《信条》中的物理学（二）时间旅行和祖父悖论

今天我们继续来聊聊电影《信条》中的物理学。上一回，我们讲了科学家设想的几种时间机器的制造方法。但是，如果真的造出了一台时间机器，就会引发一些自相矛盾的事情，最典型的就是祖父悖论。这些自相矛盾的事是什么？能不能用科学解释呢？今天我们就来聊聊时空旅行中的那些悖论。

祖父悖论的解释

祖父悖论：如果一个人想通过时间机器回到过去，在自己的父亲出生前把祖父杀死，这样的情况有没有可能发生？

我们来简单分析一下：

如果他可以坐时光机回到过去杀死祖父，那么祖父死了，他的父亲就不会出生，没有父亲自然也不会有他，于是他就没有办法时空穿越到过去杀死自己祖父。

可如果他的祖父活着，就可以生出爸爸，继而生出他，他还是可以通过时间机器回到过去把祖父杀死……

这样就形成了一个悖论。

祖父悖论

自从1915年爱因斯坦发表广义相对论之后，人们对时间旅行的兴趣日益浓厚。法国科幻小说作家赫内·巴赫札维勒在他1943年的小说《不小心的旅游者》中首次提出了祖父悖论。如果时间机器真的存在，我们该如何从科学的角度来解释这个悖论呢？

巴赫札维勒和他的小说《不小心的旅游者》

第一种解释：香蕉皮假说

香蕉皮假说的意思是：假如一个人穿越到过去说他要杀死他的祖父，在他即将动手的瞬间，一定会有一些事阻止他。比如地上有个香蕉皮，在开枪的一瞬间他踩到香蕉皮滑倒了，于是子弹打飞了，祖父还活着；或者他杀了人回到了未来，杀错了人……

在这种机制下，时间旅行者看似能够自由行事，但每当其行动会导致因果悖论时，总会受到某些看似偶然的因素干扰，致使行动失败。

电影《时间机器》海报

关于香蕉皮假说，大家可以去看一部电影——《时间机器》。这部电影是2002年上映的，根据威尔斯的同名小说改编。电影讲的是有一个男人想回到过去拯救被人枪杀的女友，结果发现无论他如何努力，都没有办法改变过去。

第二种解释：诺维科夫自洽原则

相对于模糊的香蕉皮假说，诺维科夫提出了一个更加详细的解释——诺维科夫自洽原则：人可以回到过去，但是不能因此改变历史的进程。也就是说，我们的世界是已经被改变过的最终结局。

诺维科夫

诺维科夫是前苏联的科学家，他认为这个世界发展是概率性的，就像量子力学一样，每一种发展的可能都是存在的，只不过概率有大有小，而违背因果规律的矛盾事件出现的概率为零。

如果有一个人要回去杀他的祖父，那祖父根本就不会把这个人生出来。因为它违背了因果律，所以这件事根本就不会发生。我们可以用一个更加简单的模型来说明诺维科夫自洽原则。

例如，我们在上一讲《时间机器》的文章里谈到：时空隧道由白洞和黑洞组成，一个物体从黑洞进去，会从白洞出来，而且出来的时间更早。

如果一个小球A经过了时空隧道，并在更早的时间从白洞里出来，形成了时间旅行。然后，从白洞里出来的小球A'朝着还没有进入黑洞的小球A撞了过去，那么会发生哪些可能的情况呢？

a). A被A'撞到后偏离了原来的轨道，没有进入黑洞。

小球A在进入黑洞之前被A'撞了，于是运动方向发生了改变，无法进入黑洞，这和祖父悖论是一样的道理：如果A能进黑洞，就能撞自己，让自己无法进入黑洞；如果A进不了黑洞，就不会撞到自己，那A又能进黑洞……这样就出现了逻辑矛盾。诺维科夫所说概率为零的情况正是如此：因为它违背了因果律，这种情况不会出现。

b). A被A'撞了之后，虽然路线偏转了一点，但还是进入了黑洞。

A只是在A'的作用下稍微的偏离了原始轨道，但是依然能进入黑洞。这样就不会出现逻辑矛盾，诺维科夫认为这种情况是合理的，所以发生这种情况概率就不是零。

c). 原本小球A并未朝着黑洞运动，但是在路上被A'撞击后刚好进入了黑洞。

原本A的行进路线并不经过黑洞，但是在半路上，A被A'撞击，改变了路线，进入了黑洞。A'从白洞中以较早的时间出来刚好撞击了自己，把自己撞进了黑洞。诺维科夫认为这种情况也是有可能出现的，因为它不矛盾。

所有不矛盾的事物都是有可能出现的，而所有矛盾的事物出现的概率都是零，这就是诺维科夫自洽原则。从诺维科夫自洽原则可以看出，你想通过时间旅行来改变历史是不可能的。如果你想回到过去阻止一场火灾的发生，那么你很有可能会发现最后是你引起了这场火灾。

《十二猴子》电影海报

关于诺维科夫自洽原则，也给大家推荐一部电影，名字叫《十二猴子》。这部电影是一个关于病毒的科幻电影。值得一看。

第三种解释：多重宇宙

除了上面这两种说法以外，艾弗雷特他提出了一个更加离奇的说法，他说我们可以通过多重宇宙去避免祖父悖论。

什么是多重宇宙？

我们讲“薛定谔的猫”的时候其实就提到过这个概念。因为量子世界是概率性的，在被观测之前，都处于叠加态。所以有人认为量子世界并不是在进行坍塌，而是在进行分裂。比如说有一个盒子里装了很多物体，一个人从盒子里随机拿出一个物体，他有可能拿出一个红球，也有可能拿出一个蓝球。他拿出不同的球那一刻，就表示宇宙进行了分裂，分裂出的其中一个宇宙拿出来的是红球，另外一个宇宙拿出来是蓝球。

然后拿红球的人接着从盒子里拿东西，他有可能拿出一个三角形来，也有可能再拿出一个方块来，于是宇宙又发生了分裂。拿蓝球的这个人也继续拿，可能再拿出一个球来，也可能拿出一个六边形来，他的宇宙也发生了分裂。

如此这般，宇宙是持续不断地进行分裂的。如果基于多重宇宙的观点，祖父悖论就很好解释了。

有这么两个宇宙，第一个宇宙有一个祖父、一个父亲，还有一个儿子。这个儿子因为偶然因素，非要穿越到过去把他祖父杀了。于是他通过时间机器回到了过去，但他回的并不是他自己所在宇宙的过去，而是另外一个平行宇宙的过去。平行宇宙里边也有一个他的祖父，他把平行宇宙里的爷爷杀了之后，再回到自己的世界里，会发现他祖父还在。因为他改变的不是自己的过去，而是另外一个宇宙的过去。

祖父悖论也就得到了解释。

霍金的时序保护假说

对时间机器提出质疑的，除了祖父悖论，还有1992年霍金在《时间简史》中提出的时序保护假说。霍金认为，改变时间顺序的回到过去的时间旅行是被自然界所禁止的，或者说时间机器是不存在的。

为了证明时序保护假说，霍金提供了很多证据。

1.如果时间机器存在，宇宙会被炸掉。

假如宇宙中有一个白洞和一个黑洞连通，构筑了一个虫洞造出了时间机器，白洞的时间比黑洞时间更早。黑洞和白洞之间存在真空，从维尔纳·海森堡的不确定性原理可以推导出，真空中时时刻刻都可能发生量子涨落，也叫真空涨落。简单来说就是真空中会无中生有地产生电磁波。

一旦产生了电磁波，这个电磁波就可以穿到黑洞里，然后从白洞里出来。从白洞里出来了之后又会进到黑洞里，接着又从白洞里出来的，而且时间更早……这样一直循环下去，黑洞和白洞之间的电磁波就会无限扩大，这个虫洞会在一瞬间被炸掉。不仅如此，整个宇宙也都会被炸掉。

我们的宇宙还存在，说明目前还没有时间机器。只要有了时间机器，宇宙就会被炸掉，那时间机器就永远不会被造出来。

2.面向未来旅行者的聚会

霍金在2009年6月28日举办了一个宴会，结果这个宴会一个人都没有来，因为这是一个面向未来旅行者的宴会，霍金在宴会结束之后才向全世界发布了通知。他说：我今天我要举办一个宴会，但这个宴会已经结束了，如果你们有时空机器的话，希望你们能利用时空机器回到这个日子，来参加我的宴会。既然没有人来，说明时间机器是不存在的。

霍金举办面向未来旅行者的宴会

霍金说：如果时间机器是存在的，即便是未来才发明出时间机器，也应该有人穿越回来，参加自己的宴会。可是宴会居然没有一个人赶来参加，这就说明未来的人也没有办法穿越，时间机器是不存在的。

针对霍金的这种说法，有很多种反驳的意见。有人说：不是未来人不在我们身边，是他们都伪装起来不想被发现。还有人说：只有时间机器造出之后的时间才可以访问。现在还没造出时间机器，所以别人也来不了。比如说你在3000年造出了时间机器，那就可以从3000年穿越到4000年，反过来4000年的人也可以穿越回3000年，再往前就不可访问了。因为我们还没造出时间机器，所以我们现在看不见未来的人。

但这种想法其实也有问题，如果我们有一天真的造出了时间机器，谁不想去看一看时间机器形成之初的样子呢？所有未来的人都想跑到发明成功的时刻，宇宙可能就会在那个瞬间被挤爆了。

感谢各位同学的阅读，敬请期待《信条》中的物理学三——熵。

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重点