
在經典科幻片《回到未來》(Back to the Future)裏,主角馬蒂從1985年回到1955年後,不經意地干預了父親追求母親的過程,但為了防止未來的自己「消失」,他必須努力地幫助父親追到母親……這類在科幻作品中大量出現的關於時間旅行的「悖論」,經常會用多重宇宙(Multiverse)假說來作解釋,即回到過去所做的不同決定,其後續發展是存在於不同的「平行世界」中的。
而在多重宇宙假說中,時間以相反方向流逝的平行世界也是可以存在的,也就是說,我們已知的過去或許是另一個世界的未來。近日,兩位分別來自加州理工學院(CalTech)和麻省理工學院(MIT)的理論物理學家提出一個基於「熵」(Entropy)的新模型,試圖用更簡單的原理對這一現象進行解釋。
熵可以被理解為「無序度」的指標,即一個系統混亂程度的高低。根據熱力學第二定律,一個孤立系統的熵永遠不會隨時間減小,比如一個玻璃杯落地後破碎,其最終狀態比初始狀態更無序。因此,人們可以通過測量一個孤立系統熵的變化來確定時間流逝的方向,即時間箭頭(Arrows of Time)。人們也據此認為,完整的玻璃杯是「原因」,而破碎的玻璃杯則是「結果」。
從深層次來看,『原因』(Causes)不一定必須在『結果』(Effects)之前出現。
提出新模型的兩位物理學家解釋稱,在物理學定律中,時間流動的方向並不重要,因為「倒流」的時間也可以和物理定律和諧共存。比如,當你向上扔一個玻璃杯,它在到達頂點之前會因為地球引力而速度越來越慢;如果將這段「影片」倒帶來看,這個玻璃杯會從頂點加速下落,同樣是符合力學定律的。
在這個新模型中,他們將一些粒子放入一個被稱為「無限雲」(Infinite Cloud)的無限宇宙中,而這些粒子都具有隨機分配的速度。這些粒子最終會自發產生不同的時間箭頭,而由於隨機性,其中一半的粒子會朝着無限雲的邊緣擴散(熵增加),另一半粒子則朝着無限雲的中心聚集(熵減少)。但是當聚集的粒子在中心與彼此「擦肩而過」後,它們會繼續朝着無限雲的邊緣擴散,從而使得無限雲的熵比初始狀態增加。
而如果將這些粒子在初始狀態的時間箭頭倒轉,它們最終的方向仍然會朝向外部,無限雲的熵與初始的時間零點相比,仍然是增加的。研究者認為,這意味着單個時間箭頭的方向不再重要,而這一模型也可以適用於多重宇宙假說。他們的新模型目前還沒有正式發表,為了讓模型更加可信,他們還需要補充初始狀態時缺失的信息。
早在2014年,來自英國和加拿大的科學家們也發表了一項研究,認為宇宙大爆炸時還產生了一個「鏡像宇宙」(Mirror Universe),它在大爆炸瞬間與我們的宇宙朝相反方向膨脹,生活在這兩個宇宙中的生物則認為彼此在朝着對方時間的反方向前行。
我們不妨大膽地設想一下,如果這兩個宇宙中的人能夠相遇,也許會出現另一部經典科幻片《奇幻逆緣》(The Curious Case of Benjamin Button)中的奇妙鏡頭——男主人公班傑明從出生開始便「逆生長」,年邁之後變成一個嬰兒,躺在「正常生長」但垂垂老矣的愛人黛西懷裏,慢慢閉上眼睛……
聲音
Alan Guth(另一位研究者)和我試圖要說明的是,宇宙中幾乎每個地方都存在某種明顯的時間箭頭,這是非常自然的。當然,你會努力使這一切變得有現實感,使其看起來更像我們的宇宙。這似乎才是最難的部分。
他們創造了一個可以很容易將某些特定概念塞進去的世界。
為了使時間倒流變得可行而自定義一些概念,而不是推導出來。他們其實在寫科幻小說吧。