《復(fù)仇者聯(lián)盟4：終局之戰(zhàn)》：時(shí)間旅行

秦建

超高速飛船：面向未來(lái)的時(shí)間機(jī)器

包括斯蒂芬·霍金和基恩·索普在內(nèi)的許多物理學(xué)家都認(rèn)為，時(shí)間旅行并不違反現(xiàn)有物理定律。但像電影中所說(shuō)的那樣，借助“量子領(lǐng)域”回到過(guò)去并不科學(xué)。因?yàn)榱孔恿W(xué)是研究微觀領(lǐng)域的，跟宏觀的時(shí)間和空間沒(méi)有關(guān)系。想要找到時(shí)間旅行的理論依據(jù)，還要從愛(ài)因斯坦的相對(duì)論入手。

1905年，愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論。在此之前，科學(xué)家們相信時(shí)間和空間不受任何物質(zhì)及運(yùn)動(dòng)的影響。在這種絕對(duì)時(shí)空觀里，時(shí)間旅行不具備理論基礎(chǔ)。但在狹義相對(duì)論誕生后，科學(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)，時(shí)間和空間不再是絕對(duì)的概念，而是可以改變的，這就為時(shí)間旅行提供了可能性。

狹義相對(duì)論指出，時(shí)間流逝的速度與物體的運(yùn)動(dòng)速度成反比，即物體的運(yùn)動(dòng)速度越快，其時(shí)間流逝的速度就越慢。這樣一來(lái)，超高速飛船就成為航向未來(lái)的時(shí)間機(jī)器。這里的超高速不是與飛機(jī)和火箭作比較，而是30萬(wàn)千米/秒的光速。計(jì)算表明，以光速的99.995%飛行10年，5年往外飛，5年往回飛，對(duì)于飛船上的宇航員來(lái)說(shuō)，只過(guò)了10年;但當(dāng)他回到地球時(shí)，地球上已經(jīng)過(guò)了1000年。此時(shí)，他熟悉的一切都已蕩然無(wú)存。飛船速度越快，能夠抵達(dá)的未來(lái)也就越遙遠(yuǎn)。假如飛船以光速的99.99995%在宇宙中飛行10年，回到地球時(shí)，10000年就已經(jīng)過(guò)去了。

復(fù)仇者聯(lián)盟借助通道回到過(guò)去尋找原石

但實(shí)現(xiàn)近光速飛行面臨著一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題：飛船的燃料?，F(xiàn)在的火箭都使用化學(xué)能，要使火箭推動(dòng)的航天飛機(jī)達(dá)到光速的1/250，則所需化學(xué)燃料就會(huì)超過(guò)整個(gè)已知宇宙的總和。核聚變火箭的速度能夠達(dá)到光速的1/20，若想要達(dá)到這個(gè)速度，則氫燃料的質(zhì)量應(yīng)為飛船的57倍;若想要達(dá)到光速的1/2，則飛船必須攜帶超過(guò)自身質(zhì)量59000倍的氫燃料。由物質(zhì)與反物質(zhì)湮滅而形成的輻射具有比核聚變更高的動(dòng)能。計(jì)算表明，1千克反物質(zhì)燃料提供的能量和100千克的氫燃料相差無(wú)幾，想把飛船加速到光速的99%，只需要13倍于飛船質(zhì)量的反物質(zhì)燃料。因此，從理論探討到現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造還有很遠(yuǎn)的路要走。人類(lèi)對(duì)于時(shí)間旅行的幻想，就好比古人剛剛學(xué)會(huì)鉆木取火，就幻想制造火藥。

另外，狹義相對(duì)論為面向未來(lái)的時(shí)間旅行開(kāi)啟了大門(mén)，卻沒(méi)能為重返過(guò)去的時(shí)間旅行提供同樣的理論可行性。在狹義相對(duì)論中，只有超光速的運(yùn)動(dòng)才可能導(dǎo)致時(shí)間倒流，回到過(guò)去。但狹義相對(duì)論成立的前提就是光速，30萬(wàn)千米/秒是我們這個(gè)宇宙的速度極限。在狹義相對(duì)論的時(shí)空體系里，沒(méi)有任何已知的物理過(guò)程能夠使物體進(jìn)入超光速狀態(tài)，也就是說(shuō)沒(méi)有時(shí)間旅行家可以重返過(guò)去。

蟲(chóng)洞：通往另一個(gè)時(shí)空的快捷通道

如果時(shí)間機(jī)器存在，它真正獨(dú)特的價(jià)值不在于面向未來(lái)，而在于重返過(guò)去。因?yàn)榧词共怀俗咚亠w船，我們每一個(gè)人也在一分一秒地奔向未來(lái)。假設(shè)可以重返過(guò)去，那么重返過(guò)去的路又在哪里呢？

復(fù)仇者乘坐戰(zhàn)機(jī)穿梭于星球之間

1915年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論。在廣義相對(duì)論中，時(shí)間和空間依賴(lài)于物質(zhì)的分布與運(yùn)動(dòng)。由此得出一個(gè)結(jié)論：時(shí)空在某種意義上就像流體一樣會(huì)受到運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的拖曳，甚至連時(shí)間的方向都有可能因拖曳而改變。這種對(duì)時(shí)間方向的拖曳如此顯著，以至于可以把未來(lái)的方向拖曳成過(guò)去的方向，甚至可以讓不同的時(shí)間方向首尾相接，連成一條“閉合類(lèi)時(shí)曲線”。如果你乘坐飛船沿這樣的曲線作一次為期10年的旅行，那么在旅行結(jié)束時(shí)你不僅會(huì)回到飛船出發(fā)的地方，并且還會(huì)遇見(jiàn)10年前整裝待發(fā)的自己。這就是我們渴盼已久的面向過(guò)去的時(shí)間機(jī)器。

幾十年來(lái)，物理學(xué)家們?cè)趶V義相對(duì)論中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些“閉合類(lèi)時(shí)曲線”的解?！伴]合類(lèi)時(shí)曲線”太過(guò)專(zhuān)業(yè)與拗口，有科學(xué)家給它起了一個(gè)通俗易懂的名字，這就是為讀者所熟悉的“蟲(chóng)洞”。

在球體表面從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)需要走一條弧線，但如果有蛀蟲(chóng)在這兩點(diǎn)之間蛀出了一個(gè)蟲(chóng)洞，那么通過(guò)蟲(chóng)洞就可以在這兩點(diǎn)之間走直線，這顯然要比原先的弧線近得多。把這個(gè)情景從球體表面推廣到物理時(shí)空，就是物理學(xué)家們所說(shuō)的“蟲(chóng)洞”。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者基恩·索普和他的同事研究發(fā)現(xiàn)，“蟲(chóng)洞”不僅是空間旅行的通道，而且還可以作為時(shí)間旅行的工具。只要讓“蟲(chóng)洞”的出入口以接近光速的速度作適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)，就可以將“蟲(chóng)洞”轉(zhuǎn)變成時(shí)間機(jī)器。

“蟲(chóng)洞”其實(shí)有很多種類(lèi)型，多數(shù)“蟲(chóng)洞”都極小，極不穩(wěn)定，剛一出現(xiàn)就會(huì)消失。一個(gè)可穿越的“蟲(chóng)洞”，首先必須開(kāi)放足夠長(zhǎng)的時(shí)間，而這需要“蟲(chóng)洞”中存在某種能量為負(fù)的奇特物質(zhì)。

問(wèn)題又出現(xiàn)了：有負(fù)能量的物質(zhì)嗎？答案是肯定的。1948年，荷蘭物理學(xué)家卡什米爾就發(fā)現(xiàn)了負(fù)能量物質(zhì)。真空中的量子漲落（在空間任意位置能量的暫時(shí)變化）具有能量，如果某種物質(zhì)的能量低于周?chē)臻g的量子漲落能量，那么這種物質(zhì)具有的能量就是負(fù)能量。不幸的是，人類(lèi)目前能制造出來(lái)的負(fù)能量物質(zhì)實(shí)在是太少了，根本無(wú)法維持“蟲(chóng)洞”的開(kāi)放：維持一個(gè)“蟲(chóng)洞”所需的負(fù)能量幾乎相當(dāng)于一顆普通恒星在一年中釋放出的全部能量。所以，“蟲(chóng)洞”這個(gè)面向過(guò)去的時(shí)間機(jī)器目前還只是停留在美好的科學(xué)幻想中。

時(shí)間旅行：祖父悖論與可以拯救的歷史

時(shí)間旅行隧道

暫且不管復(fù)仇者聯(lián)盟的超級(jí)英雄們以何種方式回到過(guò)去—最終他們兵分三路回到了不同的時(shí)間和地點(diǎn)，去收集原石，防止它們落入滅霸之手。但新的問(wèn)題馬上出現(xiàn)了：既然他們回到過(guò)去帶走了全部的六顆原石，那后來(lái)的滅霸又是從哪兒收集的原石？電影試圖用“平行宇宙”來(lái)解釋?zhuān)麄€(gè)劇情始終沒(méi)有講清楚。

時(shí)間旅行的科學(xué)幻想固然美好，但種種悖論卻有可能阻止時(shí)間旅行者的腳步。比如，著名的祖父悖論：假如你回到過(guò)去，在自己父親出生前把自己的祖父母殺死，那你又是從哪兒來(lái)的？

斯蒂芬·霍金曾經(jīng)提出這樣一個(gè)問(wèn)題：假如時(shí)間旅行是可能的，那么為什么在我們的周?chē)两穸紱](méi)有發(fā)現(xiàn)來(lái)自未來(lái)世界的時(shí)間旅行者呢？這個(gè)問(wèn)題的潛臺(tái)詞是：時(shí)間旅行可能從來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)。

許多物理學(xué)家思考了斯蒂芬·霍金的問(wèn)題，并且提供了一種可能的回答：時(shí)間機(jī)器即使可以被建造出來(lái)，也不可能使時(shí)間旅行者回到時(shí)間機(jī)器建造之前。假如2200年有人建造出了時(shí)間機(jī)器，則時(shí)間旅行者只能訪問(wèn)2200年之后的年代，而無(wú)法來(lái)到2019年，更無(wú)法回到侏羅紀(jì)去看恐龍。物理學(xué)家格林說(shuō)：“在時(shí)間機(jī)器建造成功之前的每一個(gè)年代，都將成為我們以及我們的子孫后代永遠(yuǎn)無(wú)法觸及的歷史。”即如果時(shí)間旅行是可能的，則早一天建造出時(shí)間機(jī)器就可以多拯救一天歷史。

綜上所述，我們可能會(huì)由于現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)的缺乏和種種悖論而對(duì)時(shí)間旅行感到失望，但我們也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到：研究時(shí)間旅行一個(gè)很重要的動(dòng)機(jī)就是要探索物理定律的邊界，探索物理定律如何解釋最離奇的現(xiàn)象，即使最終證實(shí)時(shí)間旅行不能實(shí)現(xiàn)，我們也能從中收獲很多。

（責(zé)任編輯/江盼 ?美術(shù)編輯/劉強(qiáng)）