2021年12月21日 09:00
【科學快訊】
物理理論允許時間旅行的存在，但無論我們如何改變過去，事情總是會通向同樣的未來。就像電影《信條》中的台詞：「what happened， has happened， and will always have happened（過去發生了的，一定發生了，並且一定會發生）」
撰文 | 科迪·科捷（Cody Cottier）
翻譯 | 白德凡
審校|王昱
時間旅行或許是很多人的夢想，但一個壞消息是：即使能夠回到過去，你也無法改變已經發生的事情。這是澳大利亞昆士蘭大學的兩位研究人員數學建模的結論。但這個消息也有好的一面，雖然研究結論粉碎了我們改變曆史的念頭，但它同時也消除了時間旅行的一個主要障礙。
其中的邏輯是這樣的：如果我們回到過去後的行為不會改變任何事情，也就不會產生一些邏輯悖論，正是這些悖論讓許多專家完全否定了時間旅行的可能性。例如，我們回到過去後，並不能阻止父母墜入愛河並生下我們，不然我們自身的存在性就沒有根據了，就像《回到未來》中的馬丁·麥克弗萊一樣。事實上，我們可能無法改變任何已經發生的事情。因此，在今天的我們和回到過去的我們之間，並不存在什麼邏輯上的沖突。時間旅行在邏輯上的障礙被掃清了，盡管技術上依然困難。
這種想法已經存在了幾十年，俄羅斯天體物理學家伊戈爾·諾維科夫（Igor Novikov）早就提出過「自身一致性原則」，該原則認為，如果某一事件以任何方式改變過去，那麼它發生的可能性為零：宇宙曆史不允許修改。現在，理論物理學家法比奧·科斯塔（Fabio Costa）和正在劍橋大學攻讀數學碩士學位的熱爾曼·托巴爾（Germain Tobar）的計算結果支持了這一觀點，這些計算結果去年發表在《經典與量子引力》（Classical and Quantum Gravity）雜志上。科斯塔說，他們的研究成果「就像科幻小說裏的情節。」
回到過去的風險
雖然沒有人知道時間旅行如何從技術上實現，但愛因斯坦的廣義相對論證明了這個概念至少在理論上是成立的。具體來說，廣義相對論的方程允許封閉的類時曲線存在，這種曲線代表起點和終點在同一時空點上的循環。遵循這些封閉類時曲線運動的物體最終會回到它一開始所處的時間地點，並可能與過去的自己相互作用。
然而沒人能保證這種曲線真的存在。許多著名物理學家都否定封閉類時曲線的可能性——無論是自然生成的的還是由時間機器制造出來的。「物理定律不允許出現封閉類時曲線。」霍金在1992年實事求是地寫道。他半開玩笑地稱這個想法為「保護年表猜想」，這是一個「讓曆史學家安心的宇宙」所需要的特征。
即使作為一個純粹的思想實驗，時間旅行也要面對許多挑戰。這一切的根源就是「祖父悖論」。這個悖論的名字源於一個著名的場景：一個人回到過去，在自己的祖父留下後代前殺死了他。如果這個人成功了，他作為他祖父的後代理應不會在未來出現；但那樣的話，是誰殺死了祖父？更抽象地說，祖父悖論指的是，對已發生事情的任何改動可能會產生邏輯上的不一致。
對於祖父悖論，最簡單的解決辦法是否定時間旅行的可能性——如果自然法則一開始就阻止我們回到過去，我們的行為就不會產生違背邏輯的後果。但科斯塔和托巴爾的模型提出了另一種解決辦法：一旦回到了過去，無論我們如何改變已經發生的事情，嘗試創造一個悖論，事情的發展總會是相同的，並最終走向注定的結果。其中涉及的數學極其複雜，但研究人員提供了一個時下流行的例子來說明，如何將其應用到現實生活中。
在新冠疫情爆發將近兩年之後，許多人可能會設想回到2019年年底，阻止零號病人被感染。但這將是不合邏輯的——如果我們能夠成功地預防新冠疫情，我們就沒有理由回到過去，這是祖父悖論的一種變體，同樣站不住腳。所以我們注定會失敗：我們飛往病源地的航班會延誤，或者我們在捕捉將新冠傳播給人類的蝙蝠時，會踩到香蕉皮滑倒，或者我們會被一些更普通的障礙阻攔下來。疫情還是會繼續發展，這一點我們能肯定，因為它實際上就是這樣發展的。
沒有起點的故事
如果這個結論聽起來很奇怪，那是因為我們傾向於把這些令人費解的因果順序顛倒過來——因為新冠疫情最終發生了，所以我們回到過去總會踩上香蕉皮。但事實上，不管後來的結果如何，香蕉皮早就已經在那裏了。正如科斯塔所解釋的，「所有發生過的事情都只發生過一次」，並且是以一種精確的方式發生的。我們直覺上認為過去是可以改變的，部分源於這樣一個觀點，即我們把時間旅行想象成曆史主線之外的東西。但實際上，時間旅行就像其他事件一樣，也糾纏在曆史中。
如果你回到了過去，你會一直旁觀，一直做你已經做過的那些事情。現實不像遊戲，不會給你那麼多「從第一輪」開始的機會。澳大利亞哲學家尼古拉斯·J。
史密斯（Nicholas J。
Smith）在1997年的一篇論文《為時間旅行准備的香蕉皮夠多嗎？》中寫道，「如果一個時間旅行者要回到過去的某個時間，那麼曆史上他已經在那裏出現過了。」他可以影響過去，但不能改變最後的結局。他的行為永遠不會改變事情的發展軌跡——這是事情唯一的發展方式。
盡管我們習慣於認為時間是線性的，但這是人類固有的偏見。這種觀念符合我們對時間順序的認識，但「涉及時間旅行時，這種推理方式就不再有效了，因為你的故事並沒有一個明確的開始和結束。」科斯塔說。生活如電影膠片上的畫面，不再是並排呈現的，而是重疊的。他說：「我們一次講述了整個故事。」
對科斯塔這樣的物理學家來說，有一個實用的結論值得牢記：如果在一個時間循環中研究事件，你不能像在我們熟悉的世界中那樣，根據初始條件推斷出結果。這個時間循環中沒有「初始」條件，甚至「初始」這個詞都已經失去了意義。所以科斯塔和托巴爾改變了視角。他們的模型不是從某個假想的開端出發，而是從一組固定的變量出發，你可以把這些變量理解成人的選擇。以此出發，「物理學會寫出剩下的故事。」科斯塔說。
所以剩下的故事是什麼？在某種意義上，人們仍然是「自由」的，可以按照自己的意願行事。再強調一遍，香蕉皮並不是某種神秘力量召喚來約束你行為的巧合。相反，在你經過之前，香蕉皮就已經在那裏了。這就是世界是今天這個樣子的原因，而不是它的結果。科斯塔說，在神聖的時間長河中，「宇宙只是在做它唯一能做的事，那就是與自身保持一致。」
如果時間旅行是可行的，它可能會帶來其他麻煩。首先，建設時間機器可能需要無窮大的質量或負能量，而這種能量源我們還遠不能利用。其次，由於封閉類時曲線的性質，時間機器只能回到它誕生的那一刻。所以，如果我們真的設法建造或發現了一個時間機器，我們的航程將仍然是有限的。你可能要放棄騎雷龍的夢想了。
時間旅行的複雜性足以讓許多學者望而卻步。「時間旅行並不是研究最多的學科，」科斯塔說，「因為它很可能根本不存在。」但它仍然是一個永恒的話題，令人驚歎和著迷，這並不是沒有理由的。「時間旅行吸引人的地方在於，」他補充說，「我們無法證明它是不可能的。」
