是否可以從頭來過——時間旅行為什麼不可能
是否可以從頭來過——時間旅行為什麼不可能
柳鯤鵬
2006-12-26
現場看球的感覺............................................................................................................... 1
如果一切可以從頭來過..................................................................................................... 1
時間旅行產生的問題........................................................................................................ 2
光與超光速...................................................................................................................... 2
神奇的光................................................................................................................... 2
相對論和超光速........................................................................................................ 3
雙生子悖論............................................................................................................... 3
時間旅行為什麼不可能..................................................................................................... 3
第一條：動量守恆定律.............................................................................................. 3
第二條：角動量守恆定律.......................................................................................... 4
第三條：物質能量守恆定律....................................................................................... 4
第四條：測不準原理................................................................................................. 5
不存在絕對的時空..................................................................................................... 5
選擇一個無悔的夢............................................................................................................ 6
現場看球的感覺
看慣了足球賽轉播，去足球場看球的時候，總會有點不適應。為什麼呢？看轉播的時候，如果進球，電視會不厭其煩的反覆播放進球畫面，觀眾可以充分了解當時球員的神乎其技。現場看的時候，發現進球以後，畫面沒有切換重播，讓人感到納悶：怎麼搞的？我還沒有看清楚呢。
再看球場上的球員，如果球進了那是激動萬分，如果不進的話，心中是懊惱不已：如果當時我能夠再稍微或早點或晚點或高點或低點或左點或右點，那麼這個球就進了——那該有多好啊。
是啊，如果時間能夠倒流，哪怕一點點，該有多好啊。
如果一切可以從頭來過
如果可以從頭來過，讓時間倒流到自己希望的某個時間點上，重新做出自己認為適當的行為，每個人都會激動得不知如何是好吧。
但是現實讓每個人都清楚，這個是絕對的幻想，不可能發生，不僅從來沒有發生，而且永遠也不會發生。因為時間不會倒流，你絕對不可能回到從前或者跑到未來。
現實束縛不了人的想象。即使受到客觀世界的限制無法做到，人的思想卻天馬行空，千奇百怪。於是就經常有一些想象力極其豐富的文章出現在科幻雜誌上，通過某種技術或者機遇進行時間旅行[i]，讓讀者想入非非；更有一些科學家也來湊熱鬧，開始探討時間旅行的可能性，有的甚至得出時間旅行可以實現的結論。讓人激動萬分之餘，讀者都會暗暗的感慨自己生不逢時：如果自己生活在能夠時間倒流的時代，該有多好啊。
那麼時間旅行到底是否可能？為什麼可能？為什麼不可能？
時間旅行產生的問題
我們看看幾個在時間旅行中一定會碰到的麻煩問題：
- 一個人如果通過時間旅行碰到以前的自己，那麼這個時候他們到底算一個人還是兩個人？如果其中一個因為某種原因殺死另外一個，那麼自己到底是否存在呢？
- 如果一個人改變了一個重大事件（對於個人或者歷史都可以），那麼之後的世界是否會發生變化？怎樣變化？這個過程如何進行？
- 時間點是無限的。每次時間旅行，都進入不同的現實世界——等於說，至少每次時間旅行，都得複製一個宇宙出來。這個代價實在恐怖。
這些問題，本質上是因果關係的問題。儘管有人提出了一些觀點來調和這些矛盾，但是都顯得蒼白無力，不能自圓其說；也有一些人主張要以發展的眼光看問題，現在不可能的，將來就有可能。如果只是臉紅脖子粗的爭論可能還是不可能，是很難有結論的，對我們的認識也不會有多少提高。比較好的辦法，一個方法是進行時間旅行需要什麼條件，另外一個方法就是看看什麼東西限制了時間旅行？
在這裡討論的問題，我們只是簡單敘述一些定律，讀過高中的應該都學到相關的知識。也許有一些讀者（尤其是那些年紀較小的讀者）還沒有足夠的時間去了解這些知識，暫時跳過這些部分來個囫圇吞棗，也是比較好的辦法。
光與超光速
神奇的光
光是宇宙最神奇的物質，具有一些很特殊的屬性（比如靜止質量為0）。各個有關時間旅行時的電影、動畫等，都需要各種光怪陸離、強大耀眼的光芒，以獲得強烈的視覺效果來吸引觀眾。至少從視覺上，很多人認為時間旅行是離不開光的，也離不開傳說中的超光速。
相對論和超光速
雖然從相對論以來，人們對於時間的認識有了一些較為深入的瞭解，但是人們並沒有獲得根本上的突破（也許永遠無法突破）。人類對於時間的認識，仍然是虛無飄渺的東西（應該說時間本來就是這樣），人們可以更精確地計時，卻不能控制時間。不過相對論卻給了一些人更加豐富的想象空間。
相對論是建立在兩個假設基礎上，其中一個是光在各個參考系的速度不變。這個結果導致一個“光障”結論——所有的物質運動速度都不能超越光速。不過認真追究起來，相對論其實並沒有認定宇宙中的物質最大運動速度不會超過光速，至少表面上看是如此。也就是說，超光速有可能存在。
超光速存在，並不是就可以進行時間旅行，二者之間沒有必然聯絡。超光速意味著什麼？超光速意味著，你以超光速運動，可以追上以前的光線，從而看到以前發生的一些事情－－簡單的說：這裡的光線是從地球上散發出去的，並不是所有的光線。這並不意味著你到達以前的時間，你無法對以前的事情產生任何影響。至於真實情況，只有等到超光速出來的時候才可以研究。
雙生子悖論
相對論的孿生現象說：孿生兄弟兩個，一個呆在地球，另外一個坐接近於光速的飛船在太空旅行。過了20年回來後，發現地球上的明顯變老（這個說法並沒有得到廣泛的認同，我們就假設是這樣好了）。雖然說這也是某種意義上的時間旅行，不過每個對時間旅行關心的人都會不以為然：這算哪門子的時間旅行？誰感到自己進行了時間旅行？
時間旅行為什麼不可能
我們不妨換一個問法：自然界那些定律限制了時間旅行是不可能的？
這樣考察下來，時間旅行假設觸犯了幾個關鍵的守恆定律的無上權威，違反了他們不可破壞的“管理條例”。到底怎麼回事？我們挑幾個常見的定律，看看他們到底有什麼權威？為什麼他們的“管理條例”不可破壞？
第一條：動量守恆定律
火箭騰飛的時候，總是帶著一往無前的氣勢，看的人總是會被一種雄壯豪邁的情緒而感動。火箭為什麼能飛起來？而且可以速度可以變得很快？這是靠著火箭後部噴射的火焰推動的。噴射的火焰越大越快，火箭的速度就越快——因為這樣才符合動量守恆定律。
什麼是動量守恆定律？該定律的表述是：在一定時間間隔內，若質點系所受外力向量和始終為零，則在該時間間隔內質點系的動量保持不變，這稱為質點系動量守恆定律[ii]。
可是，有人就會感到奇怪了，一個系統為什麼必須遵守動量守恆定律？難道有什麼特別的含義？為什麼不能違反？違反了會怎樣？
回答這一連串的問題之前，我們設想這樣一個情況：如果說，在我們生活的世界裡，這個地方的物理定律和其他地方的物理定律不一樣，會發生什麼事情？這個問題從來沒有人考慮，現在突然提出來，每個人都會想，我們根本就沒有辦法活了，也許這個世界早就崩潰了——空間不能平衡，怎麼會不崩潰？。而防止這種情況的出現，就是動量守恆定律存在的理由：遵守動量守恆定律意味著，物理定理在進行空間變換時保持不變；就是說，所有地方的物理定律都是完全一樣的。反過來說，只要這個定律成立，一個符合條件系統的動量就不能發生變化。由此可見，一個系統遵守動量守恆定律，有多麼大的意義。這樣一說，大家肯定會想：太好了，幸虧有這樣一個定律為我們保駕護航，讓我們能夠安心生活。
第二條：角動量守恆定律
很多人都有這樣的經驗：坐在轉輪椅子上轉動的時候，把兩手往胸前一抱，轉椅就會轉得快一些；反過來，如果把手張開，轉椅就會轉得慢一些。而發生這種速度的變化時，並沒有外力參與。這種情況不是偶然的，也有一個說法，叫做角動量守恆定律。角動量守恆定律的定義是：在一定時間間隔內，作用於質點的合力對參考點的力矩始終為零，則質點對該點的角動量保持不變，稱為質點對參考點的角動量守恆定律。
從剛才的現象看，這個定律應該跟旋轉有關；既然也是一種動量，那麼也應該是與空間有關。沒錯，這個定律意味著物理定理在進行空間旋轉時不變。就是說，對於一個定律，不論如何進行空間旋轉，物理定律本身不會發生變化。同樣的，反過來說，一個系統要想保證物理定律在進行空間旋轉時不變，也就必須要遵守角動量守恆定律。想想吧，如果你抱著女朋友轉了一個圈，卻發現一切都變了，這個麻煩之大，發瘋都沒用——因為人肯定沒有辦法生活。於是就有人想：真是太感謝上天了，創造宇宙時為我們考慮得這麼周到，讓我們能夠正常生活。
第三條：物質能量守恆定律
提起大名鼎鼎的物質不滅定律和能量守恆定律，那是無人不知無人不曉。大量實驗事實表明，能量既不能消滅，也不能創造，它只能從一個物體傳遞給另外的物體，或由一種形式轉化成另一種形式。這一結論稱為能量的轉換和守恆定律，它是物理學中最具普遍性的定律之一，也是所有自然現象必須遵守的普遍規律。同樣的，物質也是如此。在現代物理學中，這兩個定律合起來叫做物質能量（聯合）守恆定律。
讓我們設想一下，如果今天的定律和昨天的定律不同，這個世界會怎樣？啊？每個人都無法想象這個情形吧，這根本就難以想象啊。不過最起碼的就是，這個世界不可能存在，早就完蛋了，也不可能讓我們還在這裡猜測會怎樣。那麼怎樣才能做得今天的定律和昨天的定律完全一樣呢？答案就是，這個系統必須遵守這個名聲顯赫的物質能量守恆定律。也就是說，物質能量守恆定律意味著：所有的物理定律在進行時間變換時不變。遵守這個定律就要做到：這個系統質量、能量在任何情況下，都不會發生任何改變！說到這裡，自然有一個讓人很不爽的結論就出來了：這個世界的物質既然不能消失和增加，那麼自然就不可能憑空有一個人突然消失或者出現。
這個定律真可恨！有人可能會這樣感慨。其實我們要大大地感謝這條定律。如果這條定律不存在，且不說宇宙是否能夠存在，很可能你今天活得好好的，明天就因為某些物質定律發生變化而解體；我們的教材就會完全失去作用；甚至你要約會也無法確定時間，因為時間也是無法確定的。想來想去，我們還是要感謝這條定律的存在——至少我們不用每時每刻都擔心，很可能憑空出現無數跟我們搶奪地盤的人。
第四條：測不準原理
既然這些定律不能違反，那麼是否可以繞過去？比如說：通過精確替換的方式，把一個時間內某空間的物質轉移後，再加入精確等量的物質，同時保證各個定律不受到破壞。
這首先就涉及到先有雞還是先有蛋的問題：你必須先具有時間旅行的能力，才能考慮能量替換；而具有時間旅行的能力之前又必須以某種能量方式探測到一個時間點（既然用到能量，能量就已經不守恆）才能夠探測到。假設終於以一種很神奇的方式解決了這個問題，又要精確地保證能量、動量、角動量等完全相等——可是這不可能做到的。因為有一個讓人很惱火的測不準原理。
測不準原理告訴我們，我們對於宇宙的測量不可能是無限精確的。在測量的相關數值之間，如果一個非常精確，另外一個就會變得非常不精確。比如說，你無法同時準確測量一個物體的速度和位置（這個情況在微觀世界裡非常明顯），因此你無法準確地計算要進行交換的能量和動量。雖然你擁有了絕對等量能力交換能力，可惜這完全是一個屠龍之技。
當然，這裡並沒有斷定說，人們不能通過某種技術看到以前的資訊。也許隨著技術的進步，人們很有可能復現出一些以前的資訊。那麼人們能否看到未來的一些資訊呢？這也有可能，只是同樣會受到限制。
不存在絕對的時空
在宇宙中，所有的星系都以各種形式、速度、方位運動，而這種運動又有各種各樣相互複雜的關係。對於一個宇宙點的定位，不必說時間的變化，也不必說各種運動的複雜關係，即使整個宇宙能夠建立一套座標系統，但是要計算出在一段時間內某個星球的絕對位置變化，也必須整個宇宙的所有星系的執行資料。相對於整個宇宙，某個星球的位置測定的誤差，應該是這個星球的無數倍吧。事實上根本不會出現處理如此龐大的資料的系統。
時間旅行的觀念，本質上是絕對時空的觀念的延續。儘管從理解上，絕對時空跟我們日常生活的感覺一樣，現實宇宙中並不存在絕對時空。既然沒有絕對時空，即使你能夠進行時間旅行，實際上也沒有任何意義——根本不知道自己跑到哪裡去了。最重要的是，為了讓這個宇宙存在，必須遵守自己的定律。
這裡提一個問題：如何不存在絕對的時空，那麼高速旋轉的陀螺指向的不變方向又是哪裡呢？
選擇一個無悔的夢
對時間旅行來說，守恆定律就是不可突破的“嘆息之壁”，因而時間旅行是絕對不可能的，過去不可能，現在不可能，將來也永遠不可能。
這個結論給每個抱有幻想的人帶來灰心喪氣的感覺。其實，正因為生命只有一次，才會煥發燦爛的光芒，才顯得分外寶貴。如果人死了可以隨意復活，那麼生命還有什麼意義呢？還會有“人命關天”的說法麼？與其為自己過去的事情唉聲嘆氣，後悔自己的行為，還是把握現在，牢記“一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰”，好好生活。
作為本文作者，對於能夠時間旅行的盼望，和其他人一樣熱切。在深刻理解了時間只會前進的同時，也會發出“天啊！時光不能倒流！”的複雜感嘆。這種感嘆，對於自己唯一的幫助，就是提醒自己：
每時每刻都要以自己最大的可能，珍惜現在，愛護將來。
[i]考慮到時間和空間的不同特性，我們這裡指的時間旅行純粹是時間軸線上的變動，即回到以前的時間或者到達未來的時間，而不是轉移到另外一個空間。
[ii]簡單的定義是：物體系不受外力作用,或所受外力的合力為零,則系統的總動量守恆。