【內含劇透】《復仇者4》時間旅行、量子力學 原理解釋你知

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以下內容含《復仇者聯盟4:終局之戰》劇透

萬眾矚目的《復仇者聯盟4:終局之戰》(Avengers: Endgame)日前終於首映了,去看的朋友們,舉個手?狂丸已經率先看完了影片,不過別擔心,接下來我並不會劇透,只是想聊聊這部電影的科學基礎。其實根據一系列預告片,我們已經不難猜出,這部新片,是一部量子力學版的《復仇者聯盟》。

《復仇者聯盟4:終局之戰》中,一眾超級英雄穿越時空拯救地球。(劇照)

時間旅行

此前,《復仇者聯盟4:終局之戰》的預告片和全球Marvel粉絲們已經告訴我們:時間旅行將是把那些變成灰的角色帶回來的關鍵所在。事實上,人類確實從未打消過製造時光機的念頭——要討論這個話題,我們必須先把愛因斯坦老爺子請出來。

根據愛因斯坦的理論,運動着的時鐘要比靜止的時鐘走的慢。如果速度接近光速,時間更是會幾乎停滯不前。假設太空人以接近光速運動了一年,那麼當他回到地球的時候,已經是幾千萬年過去了。在這種時間膨脹現象中,人們前往了未來,但是,又如何回到過去呢?

愛因斯坦在1915年發表廣義相對論,在時間流易、空間幾何、光的傳播等問題上對後世有重大啟發。(Getty Images)

蟲洞是物理學家提出的一種理論方法。1930年代,愛因斯坦和學生羅森在研究引力場方程時,假設黑洞與白洞透過蟲洞連接,認為透過蟲洞可以做暫時的空間轉移、進行時間旅行。簡單地說,蟲洞就是連接宇宙遙遠區域間的時空細管,通過蟲洞,人們可以瞬間從宇宙的一個地方移動到另一個地方,就像是你玩賽車遊戲抄近路一樣。

那麼,到哪裏去找蟲洞呢?在比分子甚至原子都要更小的尺度——量子泡沫的普朗克尺度(Planck length)裏,時空不再是平滑的,許多不同的形狀會像泡沫一樣起伏,在這種量子漲落形成的小通道中,就是蟲洞的所在。如果擁有足夠先進的技術,理論上是有希望在太空中建造巨型蟲洞的。

在愛因斯坦提出廣義相對論逾百年後,科學界終於首次「拍攝」到黑洞的「照片」。(美聯社)

另一種時間旅行的假設是快子電話,快子是一種由相對論衍生出的假想粒子,總是以超過光速的速度在運動——是不是聯想到了電影中的「皮姆粒子」?而快子電話則是基於此的一種假設情況,也就是從一個位置發送訊號並在另一位置接收時,當訊號傳播速度比光快,那麼所有的參考系都會認為接收先於發送。

簡單理解,就是這個訊號回溯了時間,回到了過去。

皮姆博士曾經進入「量子領域」成功找回妻子。(劇照)

總之,時間穿越這事如果要較真講科學明顯太過複雜,所以對超級英雄來說,最簡單的方式,還是——時間寶石。

平行時空

問題仍未結束。即使時空穿越成功,但「時間悖論」怎麼辦?如果一個人穿越回到過去,把自己的祖父殺死了,那麼他的父親就將不存在,當然也不會有後來的結婚然後生下他本人的後續了。

那麼問題來了,既然你不存在,那麼是誰殺了你的祖父,而你又殺了誰呢?因為你的存在表明,你的祖父沒有死,死了就不可能生下你爸爸,再讓你爸爸生下你了。

戰爭機器於《復仇者聯盟4》提出回到過去殺死尚是嬰兒的魁隆拯救地球。(劇照)

所以你將永遠不可能親手殺了你祖父,畢竟在你動手之前你自己會先消失——這就是着名的祖父悖論。

將這個悖論應用到《復仇者聯盟4:終局之戰》中就是,如果整裝待發的美國隊長一行人回到過去,在魁隆(Thanos)打響指之前就把魁隆整死了,那麼他們這一行人還會通過時空穿越回來揍魁隆嗎?如果不回來揍魁隆的戲怎麼演下去?

祖父悖論在時間回溯穿越領域投下了一枚重磅炸彈,似乎沒有很好的辦法來打破這個悖論。不過20世紀60年代的時候,由艾弗雷特(Hugh Everett)依據量子力學提出的多世界詮釋,為時間旅行提供了其中一種具有可能性的解答。

《復仇者聯盟3:無限之戰》中生還的超級英雄們都幾乎有份穿越時空,包括火箭浣熊。(劇照)

艾弗雷特的多世界詮釋理論屬於平行時空4個級別中的第3級,以量子理論作為依託,提出了平行時空其中一種可能,同時也在一定程度上解答了著名的量子思維實驗「薛丁格的貓」。

首先我們先以多世界詮釋理論來理解一下「薛丁格的貓」,這對理解多世界詮釋中的平行時空理論有很大幫助。

所謂薛丁格的貓,是一隻理論物理學家薛丁格(Erwin Schrödinger)假想出來的貓。在他的假定中這隻貓被放在一個密閉的空間中,裏面有足夠的食物和水,沒有意外的情況下,這隻貓可以在裏面活到天荒地老。

所謂薛丁格的貓,是一隻薛丁格假想出來的貓。(狂丸科學)

但薛丁格偏要意外,他給這個密室設計了一個很複雜的機關,利用了原子核衰變和放射性毒藥等等高科技。簡單來說就是,他給這隻貓的食物投毒了,但投毒的機關是隨機的,可能這隻貓吃的食物是被加了毒藥的,也可能是沒加毒藥的。

以常識看來,這隻貓只能有2種結局,要麼吃了毒藥死了,要麼沒吃毒藥活着。但由於投毒機關是隨機且隨時的,所以在不打開這個密閉空間的前提下,我們無法得知,這隻貓現在究竟是死了還是活着。

由於只有在打開密閉空間親眼所見的那一瞬間我們才能確定貓的狀態,所以在確認之前,這隻貓處於一種,即沒死也沒活,即死了又活着的一種疊加假定狀態。

白字:Alive 黑字:Dead(狂丸科學)

那麼它究竟死沒死啊?鏟屎官何苦難為小貓咪,小貓咪又何苦為難物理不好的鏟屎官。

對於這個問題,艾弗雷特認為,這隻貓即死了又活着,因為它們是兩隻不同的貓,活在兩個不同的時空。他認為每一個不同選擇以及概率事件所導致的不同結果,都有着各自的時空。

這隻貓處於一種,即沒死也沒活,即死了又活着的一種疊加假定狀態。(狂丸科學)

就比如說,現在正在看這篇文章的你,假如你現在面臨2個選擇,一個是看完點贊轉發,一個是點贊轉發並評論。那麼無論是點贊轉發的你,還是點贊轉發加評論三連的你都是真實存在的,二者在這個不同選擇的分叉點被劃分到了兩個不同的時空。

當然在這兩個時空裏,也同樣會因為之後發生的各種不同選擇或概率事件,而不斷的裂變出不同的時空,希望這個時空的狂丸能收穫素質三連。

在這兩個時空裏,也同樣會因為之後發生的各種不同選擇或概率事件,而不斷的裂變出不同的時空。(狂丸科學)

艾弗雷特的多世界詮釋為很多平行時空題材影視劇、小說、漫畫作品提供了思路,比如說《復仇者聯盟3:無限之戰》(Avengers: Infinity War)中,奇異博士(Doctor Strange)看了一千四百多萬次結局,就是基於與魁隆大戰中出現的各種可能,導致出現的不同時空以及這些時空之後的各種事件選擇所裂變出來的時空。

就像玩劇情類遊戲,每一次選擇都會引發不同的事件,這些事件又會有分支並推向不同的結局。而所有的結局都是真實存在的,只不過他們是不同時空裏發生的事。

《復仇者聯盟3:無限之戰》中,奇異博士看了一千四百多萬次結局。(劇照)

我們從這裏再說回時間旅行的祖父悖論,以多世界詮釋作為理論基礎,如果真的有多個時空存在的話,那麼一個人是可以做到回到過去殺死自己的祖父的,因為他殺的並非是自己時空中的祖父。

從這個角度來說,即使這個時空裏的復仇者聯盟大團圓結局了,還仍舊可能有一千四百多萬個時空裏,宇宙一半人口化的灰能堆成一個撒哈拉大沙漠。

可能有一千四百多萬個時空裏,宇宙一半人口化的灰能堆成一個撒哈拉大沙漠。(狂丸科學)

不過,狂丸真的很喜歡這個理論,這樣的話,《復仇者聯盟4:終局之戰》就不是我們熟悉的這批Marvel英雄的大結局,復仇者聯盟的故事可以一直一直的講下去,還有其他一千四百多萬個時空裏的世界等待英雄們去拯救。

至於用甚麼辦法?靠量子力學就完事了。

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【本文獲「狂丸科學」授權轉載,微信公眾號:kuangwanplay】

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