是否可以从头来过——时间旅行为什么不可能
是否可以从头来过——时间旅行为什么不可能
柳鲲鹏
2006-12-26
现场看球的感觉............................................................................................................... 1
如果一切可以从头来过..................................................................................................... 1
时间旅行产生的问题........................................................................................................ 2
光与超光速...................................................................................................................... 2
神奇的光................................................................................................................... 2
相对论和超光速........................................................................................................ 3
双生子悖论............................................................................................................... 3
时间旅行为什么不可能..................................................................................................... 3
第一条：动量守恒定律.............................................................................................. 3
第二条：角动量守恒定律.......................................................................................... 4
第三条：物质能量守恒定律....................................................................................... 4
第四条：测不准原理................................................................................................. 5
不存在绝对的时空..................................................................................................... 5
选择一个无悔的梦............................................................................................................ 6
现场看球的感觉
看惯了足球赛转播，去足球场看球的时候，总会有点不适应。为什么呢？看转播的时候，如果进球，电视会不厌其烦的反复播放进球画面，观众可以充分了解当时球员的神乎其技。现场看的时候，发现进球以后，画面没有切换重播，让人感到纳闷：怎么搞的？我还没有看清楚呢。
再看球场上的球员，如果球进了那是激动万分，如果不进的话，心中是懊恼不已：如果当时我能够再稍微或早点或晚点或高点或低点或左点或右点，那么这个球就进了——那该有多好啊。
是啊，如果时间能够倒流，哪怕一点点，该有多好啊。
如果一切可以从头来过
如果可以从头来过，让时间倒流到自己希望的某个时间点上，重新做出自己认为适当的行为，每个人都会激动得不知如何是好吧。
但是现实让每个人都清楚，这个是绝对的幻想，不可能发生，不仅从来没有发生，而且永远也不会发生。因为时间不会倒流，你绝对不可能回到从前或者跑到未来。
现实束缚不了人的想象。即使受到客观世界的限制无法做到，人的思想却天马行空，千奇百怪。于是就经常有一些想象力极其丰富的文章出现在科幻杂志上，通过某种技术或者机遇进行时间旅行[i]，让读者想入非非；更有一些科学家也来凑热闹，开始探讨时间旅行的可能性，有的甚至得出时间旅行可以实现的结论。让人激动万分之余，读者都会暗暗的感慨自己生不逢时：如果自己生活在能够时间倒流的时代，该有多好啊。
那么时间旅行到底是否可能？为什么可能？为什么不可能？
时间旅行产生的问题
我们看看几个在时间旅行中一定会碰到的麻烦问题：
- 一个人如果通过时间旅行碰到以前的自己，那么这个时候他们到底算一个人还是两个人？如果其中一个因为某种原因杀死另外一个，那么自己到底是否存在呢？
- 如果一个人改变了一个重大事件（对于个人或者历史都可以），那么之后的世界是否会发生变化？怎样变化？这个过程如何进行？
- 时间点是无限的。每次时间旅行，都进入不同的现实世界——等于说，至少每次时间旅行，都得复制一个宇宙出来。这个代价实在恐怖。
这些问题，本质上是因果关系的问题。尽管有人提出了一些观点来调和这些矛盾，但是都显得苍白无力，不能自圆其说；也有一些人主张要以发展的眼光看问题，现在不可能的，将来就有可能。如果只是脸红脖子粗的争论可能还是不可能，是很难有结论的，对我们的认识也不会有多少提高。比较好的办法，一个方法是进行时间旅行需要什么条件，另外一个方法就是看看什么东西限制了时间旅行？
在这里讨论的问题，我们只是简单叙述一些定律，读过高中的应该都学到相关的知识。也许有一些读者（尤其是那些年纪较小的读者）还没有足够的时间去了解这些知识，暂时跳过这些部分来个囫囵吞枣，也是比较好的办法。
光与超光速
神奇的光
光是宇宙最神奇的物质，具有一些很特殊的属性（比如静止质量为0）。各个有关时间旅行时的电影、动画等，都需要各种光怪陆离、强大耀眼的光芒，以获得强烈的视觉效果来吸引观众。至少从视觉上，很多人认为时间旅行是离不开光的，也离不开传说中的超光速。
相对论和超光速
虽然从相对论以来，人们对于时间的认识有了一些较为深入的了解，但是人们并没有获得根本上的突破（也许永远无法突破）。人类对于时间的认识，仍然是虚无飘渺的东西（应该说时间本来就是这样），人们可以更精确地计时，却不能控制时间。不过相对论却给了一些人更加丰富的想象空间。
相对论是建立在两个假设基础上，其中一个是光在各个参考系的速度不变。这个结果导致一个“光障”结论——所有的物质运动速度都不能超越光速。不过认真追究起来，相对论其实并没有认定宇宙中的物质最大运动速度不会超过光速，至少表面上看是如此。也就是说，超光速有可能存在。
超光速存在，并不是就可以进行时间旅行，二者之间没有必然联系。超光速意味着什么？超光速意味着，你以超光速运动，可以追上以前的光线，从而看到以前发生的一些事情－－简单的说：这里的光线是从地球上散发出去的，并不是所有的光线。这并不意味着你到达以前的时间，你无法对以前的事情产生任何影响。至于真实情况，只有等到超光速出来的时候才可以研究。
双生子悖论
相对论的孪生现象说：孪生兄弟两个，一个呆在地球，另外一个坐接近于光速的飞船在太空旅行。过了20年回来后，发现地球上的明显变老（这个说法并没有得到广泛的认同，我们就假设是这样好了）。虽然说这也是某种意义上的时间旅行，不过每个对时间旅行关心的人都会不以为然：这算哪门子的时间旅行？谁感到自己进行了时间旅行？
时间旅行为什么不可能
我们不妨换一个问法：自然界那些定律限制了时间旅行是不可能的？
这样考察下来，时间旅行假设触犯了几个关键的守恒定律的无上权威，违反了他们不可破坏的“管理条例”。到底怎么回事？我们挑几个常见的定律，看看他们到底有什么权威？为什么他们的“管理条例”不可破坏？
第一条：动量守恒定律
火箭腾飞的时候，总是带着一往无前的气势，看的人总是会被一种雄壮豪迈的情绪而感动。火箭为什么能飞起来？而且可以速度可以变得很快？这是靠着火箭后部喷射的火焰推动的。喷射的火焰越大越快，火箭的速度就越快——因为这样才符合动量守恒定律。
什么是动量守恒定律？该定律的表述是：在一定时间间隔内，若质点系所受外力矢量和始终为零，则在该时间间隔内质点系的动量保持不变，这称为质点系动量守恒定律[ii]。
可是，有人就会感到奇怪了，一个系统为什么必须遵守动量守恒定律？难道有什么特别的含义？为什么不能违反？违反了会怎样？
回答这一连串的问题之前，我们设想这样一个情况：如果说，在我们生活的世界里，这个地方的物理定律和其他地方的物理定律不一样，会发生什么事情？这个问题从来没有人考虑，现在突然提出来，每个人都会想，我们根本就没有办法活了，也许这个世界早就崩溃了——空间不能平衡，怎么会不崩溃？。而防止这种情况的出现，就是动量守恒定律存在的理由：遵守动量守恒定律意味着，物理定理在进行空间变换时保持不变；就是说，所有地方的物理定律都是完全一样的。反过来说，只要这个定律成立，一个符合条件系统的动量就不能发生变化。由此可见，一个系统遵守动量守恒定律，有多么大的意义。这样一说，大家肯定会想：太好了，幸亏有这样一个定律为我们保驾护航，让我们能够安心生活。
第二条：角动量守恒定律
很多人都有这样的经验：坐在转轮椅子上转动的时候，把两手往胸前一抱，转椅就会转得快一些；反过来，如果把手张开，转椅就会转得慢一些。而发生这种速度的变化时，并没有外力参与。这种情况不是偶然的，也有一个说法，叫做角动量守恒定律。角动量守恒定律的定义是：在一定时间间隔内，作用于质点的合力对参考点的力矩始终为零，则质点对该点的角动量保持不变，称为质点对参考点的角动量守恒定律。
从刚才的现象看，这个定律应该跟旋转有关；既然也是一种动量，那么也应该是与空间有关。没错，这个定律意味着物理定理在进行空间旋转时不变。就是说，对于一个定律，不论如何进行空间旋转，物理定律本身不会发生变化。同样的，反过来说，一个系统要想保证物理定律在进行空间旋转时不变，也就必须要遵守角动量守恒定律。想想吧，如果你抱着女朋友转了一个圈，却发现一切都变了，这个麻烦之大，发疯都没用——因为人肯定没有办法生活。于是就有人想：真是太感谢上天了，创造宇宙时为我们考虑得这么周到，让我们能够正常生活。
第三条：物质能量守恒定律
提起大名鼎鼎的物质不灭定律和能量守恒定律，那是无人不知无人不晓。大量实验事实表明，能量既不能消灭，也不能创造，它只能从一个物体传递给另外的物体，或由一种形式转化成另一种形式。这一结论称为能量的转换和守恒定律，它是物理学中最具普遍性的定律之一，也是所有自然现象必须遵守的普遍规律。同样的，物质也是如此。在现代物理学中，这两个定律合起来叫做物质能量（联合）守恒定律。
让我们设想一下，如果今天的定律和昨天的定律不同，这个世界会怎样？啊？每个人都无法想象这个情形吧，这根本就难以想象啊。不过最起码的就是，这个世界不可能存在，早就完蛋了，也不可能让我们还在这里猜测会怎样。那么怎样才能做得今天的定律和昨天的定律完全一样呢？答案就是，这个系统必须遵守这个名声显赫的物质能量守恒定律。也就是说，物质能量守恒定律意味着：所有的物理定律在进行时间变换时不变。遵守这个定律就要做到：这个系统质量、能量在任何情况下，都不会发生任何改变！说到这里，自然有一个让人很不爽的结论就出来了：这个世界的物质既然不能消失和增加，那么自然就不可能凭空有一个人突然消失或者出现。
这个定律真可恨！有人可能会这样感慨。其实我们要大大地感谢这条定律。如果这条定律不存在，且不说宇宙是否能够存在，很可能你今天活得好好的，明天就因为某些物质定律发生变化而解体；我们的教材就会完全失去作用；甚至你要约会也无法确定时间，因为时间也是无法确定的。想来想去，我们还是要感谢这条定律的存在——至少我们不用每时每刻都担心，很可能凭空出现无数跟我们抢夺地盘的人。
第四条：测不准原理
既然这些定律不能违反，那么是否可以绕过去？比如说：通过精确替换的方式，把一个时间内某空间的物质转移后，再加入精确等量的物质，同时保证各个定律不受到破坏。
这首先就涉及到先有鸡还是先有蛋的问题：你必须先具有时间旅行的能力，才能考虑能量替换；而具有时间旅行的能力之前又必须以某种能量方式探测到一个时间点（既然用到能量，能量就已经不守恒）才能够探测到。假设终于以一种很神奇的方式解决了这个问题，又要精确地保证能量、动量、角动量等完全相等——可是这不可能做到的。因为有一个让人很恼火的测不准原理。
测不准原理告诉我们，我们对于宇宙的测量不可能是无限精确的。在测量的相关数值之间，如果一个非常精确，另外一个就会变得非常不精确。比如说，你无法同时准确测量一个物体的速度和位置（这个情况在微观世界里非常明显），因此你无法准确地计算要进行交换的能量和动量。虽然你拥有了绝对等量能力交换能力，可惜这完全是一个屠龙之技。
当然，这里并没有断定说，人们不能通过某种技术看到以前的信息。也许随着技术的进步，人们很有可能复现出一些以前的信息。那么人们能否看到未来的一些信息呢？这也有可能，只是同样会受到限制。
不存在绝对的时空
在宇宙中，所有的星系都以各种形式、速度、方位运动，而这种运动又有各种各样相互复杂的关系。对于一个宇宙点的定位，不必说时间的变化，也不必说各种运动的复杂关系，即使整个宇宙能够建立一套坐标系统，但是要计算出在一段时间内某个星球的绝对位置变化，也必须整个宇宙的所有星系的运行资料。相对于整个宇宙，某个星球的位置测定的误差，应该是这个星球的无数倍吧。事实上根本不会出现处理如此庞大的资料的系统。
时间旅行的观念，本质上是绝对时空的观念的延续。尽管从理解上，绝对时空跟我们日常生活的感觉一样，现实宇宙中并不存在绝对时空。既然没有绝对时空，即使你能够进行时间旅行，实际上也没有任何意义——根本不知道自己跑到哪里去了。最重要的是，为了让这个宇宙存在，必须遵守自己的定律。
这里提一个问题：如何不存在绝对的时空，那么高速旋转的陀螺指向的不变方向又是哪里呢？
选择一个无悔的梦
对时间旅行来说，守恒定律就是不可突破的“叹息之壁”，因而时间旅行是绝对不可能的，过去不可能，现在不可能，将来也永远不可能。
这个结论给每个抱有幻想的人带来灰心丧气的感觉。其实，正因为生命只有一次，才会焕发灿烂的光芒，才显得分外宝贵。如果人死了可以随意复活，那么生命还有什么意义呢？还会有“人命关天”的说法么？与其为自己过去的事情唉声叹气，后悔自己的行为，还是把握现在，牢记“一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴”，好好生活。
作为本文作者，对于能够时间旅行的盼望，和其他人一样热切。在深刻理解了时间只会前进的同时，也会发出“天啊！时光不能倒流！”的复杂感叹。这种感叹，对于自己唯一的帮助，就是提醒自己：
每时每刻都要以自己最大的可能，珍惜现在，爱护将来。
[i]考虑到时间和空间的不同特性，我们这里指的时间旅行纯粹是时间轴线上的变动，即回到以前的时间或者到达未来的时间，而不是转移到另外一个空间。
[ii]简单的定义是：物体系不受外力作用,或所受外力的合力为零,则系统的总动量守恒。