時間旅行也許可以解釋科學上的最大謎題。
“客觀世界只是存在，并沒有發(fā)生，”1949年，數(shù)學家、物理學家Hermann Weyl曾如此寫道。以他的觀點來看，宇宙存在于時間中的方式，與它存在于空間中的方式是完全一樣的。時間不會流逝，過去、未來和當下一樣真實。假如這與你的常識相悖，那恐怕只有一個原因：因果關(guān)系的順序。過去的事件引發(fā)當下的事件，當下的事件又導致未來的事件。假如時間真的和空間一樣，那未來的事件是不是也能夠影響當下或者過去呢？
確實會。像John Wheeler、Richard Feynman、Dennis Sciama和Yakir Aharonov這樣有名望的物理學家也都推測，因果關(guān)系是雙向的，未來也許可以影響過去。當前，贊同這一立場的以Huw Price為首，他是劍橋大學的哲學家，也擅長時間物理研究?！啊@個世界是否允許我們對過去進行有限的控制？’”Price說，“這個問題的答案是肯定的?！倍?，Price和其他人都堅信，證據(jù)已經(jīng)在我們眼皮底下存在了半個多世紀了。
這個證據(jù)就是“量子糾纏”，它是量子力學的典型特征之一?！凹m纏”一詞，與那種浪漫的糾纏含義是一樣的：也是一種特殊的、隱藏著麻煩的關(guān)系。當一對糾纏的粒子在實驗室里被制造出來的時候，相互之間是靠得很近的。而當它們被分開后，就會變成一對有魔法的骰子。如果你在拉斯維加斯“擲”出一個骰子，你朋友在大西洋城“擲”出另一個，點數(shù)應(yīng)該是隨機的。但是不管兩邊的結(jié)果是多少，這兩個骰子的點數(shù)都是相關(guān)的：比如說一直相等，或者永遠差一個點。你很可能以為骰子受到了控制，但這是任何騙術(shù)都做不到的。大西洋城骰子的結(jié)果取決于拉斯維加斯骰子的結(jié)果，反之亦然。即使它們同時擲出，結(jié)果也一樣。
因果關(guān)系是雙向的，未來也許可以影響過去。
糾纏態(tài)的標準解釋認為，這兩個粒子間發(fā)生了某種即時通信。這種通信在瞬間穿越了兩者間的距離——也就是說，它的速度是無限的。很明顯，它超越了光速，因此這種通信方式是相對論所不允許的。根據(jù)愛因斯坦的理論，宇宙中的一切都無法超越光速。因此Rice想到，可能有某種新的物理學法則在起作用，它超出了量子力學自身的范疇。
假設(shè)粒子（或骰子）間不存在這樣的即時通信，而它們的結(jié)果也未經(jīng)事先確定。那似乎就沒有其他可能性了。但Price讓我們來設(shè)想一種令人難以置信的情形：我們對這兩個糾纏態(tài)粒子中的任意一個施加某種操作，這種操作的影響會反饋到過去的時間點上，也就是反饋到這兩個粒子靠得很近且緊密互動的那一刻。在那一刻，這些來自“未來”的信息進行交換，從而改變粒子同伴的行為。而產(chǎn)生的結(jié)果，又傳回“未來”的時間點。如此一來，就無須再依賴即時通信，也不違反相對論了。
乍一看，這種解釋只是把一種麻煩替換成了另一種——也就是把即時超距通信替換成了向過去傳遞信息。但是我們果真有必要為這個想法而糾結(jié)嗎？在數(shù)學上，時間的糾纏和空間的糾纏是相同的。信息可以在空間上朝著不同的方向傳播，而我們好像也沒有因此不安。
針對這個問題，可以用更為常見的物體打比方：如一根雪糕棍。在棍的兩端施以壓力，它就會彎曲變形。現(xiàn)在請展開想像，想像這根雪糕棍的兩端并不在空間里，而是分別處于時間上的不同點。在這里，適用的邏輯是相同的：雪糕棍中間的變化將取決于它兩端的狀態(tài)。對于兩個糾纏中的粒子來說，它們的兩端分別處于不同的時間點上。一端，它們剛從實驗室里制造出來，而另一端，它們已經(jīng)被分開且測定。它們在中間某個時間點上的行為，取決于從過去和未來兩個方向傳來的信息。
在量子力學中，這種逆因果論的討論空間是有限的。只有在特定的情況下，我們才可以看到未來對過去的影響。盡管單個粒子進程可以在時間上向后或向前，但宇宙整體仍然趨于向前。因為宇宙在過去時間點上是高度有序的，而在未來時間點上是高度無序的。我們生命的有限便是這種不對稱的縮影。
時間帶來的流逝感，以及自由意志，也是如此。我們之所以感到過去無法改變，是因為我們保留了它們的記錄，它是從過去高度有序而未來高度無序的宇宙中產(chǎn)生的，因此我們沒有未來的記錄。未來也可以被定義為“未知”。未來的許多事情我們都無從知曉，其中之一就是我們自己的行為。我們只能從實際的行動中才能獲取知識。決擇可能事先已經(jīng)注定，但是我們?nèi)匀恍枰徊讲阶呦氯?，這就是意志存在的意義。
但是在量子層面，時間是模糊的。海森堡測不準原理導致我們在對未來進行籌劃時只能從過去的特定時刻中獲取少量知識。但在深層次上，那些事件并沒有“過去”，因為我們不知道發(fā)生了什么——它們存在于開放的“未來”中。這就是我們?yōu)槭裁雌谕苡绊戇@些過去的事件。量子力學在無知和知識間建立了新的聯(lián)系，同時也在未來和過去間建立了新的聯(lián)系。
我們果真有必要為信息從未來傳遞至過去而糾結(jié)嗎？
但是我們對過去的影響是非常有限的——這是必然的，否則宇宙就會陷入巨大的邏輯悖論中。量子力學會阻止你施加影響。它會在時間長河中制造漩渦，但只是很小一個。
對逆因果論持懷疑態(tài)度的學者，并不是認為這些可能性太奇特，而是覺得那些倡導者還沒有厘清這些觀點，并把它們充實成一個完整的理論?！安荒馨蚜孔恿W就這么拿來，然后說‘我要用逆因果論來解釋它’，”牛津大學的哲學家David Wallace說?！靶枰幸徽子幸罁?jù)、可驗證的理論，它應(yīng)該是和量子力學具有同等地位的。而這尚未完成?！?/p>
支持者們接受了這個批評?！拔覀冎心切┱嬲雽δ嬉蚬撨M行研究的人必須接受這個挑戰(zhàn)，”圓周理論物理研究院的物理學家Matt Leifer說?！皩τ谀嬉蚬摚⒎撬腥硕荚敢庹J真對待，我想他們現(xiàn)在有權(quán)利這么做?！弊畛墒斓囊环N逆因果論模型是所謂的“交易詮釋”，它是由華盛頓大學的物理學家John Cramer發(fā)展起來的。根據(jù)他的觀點，每一個事件都會在時間上同時向前和向后發(fā)出擴散的波，將已測定的粒子與其較早的階段連接起來，在時空的其他位置上則會相互抵消。但是這個設(shè)想，Wallace說，也僅僅是“思想的素描”。逆因果論模型尚未完成。
即便逆因果論不存在，它也在啟發(fā)量子物理中的新思想。例如，通常人們相信，粒子在被擾動前是無法被測量的。但是在對一個與“交易詮釋”類似的逆因果論模型進行研究時，Yakir Aharonov和他的同事們提出了一種“弱測量”技術(shù)。他們認識到，我們可以對量子系統(tǒng)進行非?！皽厝帷钡奶綔y，探測帶來的所有效應(yīng)都會在這個系統(tǒng)固有的不確定性中消失，而你仍然可以在不斷的重復(fù)嘗試中篩選出有用的信息。他們已經(jīng)在實驗中使用了這種技術(shù)，他們稱這個實驗為逆因果論提供了證據(jù)——但你無須引進逆因果論也可使用這種技術(shù)。
其他研究者也在用逆因果論解釋一些已有的結(jié)果。比如，Price的合作者，圣何塞州立大學的理論物理學家Ken Wharton。他認為逆因果論是理解一種被稱為“受阻自發(fā)發(fā)射”過程的自然方式。一個在正常情況下能夠產(chǎn)生發(fā)射的原子在周圍環(huán)境變得不能吸收那種光時便會停止發(fā)射。在這里，一個事件的產(chǎn)生（發(fā)射），取決于一件在未來有可能發(fā)生，也有可能不發(fā)生的事件（吸收）?！斑@是一個實例，它表明粒子能夠感知未來，先了解那里的情況，然后再決定行為——衰減，或不衰減，”Wharton說?！斑@在因果論模型中是很難理解的?！?/p>
逆因果論模型讓物理學家開始反思那些長久以來已經(jīng)確立的禁忌。針對未來事件在當下所扮演的角色，它已經(jīng)建立起了一條連接柏拉圖和亞里斯多德的思想脈胳。他們認為，自然如人，是圍繞著終點和目的組織起來的。正如烤箱的目的是烘烤，雨滴的目的是下墜，而種子注定要長成大樹一樣。這些被稱為目的論的方法，在牛頓和他的同代人證明了自然物的未來只能基于當下的情況進行預(yù)測后，便已在主流科學中失去了地位。未來起不到明確的作用，因此就不再需要。而逆因果論，很可能會促使物理學界重新開始討論這種非常古老的思想。
作者George Musser是一位物理學和宇宙學作家，也是《弦理論完全傻瓜手冊》一書的作者。他在《科學美國人》主筆14年，曾獲“美國物理科學協(xié)會寫作”等諸多獎項。
文/George Musser
圖/Chad Hagen
譯/老孫
