一个以87%光速运动的物体,也就是β≈0.87,其运动方向上的长度会收缩一半,时钟也会慢一半;
而以97%光速运动的物体,长度会收缩到四分之一,时间也会慢到四分之一。
这分別对应γ=2和γ=4的情况,用这个数值思考会更简单。
在这张表格里,我按β值选出了对应的γ。隨著γ增大,时间变慢得越来越厉害,达到该速度所需的能量也急剧上升。
你可以看到,你永远无法真正达到β=1,也就是光速,除非γ是无穷大——这意味著任何有静质量的物体,要达到光速都需要无穷大的能量。
而要把任何有静质量的物体加速到**超光速**,当然需要比无穷大更多的能量——这基本是个无意义的概念。
当然,如果某个物体一开始就以超光速运动,比如我们说的快子,它们就不需要无穷大的能量来达到这个速度。
就像光子不需要无穷大的能量就能以光速运动一样,因为它们没有静质量。
这就是**虚质量**发挥作用的地方。如果你代入一个大於1的β值,比如1.41,那么β2=2,1?2=?1。
现在我们又遇到问题了,因为负数的平方根没有实数解。
这就是勒內·笛卡尔提出“虚数”的原因——我思故我在。我们把i定义为虚数单位,i乘以自身等於?1。
希望你已经对此有所了解,因为我不想花时间再详细讲解。
不过现在一切都通顺了。你可能不知道1/i等於?i,所以当我们得到1/i时,可以直接替换成?i,
这样就得到了负虚数γ和负虚数质量。我们通常不在意那个负號,也很少提及,以免和**负质量**混淆——
我们讲到阿尔库维耶雷曲速引擎和稳定虫洞时,会大量討论负质量。所以我们一般只说**虚质量**。
虚数总让人觉得彆扭,尤其是在物理学里——和数学不同,物理本该只研究现实。
但虚数在物理学中出现得非常频繁,甚至三角学里也有,只是我们通常把它藏起来了。
而且虚质量並不只存在於快子这种如今不太受关注的假想粒子中。
快子场、希格斯玻色子也会用到虚质量。我们在宇宙学里还会用到**虚时间**。
从概念上讲,解释快子如何让时间倒流最简单的方法是:
想想看,速度越接近光速,时间越慢;达到光速时,时间静止;而**超过光速后,时间就开始倒流**。
快子是第四类粒子:**任何超光速运动的物质**。
在这个语境下,我们不把它假定为像电子那样的单一粒子。
我们还有:
- 光速粒子:任何无静质量的粒子,比如光子或胶子,以光速运动,內部时间为零;
- 慢子:慢子/迟子。
“快子”一词来自希腊语,意为“快速”;“迟子”来自拉丁语,意为“缓慢”;而“慢子”来自希腊语,意为“缓慢”。
所以“慢子”可能更规范,但两种叫法都不影响理解。慢子/迟子就是**任何有静质量的普通物质**。
快子的应用显而易见:如果你能產生快子,就能把它们发送到过去的某个地点被接收,造出**时间旅行电话**或**时间无线电**;
理论上也可以用它把人送回过去,或者送杀人机器人回去。
快子在20世纪60年代初首次被提出,当时被称为“元粒子”,不久后改名。
它在70年代的科幻小说中多次出现,但我所知它首次在影视剧中出现,是在《神秘博士》的《休閒蜂巢》一集中。
它会频繁出现,因为**超光速运动几乎必然伴隨时间倒流**的情况並不多。
时间旅行及其悖论常常让人头疼,大概是因为科幻作品里的用法总让它显得不太合理。
但今天我们会试著把它讲清楚,免去头疼。
好了,关於快子就讲到这里。它们只是时间旅行的一种载体,而且作为假想粒子,我们没有任何证据证明它们存在。
它们可能根本不存在,就算存在,我们也完全不知道该如何探测。
那我们接著讲时间旅行。
幸运的是,这个话题你很可能已经有所了解。
时间悖论有两个经典例子:**祖父悖论**和**因果循环悖论**。
还有其他一些,但通常只是换个名字,或者是形式不同而非本质不同的变体。
祖父悖论:你回到过去,阻止你的祖父母相遇,导致你根本不会出生,
从而让你无法回到过去阻止这件事——问题就此被“抹去”。
按照时间线或多世界理论,这会產生不同的结果,我们稍后会讲到。
因果循环悖论是悖论的另一种形式。顾名思义,**结果先於原因**,有点像“先有鸡还是先有蛋”。
一个事件引发另一个事件,而后者又反过来引发最初的事件,形成因果闭环。
举个例子:邪恶的人工智慧“天网”与人类抵抗军交战,
发现抵抗军领袖是导致己方失利的关键因素,於是推断:如果这位领袖从未存在,抵抗军就不会存在,或者不堪一击。
所以它派机器人回到过去,刺杀这位领袖的母亲,以阻止他出生。
抵抗军领袖派自己人回去保护母亲,而这个人最终成了他的父亲,
还把母亲捲入一堆麻烦里,她生下的孩子正是那个能力超群的抵抗军领袖。
这就导致天网做出了正確推断:从一开始就除掉他才是明智之举。
在祖父悖论里,你不会回到过去刺杀希特勒,因为一旦刺杀成功,你就失去了回到过去刺杀他的动机。
在因果循环悖论里,就是“鸡生蛋、蛋生鸡”的逻辑:你的时间旅行本身,导致了你进行时间旅行的理由。
天网认定必须回到过去除掉约翰·康纳,而不是现在,因为他让抵抗军变得极其危险;
但之所以如此,正是因为那次刺杀未遂,让他提前获得情报並接受训练,变得强大。
这就是因果循环也被称为**逆因果**、**自举悖论**或**自我实现预言**的原因。
接下来我们要讲量子力学。
量子力学对看似隨机的量子现象有多种詮释,你最熟悉的两种是:**哥本哈根詮释**和**多世界詮释**。
我们其实没有办法检验哪种正確(或者都不正確),因为所有詮释都旨在匹配观测结果。
哥本哈根詮释用薛丁格的猫举例:猫在被观察前,同时处於既死又活的状態。
我更愿意把它想像成一枚旋转的硬幣,同时既是正面又是反面,直到你抓住它。
而且我觉得旋转的硬幣更能代表“未確定状態”的概念。
多世界詮释则认为,事件会分裂出两个不同的现实:一个猫活著,一个猫死了;或者一个正面,一个反面。
结果其实已经確定,你只是无法预测自己身处哪个宇宙,但盒子里的状態或硬幣的正反面已经定了,你只需要查看。
在多世界詮释里,时间旅行基本不会產生问题。如果你跳回过去,只是分裂出一条新的时间线。
事实上,到现在为止,现实已经分裂出无数分支——因为量子隨机效应,你所在时间线上的各种原子,
可能在某个分支里聚合成一个蓝色警用电话亭,一位先生刚走出来,还带著详细但虚假的时间旅行记忆。
这就是量子力学里的“任意事件”:任何一个原子都有有限概率变成另一种原子,
两个原子在同一时间同一地点发生这种变化的概率更小,
而大量原子同时发生这种变化,凭空出现某个宏观物体——比如一颗独立包装的糖果,或是一个带著完全隨机记忆的人——的概率虽小,但依然有限。
所以在多世界里,早就存在这样的分支:有人真的出现,坚信自己进行了时间旅行,儘管他五秒前才刚存在。
这个概念只是**玻尔兹曼大脑**的延伸:在一个真正隨机的系统里,任何可能存在的状態最终都会出现,
这可能包括一个拥有维持生存所需一切的大脑(比如一具身体),以及虚假记忆,
让这个个体和其他人都以为它之前就存在。我们討论模擬假说时,会从另一个角度探討这个概念。
不过无论如何,在多世界詮释里,**真正的时间旅行在理论上是可行的**,
因为只要你跳到的不是自己原本的过去或未来,就完全不会產生悖论。
两个现实的差异可能小到微不足道:比如地球上某块铀原子在你原本的世界里五秒前衰变成釷和氦,
而在你要跳去的未来或过去里,它没有衰变;又或者尤利乌斯·凯撒出生时,某个铀原子后来才衰变,
除此之外,所有事件几乎完全一样。你改变的不是自己的过去或未来,所以你的行为不会製造悖论。
你甚至不一定需要在时间上移动——平行现实的时间流速可能只是稍快或稍慢,
你踏入的地方和原本几乎一模一样,只是时间上稍早或稍晚。
在多世界詮释里,有点绕的问题是:去往这些其他世界,到底算不算真正的时间旅行?
但从实用角度看,当然算。
当然,你在这种设定下依然可以製造因果循环,不过更好的理解方式是“链式复製”:
你拿到时间机器或平行世界跳跃装置,等新闻报导某地发现大金矿、某块地超便宜,或是某项新技术问世这类比彩票更靠谱的事件,
然后跳回稍早一点的时间,把信息交给平行世界里的自己,他立刻行动,
你则留在原地融入近乎相同的环境,靠著先知变得非常富有。
他再遇到下一个量子副本,做同样的交易,如此重复,直到某个微小差异打破链条,链式复製终止。
这不是传统意义上“鸡生蛋”的因果循环,因为它有明確的起点和终点。
哥本哈根詮释认为,我们的猫或硬幣同时处於两种状態,而观测行为本身並不禁止平行时间线或平行宇宙——它只是不需要这些概念。
毕竟,除了我们自己的宇宙,还有无数种可能存在其他空间的方式。
比如其他超光速概念,可能涉及进入一个平行宇宙——其中有对应我们宇宙的部分,但空间更小,或是光速更高,
在里面快速穿行,直到到达对应位置,再跳回我们的宇宙。
但在哥本哈根詮释里,这些平行现实並非必需,我们可以假定只有一条单一时间线。
多世界詮释有一个常见的质疑(虽然並不正確):
这些不断分支的新现实,等於无中生有出全新宇宙,违背能量守恆定律,或者说“无中生有”。
但考虑到我们自己的宇宙本身就被认为是“无中生有”,这应该不算大问题。
不过在多世界詮释(或其某些变体)里,通常假定这些平行宇宙**本来就一直存在**,
涵盖所有可能的过去,而不只是所有可能的未来。
多种不同的事態可以导向完全相同的最终结果——这个概念和我们下一个主题相关,
即便假定不存在平行时间线,它依然成立。
在哥本哈根詮释的框架下,不存在平行时间线、平行现实,或者就算存在也无法触及,
这时就有一个概念叫**诺维科夫自洽性原则**。
提出该原则的伊戈尔·诺维科夫认为,**时间悖论不可能发生**。
爱因斯坦广义相对论场方程的某些解允许时间旅行与悖论存在,
而诺维科夫主张:任何会引发悖论或改变过去的事件,其发生概率**必然为零**。
这本身並不禁止时间旅行,它只是认为:任何时间旅行都必须不產生悖论,否则发生概率低到近乎不可能。
诺维科夫的观点是:无论时间旅行是否可能,你都无法做出任何会导致悖论的事。
从概念上讲,別把它想像成某个“时间守护者”跳出来阻止你,
而是:当你做出可能引发悖论的选择时,现实会重置到你尚未做出该选择的状態,不断循环,直到你选择一条不会引发悖论的路径。
因为在哥本哈根詮释里,总有某个隨机量子事件的概率会放大到宏观层面,
第270章 快子(一)
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