• 【宇宙迷宮】相對論與時光倒流(李偉才)
  • 2020-10-10    

 

過去數個星期,筆者在這個專欄裡,解釋了電影《天能》中的「逆熵」究竟是什麼回事。我們最後的結論是,以「逆熵」來解釋時間旅行是一種「倒果為因」的說法。要實現「時光倒流」,我們必須有請愛因斯坦出場,因為在現代物理學中,相對論是唯一提供時間倒流這個可能性的科學理論。

在二十世紀初,愛氏基於光速恆穩不變的這個實驗結果,再加上了他對「牛頓力學」和麥克斯維(James Clerk Maxwell)的「電磁理論」的整合,提出了石破天驚的「相對論」(Theory of Relativity)。說是石破天驚一點沒有誇張,因為這個理論徹底推翻了人類對於空間、時間、物質和能量的不少固有觀念。其中的一項,是物體的運動速度趨近光速時出現的情況:

質量增加:物體的質量愈接近光速時會變得愈大,達至光速時會變成無限大;

長度收縮:物體沿著運動方向量度的長度會愈接近光速時變得愈短,達至光速時會變為零;

時間延長(time dilation):物體的時間流逝速度愈接近光速時會變得愈慢,達至光速時會變為零,即時間會「停頓」下來。

上述這些匪夷所思的變化,比起所有神話故事和魔幻小說中的想象還要不可思議。但過去近一百年來,這些有違常識和直觀的現象,皆已被無數精密的科學實驗反覆證實。

正由於上述的情況,科學家一般認為科幻小說和電影中的「超光速」星際旅行不可能實現,而「星球大戰」這類情節永遠只能夠在電影中出現。對於熱衷於星際旅行的人,這是「一盆冷水照頭淋」。

有趣的是,以上的結果源於愛氏於1905發表的「狹義相對論」,但他於十年後即 1915發表的「廣義相對論」,卻為關閉了的宇宙大門重新打開一線罅隙。其中的「時空摺曲」(spacetime warp)觀念,已被科幻作家廣泛地引用為「星際推進器」(star drive)的運作原理(其中的細節當然欠奉)。

暫時讓我們回到「狹義相對論」中的「時間延長」效應。純粹按照理論推導,時間流逝速率趨於光速時會減慢至零,則如果物體的速度可以繼續增加至超越光速的話,流逝的速率應該變為負數,亦即時間會開始倒流!當然,我們怎樣可以將質量變了無限大的物體繼續加速,是一個不可克服的障礙。

對「廣義相對論」的研究則提出了另一個可能性。物理學家法蘭克‧迪普勒(Frank Tipler)於1974年提出,一個大質量的圓柱體以極高速旋轉時,會把周遭的時空「拖曳」,以至出現一些「閉合類時曲線」(closed timelike curves),令「時間逆轉」成為可能。然而,這個臆想性的假設至今仍然充滿著爭議和懸而未決的地方。

「逆熵神器」只是電影編劇的子虛烏有,要實現時間旅行(如果真的可能),恐怕人類還有很遠的路要走呢!

李偉才

科普達人

網上圖片

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