时间旅行能改变过去吗？时空旅行的悖论

伤我心太深

　　我们是否可以改变过去?时间旅行能改变过去吗？时空旅行的悖论

　　“设想一下，我们的哥德尔学派时空旅行者，决定造访他的过去，并且要和年轻时的自己谈话。”拉里·德怀尔在1973年写道，“在t1时间点，T在和年轻时的自己谈话;在t2时间点，T 进入火箭，开始他穿越回到过去的旅程;我们设t1为1950年，t2为1974年。”


　　德怀尔最初并不是一名科幻作家，而是一名哲学家。尽管如此，德怀尔还是完成了这项作业：科幻小说通常包含大量的故事，其故事情节往往围绕着某些特定人物展开，这些人物操作着复杂的机械设备，然后发现自己被传送回到了过去。


　　除了阅读科幻故事，他还阅读哲学文献，而他阅读的哲学文献，正是从霍斯珀斯关于时间旅行不可能性的证明开始。他认为霍斯珀斯只是搞糊涂了。赖欣巴哈也是搞糊涂了(就是汉斯·赖欣巴哈，《时间的方向》的作者)，卡佩克(迈里克·卡佩克，《时间与相对论：一个正在成型的理论之争》的作者)也是如此。赖欣巴哈论证了“自我遭遇”的可能性，即“年轻的自己”遇到“年老的自己”，也就是“相同的一幕第二次发生”。虽然这一幕看上去可能是矛盾的，但它并不违反逻辑。德怀尔对此则有不同看法，他说：“正是这种说法引起了文学作品中如此多的混乱。”卡佩克正在绘制带有哥德尔学派的世界线的图表，而哥德尔学派的世界线被很多人认为是“不可能”的。同样，斯温伯恩、惠特罗、施泰因、戈罗维茨(“戈罗维茨的问题”，当然，都是由他自己造成的)，甚至哥德尔本人，都误解了他自己的理论。









　　按照德怀尔的说法，他们都犯了同样的错误——他们竟然想象一个时间旅行者可以改变过去，而这是不可能发生的。德怀尔可以接受由于时间旅行造成的一些困难，比如反向因果关系(结果先于其原因出现)和一体多元化(时间旅行者和时间机器，是和他们的镜像体同时穿越时空旅行之路的)，但对于改变过去这一点，却是德怀尔无法忍受的。“无论时间旅行可能带来什么，”他说，“都绝对不会涉及改变过去。”你可以想象一下年老的T，使用哥德尔学派的时空循环从1974年回到1950年，并在1950年见到年轻时的T。

　　这次相遇，必然会在时间旅行者的心理历史中被记录两次：年轻的T对这次相遇的反应可能是恐惧、怀疑、喜悦等;但对年老的T来说，却不一定能够回想起自己年轻时面对一个自称是年老的自己的人时的感觉。如果这次相遇时年老的T对年轻的T做了某些事情，而在年老的T的记忆中，这些事未曾在他年轻时发生过。这难道不是自相矛盾的吗?

　　当然。

　　所以，为什么T不能回到过去杀了他的祖父?因为他在过去没有这么做过。就是这么简单。

　　当然了，它也并非我们说的那么简单。


　　罗伯特·海因莱因在其1939年创作的科幻小说中，塑造了在不同时间点出现的众多鲍勃·威尔逊，并在时间旅行的奥秘被解开之前，尝试用这些鲍勃·威尔逊相互混战的故事，带我们重温时间旅行带来自相矛盾的结局的可能性。就这一点来说，这篇20年后才得以出版的小说，超越了其所有的前辈之作。这篇小说的标题是《你们这些回魂尸》(改编后的电影名为《前目的地》)，故事中有变性的情节，这在当时那个时代显然是有些太超前了。但是，这对主角以四重身份完成时间旅行来说是必需的：主角是自己的母亲、父亲、儿子和女儿。(译者注：鲍勃·威尔逊是罗伯特·海因莱因的科幻小说《自力更生》的主人公，而不是《你们这些回魂尸》的主人公，作者在此应该是将《自力更生》与《你们这些回魂尸》搞混了。)这篇小说的结尾警语同样发人
　　深省：“我知道我来自哪里——但是你们这些还魂僵尸来自哪里呢?”





　　那么，在时间旅行上，是不是任何人都可以更进一步呢?从纯数字角度而言，是的。1973年，当时还是一名年轻电视剧作家的大卫·杰拉尔德发表了他的第一部小说《折叠自己的男人》，主角是一位名叫丹尼尔的大学生，从神秘的“吉姆叔叔”那里得到了一条带有完整说明书的“时空腰带”的故事。吉姆叔叔敦促他记好日记，而且这是一件十分必要的事，因为他的生活很快将变得复杂无比。在这篇小说中，随着剧情的展开，我们很快就必须要努力才能跟得上其中的角色


　　像折叠的手风琴一样展开的节奏了。这些角色包括唐、黛安、丹尼尔、唐娜、超级唐以及简姑妈——他们都是同一个人，在一部循环的现世过山车中轮番上场。


　　一个主体竟然有这么多的變体，自相矛盾的悖论增长的速度，几乎和时间旅行者增长的速度一样快。但是，当你仔细观察时，你会发现它们都是一样的。悖论只有一个，只是披着不同的外衣，以适应不同的场合。有时它被称为解靴带悖论，是因为在海因莱因的小说中，主人公鲍勃·威尔逊用自己的靴带将自己拉到了自己的未来。有时也叫本体论悖论，一个关于存在与变成的难题，亦称“谁是你的爸爸”?《你们这些回魂尸》里的简既是自己的母亲，又是自己的父亲，同时，她还在不停地拷问自己的基因来自哪里这个问题。在另一篇小说中，一名美国股票经纪人1935年在柬埔寨丛林中发现了被棕榈叶掩盖的威尔斯时间机器(用作者的话来说，那台机器有着“抛光的象牙和闪闪发光的黄铜”);他推动操控杆，回到了1925年，此时这台机器正在抛光，并掩藏在棕榈叶下。这就是它的生命循环：一个为期10年的封闭式类时间曲线。“但是，它最初究竟是从什么地方来的?”股票经纪人问一个身披黄袍的和尚。这位智者仿佛是在教导一个傻瓜一样解释道：“从来就没有什么‘最初’。”


　　有一些关于因果循环的最为精妙的设计，涉及的则是纯信息的东西，可以参照命定悖论来理解。你尝试改变那些注定要发生的事情，但你发现，不管你做了什么，最终反而会促成它的发生。在电影《终结者》(1984)中，一个机器人杀手从未来穿越回来，目的是杀死一个女人，以此来阻止她生下那个在未来注定会领导反抗运动的领袖。机器人杀手最终失败，并留下了自己的碎片;而正是这些碎片，使机器人杀手的创生成为可能。


　　当然，在某种程度上说，命定悖论诞生的时间要比时间旅行早几千年。能够自我应验的预言这一概念古已有之，但这一术语的出现是最近的事。这个词是由社会学家罗伯特·默顿于1949年创造的，用于描述一个真实存在的现象：“对于形势的一个错误的定义，引发了一个新的行为，而这个新的行为使原本错误的定义变成了真的。”人们总是想知道，他们是否能够逃脱命运的摆布。只有到了现在，在时间旅行的时代，我们才会发出我们是否可以改变过去这样的疑问。



　　时间旅行与因果律悖论
　　哥德尔的宇宙：自我循环



　　我们习惯性地使用与谈论空间相同的词来谈论时间，因为这样做很容易帮助我们展开想象。约翰·霍斯珀斯认为，“事实上，H.G.威尔斯在《时间机器》(1895)一书中，已经对此展开过想象了，每一位《时间机器》的读者，也都与作者一起展开过想象了”。实际上，霍斯珀斯有点儿疯疯癫癫的，作为一名独树一帜的哲学家，他于1953年出版了经典教科书《哲学分析概论》，并在随后的40多年历经4个版本，一直保持着标准教科书的地位。

　　在霍斯珀斯看来，威尔斯在书中描写的时间旅行，不仅仅是不可能的问题，它在逻辑上也讲不通。这是一个自相矛盾的说法。在一篇长达4页、写得密密麻麻的论证中，霍斯珀斯通过理性的力量证明了这一点。






　　“我们怎么可能在同一时间出现在公元20世纪和公元前30世纪呢?这里就已经有矛盾了……一个人，既出现在某个世纪，同时又出现在另一个世纪，这在逻辑上是不可能的。”在这里，我们常说的“同时”这个词好像蒙蔽了我们，这里面是否暗藏着什么陷阱?现在和过去是不同的时间，因此它们既不是同一时间，也不会同时出现。这就是整个证明过程了。这是不是容易到令人生疑?


　　而时间旅行幻想的关键点，在于幸运的时间旅行者要有自己的时钟。即使他们穿越回到被宇宙记录下的某个过去的不同时间点，他们的时间依然可以保持向前运行。霍斯珀斯看到了这一点，但他拒绝接受它。“人们可以在空间中向后走，但是‘回到过去’从字面上讲是什么意思?”他反问道。


　　如果你继续生活，除了每天变老，你还能做什么?“每天变得更年轻”难道不是一句自相矛盾的话吗?当然了，如果它的意思是象征性的，倒也可以，比如“亲爱的，你每天都变得更年轻了”。尽管如此，被恭维的这个人，虽然每天都看起来变得更年轻了，但是事实上，难道不还是在变老吗?


　　我们不知道霍斯珀斯是否读过斯科特·菲茨杰拉德的那篇短篇小说。小说的主人公本杰明·巴顿正是如此，他以一个70岁老人的形象降生人世，之后倒着成长，每天越活越年轻，直到变成一个婴儿，把过去的一切忘得干干净净。菲茨杰拉德应该也承认，这在逻辑上是不可能的。这个故事还有许多演绎。


　　时间对霍斯珀斯来说一定是一件很简单的事。如果你想象一下，有一天你还在20世纪，而到了第二天，你的时间机器就将你带回到了古埃及。霍斯珀斯拒绝接受这种情形，他说：“这里难道没有矛盾吗?对1969年1月1日而言，它之后的第二天是1969年1月2日。星期二之后是星期三(这在逻辑上是必然的，因为‘星期三’被定义为‘星期二’之后的那一天)，等等。”而且，霍斯珀斯还有一个最终的论点，而这个最终的论点，正是钉在时间旅行的逻辑棺材上的最后一颗钉子。






　　金字塔是在你出生之前建成的，你没有为金字塔的建造提供任何帮助，甚至没有亲眼见过它的建造过程。霍斯珀斯说：“这是一个不可改变的事实，你不能改变过去。这是至关重要的一点：过去就是已经发生过的事，你不能使已经发生过的事情没有发生过。”虽然我们目前仍然好像是在一本关于分析哲学的教科书中，但你几乎可以听到作者的呼喊：


　　“就算聚集了国王所有的马，就算聚集了国王所有的臣子(译者注：这是英国民间童谣集《鹅妈妈童谣集》中广为人知的句子)，也不可能使已经发生的事情变成没有发生过，因为这在逻辑上是不可能的。”如果你认为你回到公元前3000年前，并帮助埃及人建造金字塔，这种情形在逻辑上是可能的时候(当然只是在字面上)，你就得面对这样一个问题：你到底是帮助他们建造了金字塔，还是没有?现实中，在你出场之前，金字塔的建设就已经结束了。


　　所以你必须得承认：你没有帮忙建造金字塔。这是事实。但是，它是一个逻辑上的事实吗?不是每个逻辑学家都认为这些推论法是不证自明的，有些事情不能被逻辑证明或反驳。霍斯珀斯似乎也注意到了他的某些词语是靠不住的，但是从“时间”这个词算起，霍斯珀斯使用过的那些词语，要比他认为的更加靠不住。最后，他已经公开地假定他试图证明的那些事情。“整个情况谜一样地充满了矛盾，”他总结说，“当我们说我们可以想象回到过去时，我们很可能只是说说而已，事实上完全没有可能，甚至描述它的语言从逻辑上讲也没有可能。”


　　库尔特·哥德尔对此有不同的看法。库尔特·哥德尔是20世纪最杰出的逻辑学家之一，正是他的发现，使人们不再可能以原来那种方式进行逻辑思考。而关于悖论，库尔特·哥德尔有自己的见解。



　　如果霍斯珀斯的逻辑论断听起来是“要想直接从1月1日到达同一年里除了1月2日之外的任何其他日期，逻辑上是不可能的”，那哥德尔就是从另一个版本来解决这一问题的。
　　哥德尔的版本是这样的：一个用矢量正交来表达的三维体系，如果说存在一个与其中某个矢量完全正交的三维参数系统的话，那么这个三维体系就会变成四维，且这两者互为充分必要条件。


　　他所说的，是爱因斯坦时空连续体中的世界线。他说这番话是在1949年。在18年前哥德尔就已经发表了他最伟大的论文，当时他是维也纳大学一名25岁的博士生。在这篇论文中，哥德尔利用数学证明彻底扑灭了人们将逻辑或数学组合成一个完整且一致的公理系统的所有希望——你既无法证明它为真，也无法证明它为假。这就是哥德尔的不完备定理，它建立在悖论之上，给我们留下了一个更大的悖论。我们知道，确定无疑地知道，完全的确定性总是在逃避我们。


　　现在，哥德尔开始思考时间，“那种神秘而又自相矛盾的存在”。但是在另一方面，时间似乎又是构成世界和我们自身存在的基础。后来，哥德尔在普林斯顿高等研究院定居下来，在那里，他和爱因斯坦从20世纪30年代初就开始的友谊，得到了进一步的加强。他们经常在同事们羡慕的目光中从富尔德楼漫步到欧登农场，这一幕最终成了传奇。爱因斯坦在生命中的最后几年仍然去学院，因为只有这样才能和哥德尔一起边走边谈地回家。





　　1949年， 为了庆祝爱因斯坦的70岁生日，哥德尔送给他一个令人惊讶的计算结果作为礼物：他的广义相对论的场方程允许存在时间循环的宇宙存在。或者更準确地说，宇宙中的一些世界线是自我循环的。这就是“闭合时间样线”，今天的物理学家称其为封闭式类时间曲线(closed time likecurves，缩写为CTCs)，是没有入口和出口的环形“高速公路”。时间样线是一组仅由时间分隔开的点组成的：相同的地方，不同的时间。一个封闭式类时间曲线是自身循环的，因此它违反了普通的因果概念：事件就成了它们的起因，宇宙本身——整个宇宙——将是周而复始的。对于此论断，天文学家没有找到任何证据，但根据哥德尔的计算，一个封闭式类时间曲线的尺度应该是极大的，可能达到数十亿光年。但是这些细节，很少为人们提及。


　　一直以来，人们对封闭式类时间曲线的关注与其重要性或可信性很不相称。斯蒂芬·霍金说：“在这一领域工作的科学家必须使用诸如‘封闭式类时间曲线’这样的专业术语，来掩盖他们真正的兴趣，而此类术语正是时间旅行所需的密码。对这样一位有些许偏执狂的奥地利逻辑学家来说，时间旅行是性感的。对于这个几乎是隐藏在一堆繁复的计算之中的专业问题，哥德尔用浅显的语言为世人提供了一个能听得懂的解释：如果P、Q是物质世界线上的任意两个点，并且P在该线上位于Q之前的话，那么就会存在一条连接着P和Q的时间样线，而且在这条时间样线上Q在P之前。也就是说，在这些世界中，穿越回到过去在理论上是可能的。”


　　顺便说一句，物理学家和数学家谈论平行宇宙现在已经成了司空见惯的事情。在哥德尔的论文《爱因斯坦的重力场方程的解》中，每一个解完全就是一个可能存在的宇宙。“所有宇宙学的解决方案，其物质密度都不是零。”他写道，“这就意味着所有可能的宇宙都不是空无一物的。”哥德尔在这篇论文中提出了一个解决方案：对你来说这里有一个可能的宇宙。但是，这个可能的宇宙真的存在吗?这个宇宙是我们现在生活的宇宙吗?


　　哥德尔倾向于这么认为。弗里曼·戴森当时还是研究所里一名年轻的物理学家，多年后他告诉我，哥德尔会问他“他们还没证明我的理论吗”?今天的物理学家会告诉你，如果一个宇宙被证明与物理学定律不相矛盾的话，那么它就是真实的。这是一个先验主义的结论。也就是说，时间旅行是可能的。


　　如此一来，就使得时间旅行的门槛变得相当低了。爱因斯坦对此更为谨慎，他只是承认“此引力方程在宇宙学上的解已经被哥德尔先生找到了”，并且委婉地补充说“衡量这些计算结果是不是会被物理学基础原理排除在外，将是一件很有趣的事情”。换句话说，我们不能让数学计算结果把我们给误导了。但是，爱因斯坦的警告并没有削弱哥德尔的封闭式类时间曲线在热衷于时间旅行的拥护者中的流行程度，而在这些拥护者之中，有很多逻辑学家、哲学家和物理学家。他们几乎没有犹豫，就将哥德尔假想中的火箭飞船发射升空了。





《蝴蝶效应》



　　时间旅行中的因与果




　　所有的悖论都与时间循环类似，迫使我们去思考因果关系。结果能先于其原因出现吗?当然不可能。按定义来说，这是很明显的。大卫·休谟(苏格兰哲学家)一直说“原因是一件事，只不过这件事之后尾随着另一件事”。


　　但我們不是很善于搞清原因。有史以来，有文字记载的、试图通过推理的方式分析因果的第一个人，是亚里士多德。他创造性地为复杂性划分层次，但其造成的混乱却一直延续至今。他区分出了四种不同类型的原因，分别被命名为动力因、形式因、质料因和目的因。不管怎样，我们最好记住这一点：当我们仔细观察时，没有什么事物是有一个明确而无可争辩的起因的。


　　“关于事实问题的所有推理，似乎都是建立在因果关系上的。”休谟说。但是他发现，推理过程向来十分不易，而且难以确定。太阳是使岩石变暖的原因吗?侮辱是使一个人愤怒的原因吗?只有一件事可以说是肯定的：原因是一件事，只不过这件事之后尾随着另一件事。如果一个结果不一定是由一个原因产生的，那么这个原因到底还是不是一个原因呢?尽管伯特兰·罗素(20世纪英国哲学家、数学家、逻辑学家、历史学家，无神论者和不可知论者) 在1913年试图借助现代科学一劳永逸地解决这个问题，但是这些争论一直以来都在哲学大厅的走廊里回响，并且持续到现在。“说来也奇怪，在诸如引力天文学一类的尖端科学中，‘原因’一词从未出现过。”他写道，“时间对哲学家而言就像程序。事实上，物理学界停止寻找‘原因’的原因就在于根本没有原因这回事。我认为，在哲学家看来，因果律也就是合格而已，它是一个已经过去的时代的遗迹。之所以能够幸存下来，只是因为它被人们错误地认为不会有害。”



　　罗素已经有了超越牛顿学派的科学观点。而早在一个世纪前，拉普拉斯(法国著名天文学家、数学家，天体力学的集大成者)就已经对此观点进行了描述——宇宙中所有的事物都被严格锁定在一个由物理学定律构成的机制之下。拉普拉斯称过去为未来的起因。但是，如果这整台机器都是在步调一致地隆隆前进的话，为什么我们要把任一特定的齿轮或杠杆，想象成比其他任何部分都更具有‘因’的特质呢?我们可以认为马是马车运动的起因，但这只是偏见。不管你喜欢与否，马也是完全被决定的。罗素已经注意到了这一点，而且他不是第一个注意到这一点的。当物理学家用数学语言写下他们的那些定律时，时间是没有其与生俱来的方向性的。“定律在过去和将来是没有区别的，”他写道，“未来‘决定’着过去，与过去‘决定’着未来有着完全相同的意义。”



　　“但是我们被告知：你不能改变过去，但你可以在一定程度上改变未来。这种观点给人的感觉似乎是，我把目光只停留在了因果律的那些错误上，而我的目标似乎就是要把因果律干掉。如果过去已经是那样了，你就不能让过去变得不再是它曾经的样子……如果你已经知道过去是什么样子，希望它变成另外一副模样很显然也是毫无用处的。但是，同样的，对于未来注定要发生的事，你也不能改变它——如果你正好知道未来将要发生什么的话。例如， 对于即将发生的日食(或月食)，尽管你不希望它发生，但就和你希望过去发生改变一样，是毫无用处的。”


　　然而，尽管罗素这么说，但科学家还是比其他任何人都更需要因果律。休谟是对的，“关于事实问题的所有推理，似乎都是建立在因果关系上的”。往往，我们谈论的所有问题，都是因果问题。因果关系线无处不在，有些短，有些长，有些稳固，有些则脆弱，它们看不见摸不着，相互交织在一起，让人无法逃脱。它们都向着同一个方向运行，那就是，从过去到未来。


　　比如说，1811年的一天，在波西米亚西北部(今捷克西北部)的特普利采镇，一个名叫路德维希的男人(译者注：这里指的是贝多芬，贝多芬全名为路德维希·凡·贝多芬)在他笔记本里的五线谱上写下了一个音符。而到了2011年的一个晚上，一个名为雷切尔的女人在波士顿交响乐大厅吹响了小号，其效果立刻显现了出来：房间里的空气以每秒444个循环的主波长振动了起来。谁能否认，至少在一定程度上，纸上的笔记造成了两个世纪后的空气振动呢?但是，哪怕赋予你拉普拉斯那神话般的“能够领悟所有力学奥秘的智力”，要想使用物理定律计算出从波希米亚的分子到波士顿的分子的影响路径，也将是一次极富挑战性的计算。这里存在的那条完整的因果链，是一条信息链。


　　在罗素宣称因果关系的概念已经是一个过去了的时代的遗迹时，他的话并没有说完。哲学家和物理学家不仅仅在因果上纠缠不休，他们还在这因果混杂之中增加了新的可能性，逆向因果关系(也被称为反向因果关系或逆时序因果关系)现在成了他们纠缠的一个主题。迈克尔·杜梅特，英国杰出的逻辑学家、哲学家(也是一位科幻小说读者)，似乎已经于1954年，以他的论文《一个结果能够先于它的原因吗?》给这一课题开了头。10年后，他不再那么踌躇不定，又写了一篇《造成过去》。在他提出的众多问题中有这样一个问题：假设一个人在收音机上听到他儿子乘坐的船已经在大西洋沉没的消息，并向上帝祈祷，祈求他的儿子能够成为幸存者之一。那么，这个祷告在功能上是否等同于他为儿子的安全而事先进行的祈祷呢?



　　有什么东西可以激励现代哲学家反对一切先例和传统，去思考结果可能先于原因的可能性呢?《斯坦福哲学百科全书》给出了这样一个答案——时间旅行。事实上，诸如出生与谋杀一类的所有关于时间旅行的悖论都源于逆向因果关系。


　　反对因果序(即时间序)的第一个主要论点是，暂时性的逆时间序因果关系是可能的，比如在时间旅行的情况下。这种可能性看起来似乎玄之又玄、深奥难懂，但在法则上是可能的，因为哥德尔证明爱因斯坦的场方程有允许循环路径存在的解。


　　“并不是时间旅行解决了这个问题。其中可能有各种各样的不和谐，”《斯坦福哲学百科全书》警告说，“包括改变既成事实的不和谐，或者是产生因果循环的不和谐……”而那些勇敢的作家，却愿意冒着风险，采纳这些不和谐。菲利普·K.迪克在其《逆时钟世界》一书中让时光倒流，而马丁·埃米斯在其《时间之箭》一书中也是如此。

　　我们似乎是在兜圈子旅行。