，將於瞬間關閉。有一種假設是利用開斯米效應（Casimir effect）等量子方式向“蟲洞”裏灌輸負物質（Otone），這樣就可以延長蟲洞開啓的時間。並且，同樣利用負物質將其“扯大”，鑽出一條長度約為一光年的“時間隧道”。這樣一條“時間隧道”，便是由“現在”通往“過去”的“快捷方式”。這需要融合愛因斯坦的“廣義相對論”和量子力學理論，創造出一個全新的量子引力論。著名的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Lab）的科學家已在如何利用蟲洞方面進行開拓。他們對負物質有了更深的研究：一直以來，這種奇怪的負物質只存在於理論之中，而今他們已成功地證明，負物質也存在於我們的現實世界之中。並且得出結論：蟲洞的超強（引）力場，也一樣可以通過負物質來中和。（“正物質”和“負物質”有一很有意思的差別，前者擁有“正質量”，能產生能量，後者具有“負質量”，卻可以吸去周圍的能量。）而實際建造一個蟲洞要分3步：第一步，尋找或建立一個蟲洞，開闢一個隧道用來連接太空中兩個不同的區域。第二步，使蟲洞穩定下來。由量子產生的負能量，蟲洞便允許信號和物體安全地穿越它。負能量會抵制蟲洞變為密度無窮大或接近無窮大。換句話説，它阻止了蟲洞演變成黑洞。第三步是牽引蟲洞。一艘具有高度先進技術的宇宙飛船將蟲洞的入口互相分離開。如果兩個埠都放置在空間中合適的地方，那麼時間差將保持恆定狀態。假設這一差值是10年，一名宇航員從一個方向穿越蟲洞，他將跳到10年後的未來，反之，宇航員若是從另一方向穿越蟲洞，他將往回跳10年。這聽起來像科幻，但已是一個美國宇航局擬資助的真實的研究項目。

甚至還有物理學界認為，在我們這個世界裏蟲洞就可能以普朗克長度（約10^-33公分）這種極微的尺度下自然存在。雖然這隻有原子核的1/1020那麼小，但在理論上，這麼小的蟲洞，只需要一束能量脈衝便可將之穩住，接着便可將它膨脹到可資使用的大小。因此，如果已經有某個超文明可以駕馭它的話，那麼甚至完全可以在地球表面某一特定區域建造。從另一方面來考慮，如果未來文明出現了由人工製造的時間隧道，那麼必然從遠古至未來在外層空間甚至地球表面某一特定區域存在着時間通道的入口。由百慕大三角區域所發生的大量飛機與輪船神秘失蹤事件，並且恰好又有UFO以及USO頻繁出沒，因此完全有理由將此作為（時間通道入口的）最大嫌疑對象。

假如技術上的諸多難題都被克服了，時間機器的生產將會打開充滿悖論的潘多拉盒子。關於跨時間旅行最後還有一個悖論沒有人可以解決。舉個例子來説，如果一個人真的“返回過去”，並且在其母親懷他之前就殺死了自己的外祖母，那麼這個跨時間旅行者本人還會不會存在呢？對於“外祖母謬論”，現今最受物理學界所推崇的解決方案是“多重宇宙”理論——世界不是隻有一個，而是有許多平行的世界。

1957 年物理學家 Hugh Everett 根據量子力學提出“多重世界理論”，認為宇宙從“大爆炸”開始的演化過程上，如分叉路般不斷地分裂為二，歧異點是某件關鍵事件引起的量子轉移，而分出的世界便產生差異，成為多重“平行世界”或“等次元宇宙”。（迄今為止，在理論上又可分為三類：量子力學多宇宙體系、廣義相對論多宇宙體系、渦流增壓多宇宙體系。）並且，物理學家Stephen Hawking 又指出：無數個宇宙通過“蟲洞”相互連結。你回到過去，但那不是你自己的世界，而是和你的歷史相似的等次元宇宙。這樣，即便你打死了自己的外祖母，她在那個世界也的確死了，但當你回到未來時，她依然活得好好的。但是，如果真是這樣的話，那麼大量的有關時間倒流的事實證據也就無從解釋了。是否可以回到真正的歷史？——還沒有任何時間旅行專家往這方面作過深入地探討。

事實上，時間倒流問題在人類物理學史上屬於世界級的難題。對於我們科學技術還是處於早期發展階段的21世紀上半葉的人類來説，要想真正徹底地將“時間倒流”所帶來的所有疑問解釋清楚是很困難的，誰能夠徹底解決該類問題則完全可以獲得諾貝爾物理學獎。但是，人類所不能解決的問題並不代表着它就永遠不能被解決！人類所不能證實的事物並不代表着它就一定不存在！人類現代科學技術是飛速發展的，相信總有那麼一天會迎來的！

假設一個系統從這少數的有序狀態之中的一個出發。隨着時間流逝，這個系統將按照科學定律演化，而且它的狀態將改變。到後來，因為存在着更多的無序狀態，它處於無序狀態的可能性比處於有序狀態的可能性更大。這樣，如果一個系統服從一個高度有序的初始條件，無序度會隨着時間的增加而增大。

假定拼板玩具盒的紙片從能排成一幅圖畫的有序組合開始，如果你搖動這盒子，這些紙片將會採用其他組合，這可能是一個不能形成一幅合適圖畫的無序的組合，就是因為存在如此之多得多的無序的組合。有一些紙片團仍可能形成部份圖畫，但是你越搖動盒子，這些團就越可能被分開，這些紙片將處於完全混亂的狀態，在這種狀態下它們不能形成任何種類的圖畫。這樣，如果紙片從一個高度有序的狀態的初始條件出發，紙片的無序度將可能隨時間而增加。

然而，假定上帝決定不管宇宙從何狀態開始，它都必須結束於一個高度有序的狀態，則在早期這宇宙有可能處於無序的狀態。這意味着無序度將隨時間而減小。你將會看到破碎的杯子集合起來並跳回到桌子上。然而，任何觀察杯子的人都生活在無序度隨時間減小的宇宙中，我將論斷這樣的人會有一個倒溯的心理學時間箭頭。這就是説，他們會記住將來的事件，而不是過去的事件。當杯子被打碎時，他們會記住它在桌子上的情形；但是當它是在桌子上時，他們不會記住它在地面上的情景。

由於我們不知道大腦工作的細節，所以討論人類的記憶是相當困難的。然而，我們確實知道計算機的記憶器是如何工作的。所以，我將討論計算機的心理學時間箭頭。我認為，假定計算機和人類有相同的箭頭是合理的。如果不是這樣，人們可能因為擁有一台記住計算機而使股票交易所垮台。

大體來説，計算機的記憶器是一個包含可存在於兩種狀態中的任一種狀態的元件的設備，算盤是一個簡單的例子。其最簡單的形式是由許多鐵條組成；每一根鐵條上有一念珠，此念珠可呆在兩個位置之中的一個。在計算機記憶器進行存儲之前，其記憶器處於無序態，念珠等幾率地處於兩個可能的狀態中。（算盤珠雜亂無章地散佈在算盤的鐵條上）。在記憶器和所要記憶的系統相互作用後，根據系統的狀態，它肯定處於這種或那種狀態（每個算盤珠將位於鐵條的左邊或右邊。）這樣，記憶器就從無序態轉變成有序態。然而，為了保證記憶器處於正確的狀態，需要使用一定的能量（例如，移動算盤珠或給計算機接通電源）。這能量以熱的形式耗散了，從而增加了宇宙的無序度的量。人們可以證明，這個無序度增量總比記憶器本身有序度的增量大。這樣，由計算機冷卻風扇排出的熱量表明計算機將一個項目記錄在它的記憶器中時，宇宙的無序度的總量仍然增加。計算機記憶過去的時間方向和無序度增加的方向是一致的。

所以，我們對時間方向的主觀感覺或心理學時間箭頭，是在我們頭腦中由熱力學時間箭頭所決定的。正像一個計算機，我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學定律變成為無聊的東西。無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間。拿這一點來打賭，準保你會贏。

但是究竟為何必須存在熱力學時間箭頭？或換句話説，在我們稱之為過去時間的一端，為何宇宙處於高度有序的狀態？為何它不在所有時間裏處於完全無序的狀態？畢竟這似乎更為可能。並且為何無序度增加的時間方向和宇宙膨脹的方向相同？

在經典廣義相對論中，因為所有已知的科學定律在大爆炸奇點處失效，人們不能預言宇宙是如何開始的。宇宙可以從一個非常光滑和有序的狀態開始。這就會導致正如我們所觀察到的、定義很好的熱力學和宇宙學的時間箭頭。但是，它可以同樣合理地從一個非常波浪起伏的無序狀態開始。在那種情況下，宇宙已經處於一種完全無序的狀態，所以無序度不會隨時間而增加。或者它保持常數，這時就沒有定義很好的熱力學時間箭頭；或者它會減小，這時熱力學時間箭頭就會和宇宙學時間箭頭相反向。任何這些可能性都不符合我們所觀察到的情況。然而，正如我們看到的，經典廣義相對論預言了它自身的崩潰。當空間--時間曲率變大，量子引力效應變得重要，並且經典理論不再能很好地描述宇宙時，人們必須用量子引力論去理解宇宙是如何開始的。

著名量子物理學家約翰-惠勒於1978年提出的理論思想，即“延遲選擇思想實驗”。“延遲選擇思想實驗”其實是“雙縫實驗”的改進版，即光線穿過幕牆上的狹縫。當一束光線穿過一條狹縫照射到後面的牆壁上時，光子似乎顯現出粒子行為。當引入第二條狹縫時，就會顯現出干涉光帶，光子似乎又呈現波動性質。約翰-惠勒建議在第一面幕牆後面增加第二面帶有狹縫的幕牆，目的是想看一看光線穿過兩個幕牆時狀態是否能夠保持穩定。但是，這項實驗似乎不太可能完成。

澳大利亞國立大學研究團隊對約翰-惠勒的思想稍加改動，讓實驗成為可能。他們沒有利用光子，而是採用氦原子，讓其穿過由激光束形成的光柵，而不是穿過物理幕牆。這樣，當高速飛行的原子穿過第二道關時，研究人員就可以精準地觀測到它究竟發生了什麼。研究人員發現，如果沒有第二道光柵，原子就沿着一條單一線路前進，行為與粒子一樣。但當兩道光柵都存在時，原子就會沿多條線路前進，有些像波的行為方式。

在第二道光柵引入之前，研究人員對氦原子穿越第一道光柵的線路進行了測量。實驗發現，尚未引入但有可能引入的第二道光柵對粒子的狀態產生了影響。這表明，如果氦原子真的沿着一條特定的路線，接下來未來的測量結果就會影響原子的線路。研究人員認為，這表明未來事件正在影響着原子的過去。

2015年6月，科學家們的研究成果發表於《自然物理學》期刊之上。研究團隊負責人、澳大利亞國立大學物理學家安德魯-特魯斯特科特介紹説，“在量子能級，如果你沒有在看它，實體並不存在。這些原子並沒有從A處移到B處。只有在旅程結束對它們進行觀測時，它們的波狀或粒子狀行為才會出現。” ^[1]