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回到过去,预测未来

“… 预备阶段完成,一分钟后进入时空融合。”,密闭的舱室内,一个科学狂人,花费了毕生精力,造出了一台时间机器,今天他将亲自进行第一次测试。他也不确定会被送到多久以前,但是现在程序已经启动,无法取消了。“四、三、二 …”,眼前一道白光,他屏住了呼吸——然后——“ … 预备阶段完成,一分钟后进入时空融合。”。

时间旅行是个多么诱人的话题,无数的影视和文学作品以此为题。

人们对时间旅行最大的误读恐怕就是“超过光速就能回到未来”。这个推论显然来自相对论中的时间膨胀公式(运动速度越接近光速,该物体时间流逝越慢), 但是这个公式是基于相对论中另一个基本假设“光速是不可超越的”,所以说在写方程的时候标上自变量取值范围是多么地重要。

所谓相对论,提出的基本假设之一就是“时间是相对的”。

当年牛顿的经典力学告诉我们“空间是相对的”,不同的参考系中,观测到的速度是不同的。而现在相对论告诉我们,在不同的参考系中,测量到的时间流逝同样是不同的,时间和速度互相影响着——但所有人都能测量到同样的光速,光速是不可超越的。

根据时间膨胀公式,可以预测的是,当速度足够接近光速的时候,运动物体相对于静止物体时间流逝地更慢,这就是所谓“双生子谬论”。一对双胞胎,如果弟弟以一半的光速运动1年,那么在静止的哥哥看来,实际上已经过去了1.3年,弟弟要比哥哥年轻了0.3岁。

这相当于弟弟只花了1年便到达了1.3年后,实现了当前向未来的时间旅行,如果运动速度更加接近光速,那么这个效应会更加明显,比如如果速度达到99.9%光速,那么运动的1年将相当于静止的50年。

在相对论中,从现在到未来的时间旅行是被允许的,只要你有足够的能量,将你加速到足够接近光速,就可以让你的时间流逝地更慢,从而更快地到达未来。

但根据相对论的质能方程,越接近光速,加速所需要的能量越大,以至于将有质量的物体加速到光速需要无限大的能量,这也是在计算上光速不能被超越的原因。

所以更激动人心的是回到过去。但凡提到这个话题,就必须提到因果关系,不同于向未来旅行,向过去旅行涉及到对已有历史的改变,这种改变超越了大多数人对因果关系的认识,科幻作品也大多是在这个环节(如何克服因果关系)做文章。

对我们而言,时间似乎是天然的一种属性,那么究竟何谓时间?根据热力学第二定律“闭合系统中的无序度(熵)总是在增加”,宇宙的状态总是在由整齐向混乱运动着,这个过程是不可逆的,局部的有序度增加了一点,整体的无序度则增加更多。

这种现象为我们(智慧生命)定义了一个非常有意义的时间箭头,这也和我们的认知相适应:很多过程,比如打碎一个杯子,比如吃一顿饭,都是无法逆转的,你只有把碎玻璃片扔进垃圾桶。这种时间箭头也为我们的生命(自我意识)赋予了意义:如果一切都是由混乱,自动地变为整齐,那么我们的生命还有什么挑战?有什么意义?

这种时间箭头的方向可能是由于宇宙大爆炸的方向,以及各种宇宙常数共同决定,也只有这样的宇宙,才可能存在智慧生命。

为了解决回到过去带来的因果关系问题,有两种较为常见的理论:决定论和平行宇宙。

决定论即宇宙中发生的一切事件,都由宇宙的初始状态和物理定律决定,不为智慧生命的自我意识而改变。一切历史和未来都是事先确定的,如果有人可能回到过去并改变历史,这也是历史早就确定了的。

平行宇宙即,除了我们的宇宙还存在着无数的宇宙,每个宇宙代表着不同的选择,每个选择都对应一个宇宙。回到过去事实上就是到达了另一个平行宇宙,历史将在这里分支。

我个人倾向于决定论,我觉得这才是最简洁,最完美的解释,证明了是物理定律而非自我意识在统治宇宙,我相信这也是大多数物理学家的想法。

而平行宇宙则更多地出现在科幻作品中,可以为情节带来更多戏剧性。

在目前的物理学领域中,回到过去的新的希望是虫洞理论,但直到目前,即使是仅供微观粒子通过的虫洞,也没有被观测到,仅仅存在于理论中,但目前物理学也同样无法否认时间旅行(回到过去)的存在,也许有朝一日会有新的发现。

但是直到目前我们还没有发现来自未来的时间旅行者不是么?开个玩笑。

平行宇宙的假设是各个宇宙之间相互独立,无法互相影响,如果真的是这样,那么根据剃刀原理我们就没有必要去假设平行宇宙模型。而但如果能通过时间旅行到达另外一个宇宙,即说明这些宇宙并非是无关联的。

而决定论中,则很可能出现因果循环,即一段信息,来自未来,却又对未来施加着影响,好像这段信息是凭空出现的一样(可以参见短篇小说《你们这些还魂尸——》), 而根据蝴蝶效应,事实上任何回到过去的行为都会造成因果循环,因此——如果宇宙存在一个确定的历史,那么就不允许有回到过去的时间旅行。

前面我们提到按照决定论,宇宙的历史和未来是确定的,这意味着如果我们掌握了宇宙的全部物理定律(这也是物理学家们正在做的事情),并且知道宇宙任意一刻的状态,那么我们可以随意地计算历史,预测未来,会是这样么?

阻止我们的第一道关卡便是不确定性原理,即粒子的位置和状态(速度)不能被同时确定,但我们可以将位置和速度作为一个整体来看待,这即是量子力学中波函数的概念。

虽然不确定性原理削弱了我们预测未来的能力,但我们仍可以通过波函数进行一定程度的预测。

而第二个障碍是黑洞,黑洞具有极强的引力,以至于光也无法逃脱。黑洞的边缘,即为黑洞的视界,在视界内发生的一切事件将不会对外界造成影响,因为任何影响都不可能超过光速来作用。黑洞将发射仅与其质量相关的辐射,其他的一切信息都会在黑洞消失时被蒸发掉(黑洞无毛理论)。一旦波函数的任意部分掉入黑洞,我们便进一步丧失了对未来的精确预测能力。

总结:

  • 由当前到未来的时间旅行是被相对论允许的
  • 目前仍没有完美的理论能够解释回到过去带来的因果关系问题
  • 目前物理学还没有可靠的可以使宏观物体回到过去的理论
  • 目前物理学还无法否认回到过去的时间旅行的存在
  • 因为不确定性原理的存在,我们不可能精确地预测未来

(开头的段子改写自《史上第一个时间旅行者》).

决定论:上帝不掷骰子

决定论(机械唯物主义)

受wxy的日志:http://user.qzone.qq.com/910741878/blog/1344161509
启发想到的,其实之前也思考过很多次了。

但凡牵扯哲学,问题都会变得非常复杂,所以,接下来我在这篇日志中,给“决定论”一个简单的定义:

自然界存在一种客观规律和因果关系,一切结果都是由先前的某种原因导致的。从宇宙诞生以来,有一连串的事件注定地、从未中断地发生。

以上和以下资料参考自:

总之,我相信决定论,相信宇宙中所有的事物都有前因后果,有一个唯一的命运,物理定律统治宇宙。
目前量子力学最新的研究成果都指向决定论——物理学家们都希望找到那一系列控制着宇宙的物理定律。

找到了又能如何?我们能够追溯过去,预测未来么?
不,根据不确定性原理,我们无法观测到粒子的确切状态,所以我们也无从追溯过去、预测未来了。

有那么一个唯一的、注定的命运,但无人能够观测,无人能够改变。和没有又有何分别。
一个“测不准”的命运,没法拿来说事,和没有一样 …

God doesn‘t play with dice(上帝不掷骰子).——爱因斯坦

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精子生于 1995.11.25, 21 岁,英文 ID jysperm.

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该博客使用基于  Hexo  的  simpleblock  主题。博客内容使用  CC BY-NC-SA 3.0  授权发布。最后生成于 2017-09-17.