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多元宇宙理论与时间旅行有何关系?

时间旅行的理论物理学和悖论常常与多元宇宙理论和替代宇宙的概念相遇。

作者:Paul M. Sutter
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图片来源:Daniel Megias/Getty Images

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尽管许多科幻作家都曾想知道,只要你进入一个平行宇宙,是否就可以允许时间旅行回到过去,但你必须被警告:大自然不喜欢作弊者。

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回到过去的时间旅行是一件非常麻烦的事情。首先,据我们所知,在我们的宇宙中这是被禁止的。你可以随心所欲地慢速或快速地前往未来,但你不能停止时间或倒流。

有可能回到过去吗?

从技术上讲,物理学家并不确定时间旅行为何被禁止。我们没有一条物理定律明确拒绝这种可能性。

但是,每次我们尝试构想时间旅行的概念——比如虫洞或围绕无限长圆柱体的扭曲路径——我们都会发现一些不允许它的原因。事实证明,虫洞需要负质量来稳定自身,而无限长圆柱体则很难找到。


阅读更多:人类为何以我们所感知的方式感知时间?


改变过去的麻烦

即使时间旅行可能存在一线希望,回到我们自己的过去也会引发各种有害的悖论,正如许多电影和漫画故事情节所展示的那样。

除了过去已成定局之外,我们还必须面对一个现实:过去发生的事情创造了我们现在所经历的现实。

简而言之,这个悖论是:如果你改变过去,你就改变现在,但现在已经存在了。

祖父悖论

这种令人费解的情景最常见的例子之一被称为祖父悖论。

假设你回到过去,在你的祖父遇到你的祖母之前杀了他(这里无需剖析你这种假设行为背后的动机)。这意味着你的父母之一从未出生,这意味着你从未存在。但是如果你从未存在,你又是如何回到过去杀死你的祖父的呢?

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阅读更多:时间旅行的祖父悖论是什么?


存在多个宇宙吗?

为了解决这个困境,我们可以引入平行宇宙或替代宇宙的概念,这是多元宇宙这个总括概念下的一个分支。

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也许当你回到过去杀死你的祖父时,你创造了一个你不存在的新宇宙。然后你可以回到你原来的宇宙,那里一切都很好(或者至少你还活着)。本质上,你只是在另一个不相关的宇宙中胡闹了一番。

事实上,在物理学中有两个地方出现了多元宇宙的概念。不幸的是,对于任何想成为时间旅行者的人来说,它们都不允许这种类型的平行未来跳跃。

量子力学中的世界分裂

替代宇宙理论首次受到关注的领域是量子力学。

亚原子过程本质上是随机的。当我们进行实验时,我们永远不知道会得到什么结果。对此的一种解释是,所有实验结果都会发生,只是发生在不同的宇宙中。

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例如,如果有人将一个电子穿过一个强磁场,并且它有百分之五十的几率向上或向下偏转,那么每次他们将一个电子穿过该设备时,他们都会得到两个宇宙:一个电子向上的宇宙,一个电子向下的宇宙。

正如该理论所言,这种分裂不仅限于神秘的物理实验。它发生在宇宙中每一个量子相互作用中,而这涉及大量的相互作用,从而产生了无数的平行世界。

在这种观点下,存在一个已经存在的宇宙,在那里你的祖父已经去世,你从未出生。但你永远也看不到它。


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量子力学中无法在世界之间旅行

即使上述理论真的发生,量子物理学的规则也绝对明确:这些宇宙之间没有任何旅行或交流。

当然,“宇宙”在这里可能是一个错误的词。那是因为分裂实际上是一个量子波函数的独立分区。而这种分离是真正永久的。

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如果允许任何形式的连接,那么量子过程的许多分支可能性根本就不会发生。

泡泡宇宙理论

多元宇宙在物理学中出现的第二个地方是与极早期宇宙相关的研究。

从这个角度来看,我们的宇宙可能只是众多宇宙中的一个——就像无限宇宙泡沫中的一个气泡。这些宇宙也可能包含所有使得生命如此有趣的多样可能性。

在这种(极其假设的)观点中,存在许多宇宙,其中包含与你所知的宇宙不同的替代现实。有一个宇宙你的祖父死了。还有另一个宇宙从未形成恒星。还有一个宇宙你所有的物质都被反物质取代,等等。

因为所有这些泡泡宇宙都存在于作为现实的同一个膨胀泡沫中,所以那些替代宇宙确实存在于“那里”,在一个不可想象但仍然有限的距离之外。

时间仍在多元宇宙中前进

但即使在这种泡沫状的泡泡宇宙集合中,时间仍在做它的事情。也就是说,它总是在向前移动。

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即使你能想出某种方案在平行宇宙之间旅行,那些宇宙仍然共享相同的时空结构,与我们一起前进。因此,根据该理论,它们似乎都禁止时间旅行。

理论上,它们也分享着大自然不喜欢作弊者这一现实。所以,如果你理论上要去一个你从未存在过的宇宙,也许取消时间旅行的方法。


阅读更多:科学家们试图绘制多元宇宙的地图


  • 保罗·M·萨特

    保罗·M·萨特是一位理论宇宙学家、NASA顾问、“Ask a Spaceman”播客主持人,以及美国文化大使。他是《你的宇宙之位》和《如何在太空中死去》的作者。

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