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科学上,穿越究竟能不能行得通?

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穿越,始终是一个经久不衰的话题,虽然这段时间没有以前流行穿越剧时间段那么火了,但是,讨论的人依旧还有很多。有不少人始终坚信:穿越是真实存在的物理现象,你看当初爱因斯坦爱大叔,不就是证明了一个“虫洞”存在吗?说不定哪天咱就碰到一个虫洞,然后通过它穿越时空回到清朝,把那个乾隆还是雍正搞下来,咱们也当回皇帝,娶个后宫成群……先打住!讲到这里,我们先打住一下对穿越的遐想,回到咱们今天的主题来:科学上,穿越到底行得通不?有没有什么物理解释能完美的把穿越给说明白喽?

有些人可能会问了,为什么又要说“完美”呢?爱大叔不是早就证明了虫洞吗?其实,只要接触过一点点和科学相关的人都会知道,证明完虫洞没用,穿越还是会带来一个大问题:“悖论”。最有名的悖论当属外祖母悖论:如果有人穿越回去,把自己的外祖母在过去时杀死,那他还存在吗?如果不存在,那又是谁杀的?无论怎么讲,逻辑都不通了。

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SO,在物理学上究竟有没有可能用一种逻辑通的方法解释得了“穿越”现象?要了解这个问题,咱先来看一个东西:量子力学的退相干理论。这个东西,或许能解决“穿越时空”所带来的一切难题。

先说说,啥是退相干

退相干理论,是量子力学当中的一个基本理论,大致的内容为:倘若存在一个连续分布叠加的量子波函数概率幅,就会产生相干性。而后,这个相干性的波函数概率幅,在经过观测后,会导致其瞬间退变为离散分布于某一特定点的狄拉克δ函数。

当你看完这段话后,我相信你马上会嚷嚷起来:你这个作者啊,故意刁难人是不是哇!整一些稀奇古怪的名词凑成一句,咱们看不懂啊!别着急,接下来,我就要讲讲这个退相干究竟是个什么意思。事实上,本人曾在尾猿会专栏发表过的一篇文章里,就有讲过这个退相干和穿越之间的联系,不过当时讲的也不太全面。如今咱再在这里来讲讲。

大家知道,咱们的宇宙是由两种东西构成:物质,还有能量。姑且先抛开暗物质和暗能量(因为物理学家根本不知道那是啥玩意),咱们的物质构成,称为粒子,咱们的能量构成,称为量子。量子力学就是这两种粒子的全部运动描述理论。在量子力学当中,无论是量子,还是粒子,都具有一种奇特的特性,我们称之为“波粒二象性”。这个特性讲的是什么呢?无论是量子还是粒子哇,他们都是以波动的方式,运动的!这个波,学名叫做德布罗意波,又叫物质波,是一个叫德布罗意的物理学家在1924年提出来的。

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提出了德布罗意波之后,期初这个物理学家只是参考了一些实验数据和光的“波粒二象性”,整合出来的一个物理学理论,但是令人没有想到的是,这个德布罗意波竟然在日后成为了著名的物理理论之一,原因是因为,后来有人将其和量子力学的不确定性完美结合了在一起,用它来表述量子的运动方程。不确定性可是量子力学的主心骨之一,这个原理认为,一切的粒子(量子)都是具有多个不确定的值的,你永远不可能测量到它的精准物理共轭量。简单来说,德布罗意波不是我们讲的普通的波,而是描述粒子在某一空间内出现的概率的波动,也成为几率波。

既然是描述粒子几率的,那么肯定要有个波动函数,这就是我们称之为“波函数”的东西。接下来,重点来了。

当年,在物质波、不确定性这些理论相继被提出来之后,物理学家在物理研究过程中突然发现一个很奇妙的现象:如果一个任意粒子,没人去观察它的话,那么,它的波函数(波运动的方程)的一种叫本征态的东西,将会变成无穷多。只有在观测到它的时候,才会瞬间跳跃到其中一个本征态,这在量子力学里被称之为量子退相干,过去也叫“波函数坍塌”。

还是听不懂?简单来说,本征态就是指这个粒子任何可能的状态,比如它可能在厨房,也可能在厕所。没人观测的它的时候,它出现在哪都有可能,有人观测它的时候,它就在其中一个可能(例如一个房屋内)内确定了下来!由于任何物质都是粒子构成,所以讲得通俗一点就是,如果全宇宙没人看月亮,月亮有可能是不存在的。只有当一个人看到的那一刹那,月亮才在某个地方确定下来。稍微了解过物理学的,都知道“薛定谔的猫”,那只小猫的两种状态(死或活)就是猫的两种“本征态”。

那讲了这么多,读者恐怕有点着急了:赖仲达你丫还不讲这个跟穿越有毛线关系!现在,我马上要讲了,请大家拿好瓜子!

与穿越有什么联系

如果大家看过某些穿越剧,可能会注意到这样一个细节:不少剧中的人都认为,某些重大历史不能改变,一旦改变可能会引起“某种问题”。例如在英剧《DOCTOR WHO》当中,重大或者确定的历史事件,被称为“定点”,改变它甚至会引起时空崩溃。而剧中这些个概念,在物理学上还真的可以解释:为什么这些历史事件不能改变?原因很简单,就是我上面所讲述的退相干:这些历史事件已经被观测过了,它所在时空的波函数,已经坍塌到了一个确定的“本征态”,而不是几个本征态“想干”在一起。简单来说,未观测情形下,物质拥有N种可能,观测后,物质只剩下一个可能;同样,历史重大事件被观测之后,在那一个时间点上,只剩下1种可能(本征态)。

如果你穿越回过去,在那个时间点上,就多了一个“观察者”,就会造成第二个可能(本征态)出现,例如开国大典照片上出现了一个飞碟,而当年所有人都观测到,没有这只飞碟,所以穿越会导致开国大典出现“有飞碟又没有飞碟”的情况。可以说:如果真能穿越,在同一时刻你会观测到两种不同的本征态,例如你同时观测到一只猫又死又活。这是违反量子法则的。

而后,用这个概念来解释穿越,就不会再发生悖论了:

假定有人穿越回过去,在自己外祖父小的时候杀死了自己的外祖父。首先。在准备穿越之前,他的状态是“活着的”,也就是说这个人本征态是“活”。那么就会有一个因果关系,由于这个人活着,这个人肯定是由他母亲生出,他母亲是由她父母(这人的外祖父母)生出,所以,如果活着,意味着这个人的母亲在出生之前,外祖父必然活着。这相当于,他间接观测到了,这个人“活”,意味着外祖父小时候的本征态已经坍塌确定为“活”。然后呢,他穿越到外祖父小时候,又杀死了外祖父,此时他外祖父的本征态就变成了“死”,这样,在同一时刻内(外祖父小时候),这个人观测到了外祖父“又死又活”,违反了量子法则,所以这次穿越无法真实生效。

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如果真的生效了,哪又会如何呢?在物理上找不到一个确定的解决方案。但是我们可以推理一下:两种不同的可能,例如又死又活,同时被人观测到叠加在一起,这是不可能的,但是如果没人观测,这就变得可能了(参考薛定谔的猫)。所以,如果真有这种叠加现象发生,那么现象所牵扯到的一切事件,或许都将变成“没人观测”的情况,有可能就全部彻底消失了。

文  尾猿会

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