漫威宇宙的時(shí)間流動(dòng)設(shè)定究竟怎樣？現(xiàn)實(shí)世界之中，我們能否回到過(guò)去，改變歷史？時(shí)間可以被操縱嗎？
撰文 | 李唐
看過(guò)復(fù)聯(lián)4了么？對(duì)于每一個(gè)漫威迷來(lái)說(shuō)，這絕對(duì)稱得上是史詩(shī)之戰(zhàn)了。我們還記得在《復(fù)仇者聯(lián)盟3：無(wú)限戰(zhàn)爭(zhēng)》中，大反派滅霸集齊了所有的無(wú)限寶石。在他的彈指之間，黑豹、奇異博士、蜘蛛俠等人均化作了煙塵。在新的故事中，剩下的英雄們利用科技創(chuàng)造出了時(shí)間機(jī)器；他們將穿越時(shí)間，拯救逝者。
在影片中，“時(shí)間”始終是一個(gè)晦暗不明卻又十分重要的組分，漫威宇宙的時(shí)間流動(dòng)設(shè)定究竟怎樣？現(xiàn)實(shí)世界之中，我們能否回到過(guò)去，改變歷史？時(shí)間可以被操縱嗎？也許，現(xiàn)代物理學(xué)能夠給予我們些許線索。
祖父悖論
時(shí)間旅行一直是科幻小說(shuō)、電影的常見主題。著名的《終結(jié)者》系列、《回到未來(lái)》等影片均是將劇情架構(gòu)于穿越時(shí)間的想象之上。現(xiàn)在較為公認(rèn)的“時(shí)間旅行”之先驅(qū)是英國(guó)作家赫伯特·喬治·威爾斯。早在1895年，他的小說(shuō)《時(shí)間機(jī)器》便已出版。這部作品講述的是時(shí)間旅行者發(fā)明了時(shí)間機(jī)器，可以自由馳騁于時(shí)間的維度之上；當(dāng)他來(lái)到公元802701年的世界時(shí)，卻看到了一幅可怕的圖景。
但從邏輯上講，時(shí)間旅行也許會(huì)帶來(lái)麻煩。如果有人乘坐時(shí)光機(jī)回到過(guò)去殺死了自己的祖父母，那在未來(lái)他也不會(huì)出生，又有誰(shuí)返回過(guò)去呢？這樣，我們便陷入了一個(gè)因果循環(huán)——人們稱其為祖父悖論。其實(shí)，這一悖謬最早是由法國(guó)科幻小說(shuō)作家赫內(nèi)·巴赫札維勒（René Barjavel）在他1943年的小說(shuō)《不小心的旅行者》（Le Voyageur Imprudent）中提出的。
這一悖論在因果性上似乎無(wú)懈可擊，有許多人因此認(rèn)為時(shí)間旅行是不可能的。著名物理學(xué)家霍金曾進(jìn)行了一次有趣的實(shí)驗(yàn)。他在2009年6月28日舉辦了一場(chǎng)派對(duì)，誠(chéng)摯地邀請(qǐng)時(shí)間旅行者參加。派對(duì)開始之前，霍金未將此事告訴任何人，在其結(jié)束后才發(fā)出了請(qǐng)柬；他相信，至少可以有幾份請(qǐng)柬流傳至數(shù)千年后的未來(lái)。用他自己的話說(shuō)，這是對(duì)時(shí)間旅行者的一次終極考驗(yàn)。遺憾的是，霍金和他為穿越者準(zhǔn)備的香檳孤獨(dú)地等了很久，仍無(wú)人露面。霍金認(rèn)為，這證明并不存在時(shí)間旅行。
但是，人類的好奇心并沒(méi)有因?yàn)椤白娓搞Ｕ摗倍磺埃吘勾┧髸r(shí)間這件事實(shí)在是太酷了！
拯救“時(shí)間旅行”
要讓時(shí)間旅行在紙面上通順，必須跳出循環(huán)的邏輯。目前，科學(xué)家們主要提出了兩類解決方案。
第一類我們可以稱之為“穩(wěn)定歷史”。顧名思義，這種理論認(rèn)為歷史始終是穩(wěn)定的。前蘇聯(lián)理論物理學(xué)家諾維科夫在20世紀(jì)80年代提出了名為“諾維科夫自洽性原則”的解釋性規(guī)則。他指出，雖然可以回到過(guò)去，但不能改變歷史。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)你在過(guò)去打算殺掉祖父時(shí)，物理定律會(huì)阻止你的行動(dòng)；你并不能隨心所欲，任何會(huì)改變未來(lái)的行為都是被禁止的，“我們不能將時(shí)間旅行者送回伊甸園要夏娃不從樹上摘蘋果。”[1]諾維科夫甚至給出了一些數(shù)學(xué)證明：在一定條件下，時(shí)空中粒子的相互作用滿足自洽性規(guī)則，這是最小作用量原理的直接結(jié)果[2]（作用量是一個(gè)與時(shí)間間隔和能量有關(guān)的物理量，這一原理是說(shuō)在一個(gè)物理過(guò)程中，作用量取最小值）。
其實(shí)，這一看似奇特的規(guī)則也是可以理解的。在一個(gè)受物理定律支配的宇宙中，我們本來(lái)就不自由，比如引力定律限制我們不能在天空無(wú)所依托地隨意飛行。
根據(jù)自己得到的證據(jù)，霍金也提出了一種類似的假說(shuō)——“時(shí)序保護(hù)猜想”，即時(shí)間機(jī)器或者使用它的人會(huì)被直接摧毀。這是諾維科夫自洽性原則的極端版本，盡管霍金用其直接阻止了時(shí)間穿越。
諾維科夫的規(guī)則還有其它有趣的變式，一種比較新穎的是出現(xiàn)于日本文字冒險(xiǎn)游戲（或動(dòng)漫）《命運(yùn)石之門》中的“世界線收束理論”。這種理論告訴我們，雖然世界只有一個(gè)（即不存在平行宇宙，這個(gè)我們后面會(huì)講到），卻存在無(wú)數(shù)個(gè)可能性分支（即世界線），它們會(huì)在關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)上匯聚。例如，A在2018年因車禍死去，B返回過(guò)去拯救A。但B很快發(fā)現(xiàn)，無(wú)論他采取什么措施，A仍然擺脫不了死亡的命運(yùn)；比如在車禍前將A帶去別處，A還是會(huì)因航空事故而喪命。作為歷史中關(guān)鍵點(diǎn)的A之死亡不可避免，具體的經(jīng)過(guò)則取決于B這個(gè)觀察者，即世界線會(huì)在A的死亡之處收束。
總之，在這里歷史是穩(wěn)定的，它能夠自我修復(fù)；就像碗里的玻璃球，無(wú)論怎么撥動(dòng)它，當(dāng)你放手時(shí)它還是會(huì)落向碗底——因?yàn)檫@是物理定律規(guī)范的最穩(wěn)定狀態(tài)。
第二類方法便是假設(shè)平行宇宙的存在。“平行宇宙理論”提出的初衷是為了解釋量子力學(xué)的一些效應(yīng)（詳見平行宇宙終結(jié)于哪一層？），將其應(yīng)用于時(shí)間旅行能給予“祖父悖論”有力的回?fù)簟?/p>
當(dāng)有人回到過(guò)去并改變歷史時(shí)，時(shí)間會(huì)產(chǎn)生分叉，形成一個(gè)與原來(lái)世界平行且擁有不同歷史的宇宙。我們還是用“祖父悖論”中的例子：如果C回到過(guò)去殺死了祖父，便會(huì)創(chuàng)造出一個(gè)平行世界——在這里，雖然C沒(méi)有出生，但他的存在來(lái)自于原來(lái)的世界，因此并沒(méi)有邏輯上的矛盾。
有了這些基礎(chǔ)，我們便可以考慮這部電影中的時(shí)間規(guī)則了。
時(shí)間原石（圖源：Marvel Studios）
穩(wěn)定卻可改變的歷史？
不得不說(shuō)，《復(fù)仇者聯(lián)盟4》中關(guān)于“時(shí)間穿越”的敘述不是非常清晰，并沒(méi)有一套完整的規(guī)則呈現(xiàn)給觀眾。我們只能利用電影里出現(xiàn)的線索進(jìn)行推測(cè)，還原出可能的設(shè)定框架。
首先，歷史中的關(guān)鍵性事件是不可改變的；無(wú)論如何修改過(guò)去，滅霸都會(huì)打一個(gè)響指抹去一半的生命。這應(yīng)該就是不能通過(guò)殺死嬰兒滅霸來(lái)阻止這一切的原因。我們?cè)賮?lái)看看古一法師對(duì)班納說(shuō)的話：“無(wú)限原石締造了你們所感受到的時(shí)間流，少了一顆原石就意味著分流。”這說(shuō)明，只要無(wú)限原石存在，就不會(huì)產(chǎn)生平行宇宙。
從上面的敘述中，我們可以推斷，漫威宇宙的時(shí)間設(shè)定大體上屬于之前提到的“穩(wěn)定歷史”而非平行宇宙，與“世界線收束”比較相近。畢竟在平行宇宙中，充滿悲傷的世界始終存在。
既然歷史是穩(wěn)定的，英雄們就只能默默忍受嗎？答案顯然是否定的，我們還未發(fā)掘原石的力量。“宇宙剛誕生的時(shí)候，只是一片虛無(wú)。然后，砰！宇宙大爆炸帶來(lái)了六種元素寶石，在原始的宇宙中穿行。每個(gè)無(wú)限寶石，都控制著一種宇宙本源屬性。”之前滅霸的勝利正是綜合了六顆原石的力量。只要集齊寶石，就可以逆轉(zhuǎn)滅霸響指的結(jié)果；所以鋼鐵俠等人便回到過(guò)去尋找寶石。
值得注意的是，這并不是說(shuō)滅霸沒(méi)有清理宇宙，而是超級(jí)英雄在這個(gè)結(jié)果之上將化作煙塵的人們帶了回來(lái)。
但是，歷史不是不能改變嗎？是的，自然條件下的死者并不能復(fù)生。我們可以將那些因滅霸的響指消失的人看作非自然的逝者，或者說(shuō)他們其實(shí)并沒(méi)有真正意義上地死去，只是由于原石的力量而消失了，匯聚原石便可以使他們重現(xiàn)。關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以參考蜘蛛俠回來(lái)后對(duì)鋼鐵俠說(shuō)的話：“天啊，你絕對(duì)想不到發(fā)生了什么。你還記得我們?cè)谔绽飭幔咳缓笪易兂苫伊耍铱隙ㄊ腔枇诉^(guò)去，我醒后你已經(jīng)走了。”
原石的缺失會(huì)使分叉出的世界走向黑暗。因此，美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)必須將所有寶石送回原處。完成任務(wù)后，他并沒(méi)有馬上返回，而是選擇與佩吉一同度過(guò)了另一個(gè)人生。既然歷史是穩(wěn)定的，年老美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)的出現(xiàn)便合情合理。
看到這里，我們也許更想知道，現(xiàn)實(shí)中的時(shí)間穿越是可能的嗎？
時(shí)間穿越的物理基礎(chǔ)
1915年，愛(ài)因斯坦完成了偉大的廣義相對(duì)論，他的引力場(chǎng)方程提供了一種完全不同于牛頓物理的世界圖景。在愛(ài)因斯坦的宇宙中，一個(gè)時(shí)間維和三個(gè)空間維構(gòu)成了一體化的四維時(shí)空；時(shí)空是可以彎曲的，就像一塊可以扭曲的彈性膜。擁有質(zhì)量的物體可以改變周圍空間的形狀，也會(huì)使時(shí)間的流動(dòng)發(fā)生改變。
通過(guò)研究廣義相對(duì)論方程，愛(ài)因斯坦和內(nèi)森·羅森（Nathan Rosen）發(fā)現(xiàn)，可能存在一種連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。這一時(shí)空橋梁被稱為“愛(ài)因斯坦－羅森橋”，也就是后來(lái)人們所說(shuō)的“蟲洞”。
事實(shí)上，“蟲洞”一詞來(lái)源于著名物理學(xué)家約翰·惠勒（John Archibald Wheeler，1911年7月9日—2008年4月13日）；他把“愛(ài)因斯坦－羅森橋”比作蟲子在蘋果上咬出的洞。如果你要在蘋果上的兩點(diǎn)之間穿梭，相比于蘋果表面，蟲洞顯然更近一些。這一比喻形象地表達(dá)出了蟲洞作為不同時(shí)空間捷徑的特性。
1937年，荷蘭數(shù)學(xué)家威廉·范斯托克姆（Willem Jacob van Stockum）發(fā)現(xiàn)了廣義相對(duì)論方程的一個(gè)解。在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的無(wú)限長(zhǎng)柱狀引力場(chǎng)中，可能出現(xiàn)連接不同時(shí)空的“閉合類時(shí)曲線”。當(dāng)人們乘坐宇宙飛船沿這類曲線飛行時(shí)，不僅可以返回過(guò)去，也可以到達(dá)未來(lái)。但是，這將違反因果律，可能你今天出發(fā)旅行，卻在昨天返回家中。
后來(lái)，庫(kù)爾特·哥德爾（Kurt Godel）發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更奇怪的解。他假定整個(gè)宇宙是旋轉(zhuǎn)的，其結(jié)果是：一個(gè)人原則上可以在宇宙中任意兩個(gè)時(shí)空點(diǎn)之間旅行。這位旅行者可以看到任何一個(gè)事件，無(wú)論它發(fā)生在多久以前。值得一提的是，哥德爾是二十世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家之一，他的名字因“哥德爾不完備性定理”響徹學(xué)界。哥德爾和愛(ài)因斯坦是好朋友；據(jù)說(shuō)，愛(ài)因斯坦曾表示，他去辦公室上班只是為了能和哥德爾一起步行回家。
這些奇特的解使愛(ài)因斯坦深感困惑；但數(shù)學(xué)不會(huì)撒謊，它們確確實(shí)實(shí)存在。事實(shí)上，在當(dāng)時(shí)幾乎沒(méi)有人認(rèn)真思考這類問(wèn)題；多數(shù)物理學(xué)家的意見是，這些解并沒(méi)有現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，那些難以理解的古怪現(xiàn)象不可能發(fā)生。沒(méi)有宇宙飛船能夠承受如此高的轉(zhuǎn)速，我們也無(wú)法找到無(wú)限長(zhǎng)的柱形重力場(chǎng)。
到了1985年，美國(guó)天文學(xué)家卡爾·薩根（Carl Sagan）寫了一部名為《接觸》（Contact）的小說(shuō)，講的是人類通過(guò)黑洞與外星文明進(jìn)行超時(shí)空接觸的故事。他擔(dān)心自己會(huì)在物理上犯錯(cuò)，于是向好友基普·索恩（Kip Thorne）請(qǐng)教。索恩的建議是把“黑洞”改為“蟲洞”，因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)有的物理知識(shí)，黑洞會(huì)把飛船撕得粉碎。
通過(guò)超空間連接地球和26光年外的織女星的蟲洞（圖源：參考資料[4]）
正是以這件事以契機(jī)，索恩開始從廣義相對(duì)論出發(fā)研究蟲洞的一些性質(zhì)。我們可以完全相信基普的物理水平，畢竟作為廣義相對(duì)論研究“泰斗”的他已于2017年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。由于時(shí)空的彎曲，蟲洞兩端的時(shí)間流并不相同；這意味著，我們可以將蟲洞當(dāng)做時(shí)間機(jī)器。
那么，我們?cè)撊绾谓ㄔ煲粋€(gè)蟲洞呢？
索恩認(rèn)為，我們有兩種方法制造蟲洞。第一種是量子方法。根據(jù)量子力學(xué)，有科學(xué)家推測(cè)真空中存在著量子漲落；可以將其理解為引力場(chǎng)的不均勻，就像面包中的空洞。這樣的情況下，蟲洞會(huì)不斷地自發(fā)生成。不過(guò)它們的尺度極小，對(duì)它們而言，我們現(xiàn)在最精銳的顯微鏡所能看到的東西仍是非常宏觀的。一個(gè)高等文明也許可以將蟲洞從這些量子漲落的泡沫中拉出來(lái)。
第二種方法是將龐大的能量聚于一點(diǎn)，使時(shí)空產(chǎn)生極度的扭曲，最終形成蟲洞。
但是，要想穿越蟲洞，必須保持蟲洞的開放。計(jì)算表明，在自然情況下，蟲洞很可能在極短的時(shí)間內(nèi)坍塌。基普認(rèn)為，如果我們將一種擁有負(fù)能量的“奇異物質(zhì)”填入蟲洞，就能維持蟲洞的大小。然而據(jù)估算，維持一個(gè)半徑為1公里的蟲洞所需要的奇異物質(zhì)的數(shù)量與整個(gè)太陽(yáng)系相當(dāng)。
除了嚇人的技術(shù)性難題，很多科學(xué)家也對(duì)計(jì)算的結(jié)果表示懷疑。在這些極端情形中，作為索恩出發(fā)點(diǎn)的廣義相對(duì)論并不能給出令人信服的結(jié)果，因?yàn)橄鄬?duì)論中并沒(méi)有量子力學(xué)的位置。我們需要一個(gè)包含引力和量子力學(xué)的理論，它能給出這些問(wèn)題的答案。顯然，人類還有很長(zhǎng)的路要走。
事實(shí)上，相比于回到過(guò)去，單向的未來(lái)旅行要容易的多，我們不一定非要構(gòu)造蟲洞。一種可能的辦法是利用黑洞。根據(jù)廣義相對(duì)論，在大質(zhì)量天體附近，時(shí)間會(huì)流動(dòng)得很慢。黑洞的質(zhì)量滿足這一條件；理論上只要我們開著飛船在黑洞周圍逗留一會(huì)兒（小心不要被吸進(jìn)黑洞！），然后返回地球，就將看到未來(lái)的世界。
參考資料
[1] http://www.lifeweek.com.cn/2014/1204/45402_4.shtml
[2] A.Carlini,V.P. Frolov,M.B. Mensky,I.D.Novikov,H.H. Soleng，Time machines: the Principle of Self-Consistency as a consequence of the Principle of Minimal Action，Int.J.Mod.Phys. D4 (1995) 557-580; Erratum-ibid. D5 (1996) 99
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Novikov_self-consistency_principle
[4] 基普·索恩，《黑洞與時(shí)間彎曲》，湖南科學(xué)技術(shù)出版社（2000）
[5] 馬丁·海德格爾，《存在與時(shí)間》，生活·讀書·新知 三聯(lián)書店（2014）
[6] Kaonan Micadei, John P. S. Peterson, Alexandre M. Souza, Roberto S. Sarthour, Ivan S. Oliveira, Gabriel T. Landi, Tiago B. Batalh?o, Roberto M. Serra, Eric Lutz，Reversing the thermodynamic arrow of time using quantum correlations，arXiv:1711.03323 [quant-ph]
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