如何科学的时空旅行

daomei

读书君表示，今天的推荐可能略有点晦涩难懂，但如果它们与宇宙大爆炸、外星生物、时空旅行、平行世界等科幻谜题相关的话，大家是否有兴趣认真的读一读呢？

昨天，一口神秘的“大锅”引起了全中国人民的注意……没错，就是正在贵州平塘建设的500米世界最大单口径球面望远镜（英文简称 FAST）。FAST是一座射电望远镜，通它过接收宇宙天体的射电信号完成科学任务观测。理论上讲，FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于宇宙的边缘。也就是说，虽然它并不能发射信号给宇宙中或许存在的高等外星人，但凭借它超强的敏感度，人类很有可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹……

下面我们一起来读读，英国著名科学读物专业作家，约翰格里宾(John Gribbin)关于宇宙大爆炸、平行空间、三维空间等内容的一篇小文，在他通俗易懂（是的，涉及到复杂的物理知识，这样真的是算简单了……）文字，来获取科学知识武装自己的科幻迷外壳！

1 科学家模拟一个类似地球的球体在哥德尔宇宙中"回到过去"的画面 [保存到相册]

科幻小说中那些听起来很巧妙的描述，是很不合适的

今天的宇宙学家们非常幸福地谈论着宇宙从大爆炸中刚刚诞生时发生的事情，他们计算了宇宙年龄大约在10－35秒左右时发生的反应。这些反应涉及粒子和辐射的大漩涡、粒子对的产生和湮灭。关于这些反应如何发生的假设来自各种理论的混合，以及对在巨型加速器(例如在日内瓦欧洲原子能中心＜CERN＞运行的那一台)中粒子相互作用方式的观察。根据那些计算，从我们在地球上所做的微不足道的实验中所得出的物理规律，可以用一种符合逻辑的、自洽的方式来解释宇宙是如何从一个密度几乎是无穷大的状态演化到我们今天所看到的状态。这些理论甚至在预言物质和反物质的平衡、物质和辐射之间的平衡方面作了尝试。（在《空间扭曲》一书中讨论了所有这些思想。）

每一个对科学略感兴趣的人都已经听说了关于宇宙起源的大爆炸理论。理论家们津津乐道地玩弄着那些用以描述150亿年前那一瞬间所发生的事情的数字。但在今天，又有谁会停下来去思考这些思想究竟意味着什么呢?企图理解这些思想的含义确实是动人心弦的。谁会对10－35秒真正感兴趣呢?更不用说去理解当宇宙年龄为10－35秒时宇宙的本性!事实上，那些处理这种稀奇古怪的极端本性的科学家应该可以比较容易地调整他们的思想，以适应平行世界的概念。

事实上，那些从科幻小说中借用的听起来很巧妙的表述，是很不合适的。选择性现实的本来图像是作为一个从主茎展成扇形的选择性分支，在超空间中一个靠着一个地向前延伸，就像一个复杂铁路枢纽的分支路线一样，就像一些具有几百万条平行航道的超高速公路一样。科幻小说家们想象出了通过时间并排着向前延伸的所有世界，我们附近的邻居与我们自己的世界几乎完全一样。但是，当我们随着时间走入旁路越多时，它们之间的不同就变得越来越清楚。这个图像使人们很自然地推测出：在超高速公路上改变航道滑入隔壁世界的可能性。不幸的是，数学并不喜欢这个洁净的图像。

我们所谓的平行世界，实则应该与现实世界垂直

1 我们要如何抵达“未知”世界 [保存到相册]

三维空间在我们的日常生活中是如此之重要，但是数学家们在处理维数更高的空间方面并没有困难。（编者注：还记得《星际穿越》里的多维世界吗？）我们的整个世界，作为埃弗雷特多世界【编者注：many worlds interpretation 多宇宙（或者称为多世界、平行世界）理论，来自于休埃弗莱特(Hugh Everett III）对量子力学的解释】现实的一个分支，在数学上用一个四维空间来描述，其中三维代表空间，一维代表时间，它们之间相互正交。描述相互正交、维数更高、与我们的四个维度垂直的空间的数学是通常的数学游戏。这就是选择性现实实际存在的地方，它并不与我们自己的世界平行，而是与之垂直。相互垂直的世界分支通过超空间（注：指的是通过多维度空间，快速的到达宇宙的另一端。超空间是指超过四个维度的空间。弦理论（M理论）预言，应该有11个超空间维度）离开旁路。这个图像很难以形象化，如果你在相信这个图像方面有困难，那么你可能会开始感觉到原来的完好的薛定谔方程更加舒适和熟悉。

远不是这样。量子力学的波动解释确实起源于物理学其他领域的一些简单熟悉的波动方程。对单个粒子来说，正确的量子力学描述确实涉及三维空间中的一个波，当然这里指的并不是我们日常生活的空间，而是“相空间”。不幸的是，对于描述中所涉及的每个粒子的波来说，你需要三个不同的维度。为了描述两个相互作用着的粒子，你需要六个维度；为了描述一个三粒子系统，你需要九个维度，如此等等。整个宇宙的波函数，其维数等于宇宙中粒子数的三倍。那些因为携带了太多不必要的包袱而轻易放弃了埃弗雷特解释的物理学家们忘记了这样一个事实：他们每天使用的波动方程被认为是对宇宙的一个好的描述，是以在思想中引起一个同样的含糊其辞的包袱为代价的，这个包袱就是额外的维数。但它确实使人们容易看到为什么滑入旁路进入另一个可供选择的现实是不可能的。如果你朝着一个与我们的世界成直角的旁路出发，那么你将产生一个你自己的新世界。

时空旅行是悖论，改变了过去就将进入垂直世界（而非原来的世界）

1 《明日边缘》这种回滚时空之旅实则很站得住脚，并且回到分支点的主人公每次都进入了不同的分支垂直世界。 [保存到相册]

事实上，关于多世界理论，这就是每一次当宇宙面临一个量子选择时所发生的事情。作为匣子中猫的实验结果或者作为双缝实验的结果，进入通过宇宙劈裂而产生的可供选择的现实之一的唯一方式，就是在我们的四维现实中沿时间后退，到达实验的时间，然后再沿着另一个可供选择的分支随时间向前。这个可供选择的分支与我们自己的四维世界成直角。

这或许是不可能的。根据常识，这种真正的时空旅行肯定是不可能的，因为这涉及一些悖论，例如你可以沿时间后退，在你父亲出生之前你将你爷爷杀死。另一方面，在量子水平上，看起来粒子在所有的“时间”内都在参与时空旅行。弗兰克提普勒已经证明广义相对性方程允许时空旅行。有一种可能会产生一种天才的旅行，随着时间向前和向后，而不会出现悖论，这种形式的时空旅行依赖于可供选择的宇宙的现实。戴维杰拉德在一本娱乐性科幻小说《折叠自己的人》中探索了这些可能性。这本书是值得一读的，它引导人们了解世界现实的复杂性和敏感性。问题是，举一个经典的例子，如果你能沿着时间后退并杀死你爷爷的话，那么你正在产生的或正在进入的(依赖于你的观点)可供选择的世界分支就与你起始的那个世界成直角。在那个“新的”现实当中，你的父亲和你自己都没有出生。因为你仍然是在“原来的”现实中出生，通过时间往回旅行，进入一个可供选择的分支。再回去做一次你曾经做过的恶作剧，那么你所做的仅仅是重新进入现实的原始分支，或者至少是一个非常类似的分支。

但是，即使是杰拉德也没有解释在垂直现实当中作为主要特性的那些稀奇古怪的事情。据我所知，对埃弗雷特解释中所用的数学有一种有独到见解的物理解释——当然是科幻小说作家还没有接受的时空旅行的一种新形式。我特将此奉献给他们。当这本书正在印刷过程中时，我以“垂直世界”为标题给《比喻》写了一个小故事。需要强调的是，在这个图像中，可供选择的现实并没有与我们的现实并排而列，在那里他们可以很容易地滑入和滑出。现实的每一个分支都与其他分支相互垂直。可能存在一个世界，在那里人们给予巴拿马（注：拿破仑全名巴拿马·拿破仑）的名字是皮埃尔，而不是拿破仑，然而在那里其他方面主要的历史进展与我们这一现实的分支相同。可能存在一个世界，在其中那个特指的拿破仑从来没有存在过。这两个世界相对于我们自己的世界来说，是同样遥远和不可接近。如果不是在我们自己的世界当中沿时间往回旅行至合适的分叉点，然后在与我们自己的现实成直角(许多直角中的一个)的现实中沿时间向前延伸的话，那么两个世界均不能到达。

时空旅行的关键:在分支点向后退，你才可能回到原来世界？

可以将这个概念加以推广，以排除幻小说作家和读者所喜爱、而哲学家所争论的任何时空旅行悖论的悖论本性。

各种可能的事情都在现实的某一个分支中发生了。进入那些可能现实的关键不是沿时间向弯路运行，而是后退，然后再向前进入另一个分支。已经写成的科幻小说可能使用了多世界解释，尽管我不能肯定那个作者乔治本福德是有意识这么做的。在他的书《Timescape》中，世界的命运基本上是按照从20世纪90年代送回60年代的信息而改变的。这个故事构思巧妙，即使是没有科幻小说的主题，它也是可控制的、站得住脚的。然而我在这儿想说的一点就是，世界是根据人们争取的行动而改变的，而人们接收到的信息又来自未来，所以给人们提供信息的那个未来对于接收信息的人们来说并不再存在。信息是从什么地方来的呢?

你可能会设置一种关于老的哥本哈根解释的情形，鬼世界送回影响波函数坍塌方式的鬼信息，但是你将难以使这个论点站得住脚。另一方面，在多世界解释中很容易将信息形象化，在一个现实中沿时间后退至一个分叉点，在那里人们接收到信息，然后沿时间向前进入他们自己的现实——现实的一个不同的分支。两个可供选择的现实同时存在，但是那个影响未来的关键决定一旦做出，这两个现实之间的联系就中断了。（这里还有另外一个问题值得强调。即使时空旅行在理论上是可行的，那也存在一些不可克服的实际困难使我们不能通过时间发送实体物质。如果我们在现实的费曼解释中能够找到一种方式，使用沿时间向后运动的粒子的话，那么通过时间发送信息将是一个相对简单的事情。）《Timescape》也是一本好的读物，实际上它包含着一个思想实验，其每一个细节和EPR实验或薛定谔的猫一样令人迷惑，并且与量子力学的争论相关。埃弗雷德自己可能并没有意识到这一点，但是多世界现实恰好就是允许时空旅行的那种现实。也是那种能够解释为什么我们会在这儿争论这些问题的现实。

|关于书|

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书名：寻找薛定谔的猫（量子物理的奇异世界）

出版社：海南出版社

作者：［英国］约翰·格里宾
  
本文选自：今日头条