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    科學上,穿越究竟能不能行得通?

    時間:2016-01-13 18:43 轉載請尊重版權注明來源和作者

    穿越,始終是一個經久不衰的話題,雖然這段時間沒有以前流行穿越劇時間段那么火了,但是,討論的人依舊還有很多。有不少人始終堅信:穿越是真實存在的物理現象,你看當初愛因斯坦愛大叔,不就是證明了一個“蟲洞”存在嗎?說不定哪天咱就碰到一個蟲洞,然后通過它穿越時空回到清朝,把那個乾隆還是雍正搞下來,咱們也當回皇帝,娶個后宮成群……先打!講到這里,我們先打住一下對穿越的遐想,回到咱們今天的主題來:科學上,穿越到底行得通不?有沒有什么物理解釋能完美的把穿越給說明白嘍?

    有些人可能會問了,為什么又要說“完美”呢?愛大叔不是早就證明了蟲洞嗎?其實,只要接觸過一點點和科學相關的人都會知道,證明完蟲洞沒用,穿越還是會帶來一個大問題:“悖論”。最有名的悖論當屬外祖母悖論:如果有人穿越回去,把自己的外祖母在過去時殺死,那他還存在嗎?如果不存在,那又是誰殺的?無論怎么講,邏輯都不通了。

     

    SO,在物理學上究竟有沒有可能用一種邏輯通的方法解釋得了“穿越”現象?要了解這個問題,咱先來看一個東西:量子力學的退相干理論。這個東西,或許能解決“穿越時空”所帶來的一切難題。

    先說說,啥是退相干

    退相干理論,是量子力學當中的一個基本理論,大致的內容為:倘若存在一個連續分布疊加的量子波函數概率幅,就會產生相干性。而后,這個相干性的波函數概率幅,在經過觀測后,會導致其瞬間退變為離散分布于某一特定點的狄拉克δ函數。

    當你看完這段話后,我相信你馬上會嚷嚷起來:你這個作者啊,故意刁難人是不是哇!整一些稀奇古怪的名詞湊成一句,咱們看不懂!別著急,接下來,我就要講講這個退相干究竟是個什么意思。事實上,本人曾在尾猿會專欄發表過的一篇文章里,就有講過這個退相干和穿越之間的聯系,不過當時講的也不太全面。如今咱再在這里來講講。

    大家知道,咱們的宇宙是由兩種東西構成:物質,還有能量。姑且先拋開暗物質和暗能量(因為物理學家根本不知道那是啥玩意),咱們的物質構成,稱為粒子,咱們的能量構成,稱為量子。量子力學就是這兩種粒子的全部運動描述理論。在量子力學當中,無論是量子,還是粒子,都具有一種奇特的特性,我們稱之為“波粒二象性”。這個特性講的是什么呢?無論是量子還是粒子哇,他們都是以波動的方式,運動的!這個波,學名叫做德布羅意波,又叫物質波,是一個叫德布羅意的物理學家在1924年提出來的。

    提出了德布羅意波之后,期初這個物理學家只是參考了一些實驗數據和光的“波粒二象性”,整合出來的一個物理學理論,但是令人沒有想到的是,這個德布羅意波竟然在日后成為了著名的物理理論之一,原因是因為,后來有人將其和量子力學的不確定性完美結合了在一起,用它來表述量子的運動方程。不確定性可是量子力學的主心骨之一,這個原理認為,一切的粒子(量子)都是具有多個不確定的值的,你永遠不可能測量到它的精準物理共軛量。簡單來說,德布羅意波不是我們講的普通的波,而是描述粒子在某一空間內出現的概率的波動,也成為幾率波。

    既然是描述粒子幾率的,那么肯定要有個波動函數,這就是我們稱之為“波函數”的東西。接下來,重點來了。

    當年,在物質波、不確定性這些理論相繼被提出來之后,物理學家在物理研究過程中突然發現一個很奇妙的現象:如果一個任意粒子,沒人去觀察它的話,那么,它的波函數(波運動的方程)的一種叫本征態的東西,將會變成無窮多。只有在觀測到它的時候,才會瞬間跳躍到其中一個本征態,這在量子力學里被稱之為量子退相干,過去也叫“波函數坍塌”。

    還是聽不懂?簡單來說,本征態就是指這個粒子任何可能的狀態,比如它可能在廚房,也可能在廁所。沒人觀測的它的時候,它出現在哪都有可能,有人觀測它的時候,它就在其中一個可能(例如一個房屋內)內確定了下來!由于任何物質都是粒子構成,所以講得通俗一點就是,如果全宇宙沒人看月亮,月亮有可能是不存在的。只有當一個人看到的那一剎那,月亮才在某個地方確定下來。稍微了解過物理學的,都知道“薛定諤的貓”,那只小貓的兩種狀態(死或活)就是貓的兩種“本征態”。

    那講了這么多,讀者恐怕有點著急了:賴仲達你丫還不講這個跟穿越有毛線關系!現在,我馬上要講了,請大家拿好瓜子!

    與穿越有什么聯系

    如果大家看過某些穿越劇,可能會注意到這樣一個細節:不少劇中的人都認為,某些重大歷史不能改變,一旦改變可能會引起“某種問題”。例如在英劇《DOCTOR WHO》當中,重大或者確定的歷史事件,被稱為“定點”,改變它甚至會引起時空崩潰。而劇中這些個概念,在物理學上還真的可以解釋:為什么這些歷史事件不能改變?原因很簡單,就是我上面所講述的退相干:這些歷史事件已經被觀測過了,它所在時空的波函數,已經坍塌到了一個確定的“本征態”,而不是幾個本征態“想干”在一起。簡單來說,未觀測情形下,物質擁有N種可能,觀測后,物質只剩下一個可能;同樣,歷史重大事件被觀測之后,在那一個時間點上,只剩下1種可能(本征態)。

    如果你穿越回過去,在那個時間點上,就多了一個“觀察者”,就會造成第二個可能(本征態)出現,例如開國大典照片上出現了一個飛碟,而當年所有人都觀測到,沒有這只飛碟,所以穿越會導致開國大典出現“有飛碟又沒有飛碟”的情況?梢哉f:如果真能穿越,在同一時刻你會觀測到兩種不同的本征態,例如你同時觀測到一只貓又死又活。這是違反量子法則的。

    而后,用這個概念來解釋穿越,就不會再發生悖論了:

    假定有人穿越回過去,在自己外祖父小的時候殺死了自己的外祖父。首先。在準備穿越之前,他的狀態是“活著的”,也就是說這個人本征態是“活”。那么就會有一個因果關系,由于這個人活著,這個人肯定是由他母親生出,他母親是由她父母(這人的外祖父母)生出,所以,如果活著,意味著這個人的母親在出生之前,外祖父必然活著。這相當于,他間接觀測到了,這個人“活”,意味著外祖父小時候的本征態已經坍塌確定為“活”。然后呢,他穿越到外祖父小時候,又殺死了外祖父,此時他外祖父的本征態就變成了“死”,這樣,在同一時刻內(外祖父小時候),這個人觀測到了外祖父“又死又活”,違反了量子法則,所以這次穿越無法真實生效。

    如果真的生效了,哪又會如何呢?在物理上找不到一個確定的解決方案。但是我們可以推理一下:兩種不同的可能,例如又死又活,同時被人觀測到疊加在一起,這是不可能的,但是如果沒人觀測,這就變得可能了(參考薛定諤的貓)。所以,如果真有這種疊加現象發生,那么現象所牽扯到的一切事件,或許都將變成“沒人觀測”的情況,有可能就全部徹底消失了。


    本文轉自“尾猿會網”,作者/賴仲達,轉載需注明來源和作者。


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