《科幻電影的預言與真實》:今天來認真討論「時光機」這件事(上)

《科幻電影的預言與真實》:今天來認真討論「時光機」這件事(上)
圖片來源:《回到未來》劇照

我們想讓你知道的是

《回到未來》其實一點也不創新。穿越時光是科幻題材的大宗,早在1895年,英國作家赫伯特.喬治.威爾斯就在作品《時光機器》中,創造出了「時間旅行者」的角色。於是我們要問的,顯然是一個新手級的問題:我們能穿越時間嗎?

文:瑞克.艾德華斯、邁可.布魯克斯

回到未來

這部電影(按:《回到未來》)真的不需要多做介紹了。這部在1985年以時光旅行為主題的傑作,年代已經十分久遠,就連在續集中所謂的「遙遠未來」,早已是過去的2015年了。米高.福克斯(Michael J. Fox)飾演的青少年馬蒂.麥佛萊(Marty McFly),被轉移到1955年的時空,意外破壞了父母的戀情,進而威脅到自身的存在。劇情引發了社會對於時光旅行固有悖論的討論,但比較少人分析片中裝在迪羅倫車上、使其成為時光機的「通量電容器」(flux capacitor)。根據發明者艾默.布朗(Emmett Brown)博士(由克里斯多福.洛依德〔Christopher Lloyd〕飾演,他的精采演出令人難忘)的說明,這個電容器只需要「一.二一百萬瓩」的能量就能啟動。我們認為,這是一個可能的機制,也沒有破壞已知的物理法則。

不過,《回到未來》其實一點也不創新。穿越時光是科幻題材的大宗,早在1895年,英國作家赫伯特.喬治.威爾斯(Herbert George Wells)就在作品《時光機器》(The Time Machine)中,創造出了「時間旅行者」的角色。於是我們要問的,顯然是一個新手級的問題:我們能穿越時間嗎?

帶我回去

時間是個奇怪的東西。因為愛因斯坦的狹義與廣義相對論就是這麼告訴我們。如同在《星際效應》那章裡看到的,這兩種相對論都顯示時間是可以被扭曲的,也能變慢或加速。

布朗博士一定也會告訴你:先考慮狹義相對論。這是愛因斯坦在他1905年的「奇蹟年」提出的理論之一,那一年他發表了一系列影響深遠的驚人論文,改變了很多我們在物理學上最習以為常的觀念。

狹義相對論的中心思想是:光速是恆久不變的常數。什麼意思?簡單來說,如果有一輛車頭燈亮著的車,與你同方向經過你身邊。相對於你,光會以光速c前進,而不是c加上車速。同樣地,如果車子和你反方向前進,車頭燈的光還是會以c的速度到達你這裡,而不是c減去車子的速度。

如果你不覺得光速不變聽起來很激進,那是因為你還沒搞懂它的言外之意。速度是每一單位時間涵蓋的距離,所以c維持不變,其實就是打亂了距離和(或)時間。在愛因斯坦的宇宙裡,測量到的時間長度以及時間間隔,都必須根據運動狀態而改變。太胡鬧了。

而距離這個東西是相對無趣的,代表的只是,如果瑞克以接近光速的速度,用超人姿勢飛過邁可身邊,那麼邁可測量到的瑞克身高(也可以說是長度),會比瑞克自己量他的偉大身高少非常多。瑞克只要以光速的百分之四十前進,就能讓邁可量到的身高和他自己量的結果相同。當然,瑞克一定會提出異議,因為他自己量到的身高一定都是雄壯的一九五公分。

好,所以這有點奇怪。但是,如果你比較的是你在地球上測量流逝時間的結果,和飛越地球的太空船上的測量結果,那你就知道尺的問題根本不足掛齒。

為了要讓所有觀察者的宇宙物理學一致,在太空船上的時間流逝速度,會比在地球上慢很多。不論你選擇用什麼方式測量,這一點都是成立的。假設瑞克留在地球上,邁可在太空船上,並以接近光速的速度發射到外太空裡,那麼在太空船上的鐘,走得會比在地球上的瑞克的手錶來得慢。但這具有更深層的意義:邁可的生理時鐘也比瑞克的慢許多,所以他真的會老得比較慢。邁可不會注意到,一切感覺都非常正常,可是當他以百分之九十九的光速移動接近十八個月之後,在他回到地球時,兩人之間最終會有接近十歲的差距。

如果我們追究這種科學理論的細節,會發現實際上並不是這樣的,因為有加速、減速、回頭等狀況,但是你知道大致的觀念是如此。線性的、無法改變的時間流逝觀念已經過時了。

所以,我們要怎麼處理愛因斯坦的禮物?這個嘛,從狹義相對論來思考,這其實沒什麼大不了的。我們能做的就是試著用非常非常快的速度移動,進入那些沒有和我們一起旅行的人的未來,像是要邁可去進行時光旅行,讓自己變得和瑞克年紀相同。

唯一真的做到這件事的是太空人。長時間生活在軌道上,代表他們繞著地球轉的速度,會比在地球表面的我們移動速度快上許多。比方說,在國際太空站待六個月,相對於在地球的朋友,你會比他們多出了○.○○七秒。全球定位系統(GPS)的衛星以每小時一萬四千公里的速度繞行地球,如果你可以坐在上面,那你每天都會比人家多幾毫秒。不過目前為止,最多只有人獲得額外的○.○二秒。這是俄國太空人謝爾蓋.克里卡列夫(Sergei Krikalev)在派對上最棒的話題了,他在軌道上待了八○三天。老實說,多出來的時間,大概也不夠讓他在酒吧喝醉,不是嗎?

廣義相對論使時光旅行較容易成真。首先,時間在較強大的重力場流逝得比較慢。在地球上,這代表你離地球中心愈遠,你老得就愈快,所以住在摩天大樓會老得比較快。事實上,光是長得比較高就足以加速衰老了。如果邁可和瑞克都活到八十歲,那麼在他們活著的時間裡,邁可大約會比瑞克多得到十億分之五十秒。

說句公道話,這點時差瑞克只要保養一下就可以解決了,而且也不可能輕輕鬆鬆就讓任何人回到未來。要回到未來,你需要物理學家所謂的「封閉類時曲線」(closed time-like curve)。


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