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時空旅行真的可能嗎?各種時空悖論又該怎麼解?──《我們都是時間旅人》

時報出版_96
・2018/10/10 ・2760字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

雖然聽起來相當矛盾,但你絕對不能把悖論當成壞東西。因為悖論是思考熱情的體現,一個沒有悖論的思想家就像毫無熱情的愛人:什麼都無所謂。

──丹麥哲學家索倫.齊克果(Søren Kierkegaard,1813-1855)

如果,時空旅行變成可能?

「近來,蛀孔物理學的再興起所導致的現象有些著實令人不安,」紐西蘭數學家、宇宙學家麥特.維瑟(Matt Visser),在一九九四年於《核子物理B》(Nuclear Physics B)期刊(即《核子物理》[Nuclear Physics]的分支,專門刊登「理論性、現象學並且是實驗性的高能物理、量子力場理論和統計系統」等論文。)

蟻人一夥試圖利用時空隧道找回初代黃蜂女。圖/imdb

所謂蛀孔物理的「再興起」明顯已發展完備,儘管在過去,這些假設穿越時空的隧道也依舊是假設(其實現在也一樣)。而所謂令人不安的現象指的是:「如果這個可穿越的蛀孔真的存在,那麼,把這些蛀孔變成時間機器就相對容易多了。」這個想法不只令人不安,應該說是令人非常不安:「這樣令人極度不安的情況,促使霍金發表了他的時序保護假說(chronology protection conjecture)。」

這裡的霍金說的當然是史蒂芬.霍金。這位劍橋物理學者在當時已是世界知名,而且還在世的科學家。無庸置疑,這名氣有部分是因為他與令身體癱瘓、無法治癒的漸凍症之間長達十年充滿戲劇性的搏鬥,另一部分是因為他擁有某種天賦,能讓極度複雜的宇宙學問題廣為大眾接受。無怪乎他會受到時間旅行的吸引。

時序保護假說:物理法則會保護歷史不被時間旅人破壞

「時序保護假說」是他在一九九一年為《物理評論D》(Physical Review D)寫的文章標題。為什麼呢?他的動機解釋如下:「有假設提出,某先進文明很可能擁有能彎折時空的科技,這樣一來就會出現類時曲線,使得穿越一說能夠成立。」這假設是誰提的?當然是科幻作家的鐵桿團體。但霍金引用了加州理工學院物理學家基普.索恩(Kip Thorne)(又是另一位惠勒的門生)的說法。此人一直與他的研究生進行「蛀孔和時間機器」的研究。

Cooper則試圖在「立方體」中傳遞訊息給女兒。圖/imdb

就某方面來說,「達到一定先進程度的文明」這種說詞成為某種比喻。就像即便我們人類做不到,難道那些夠先進的文明也做不到嗎?這不僅對科幻作家很有用,物理學家也是。因此,索恩和麥克.莫里斯(Mike Morris)及烏爾維.尤爾特塞韋爾(Ulvi Yurtsever)在一九八八年於《物理評論快報》(Physical Review Letters)中寫道,「我們的起始點是去叩問物理法則究竟允不允許任一先進文明建造,並維持一個可進行星際旅行的蛀孔?」

無巧不巧,二十六年後,索恩成為二○一四年票房大片《星際效應》的執行製作與科學顧問。「你們可以想像一下,某先進文明由量子泡沫中建構出蛀孔,」他們在一九八八年的文章中寫道,而且還加了一個圖說──「蛀孔轉換時間機器的時空圖解」。他們考量的是運作中的蛀孔開口:某太空梭可能由一個開口進去,但出口卻位於過去。而他們最後的結論也很切題──這是悖論。只不過,這次死的不是祖父:

先存在者是否可於事件 p(亦即「波函數塌陷」[collapsing its wave function]至「活著」的狀態)測出薛丁格的貓為活,然後透過蛀孔、回到過去,在來到 p 點之前殺死那隻貓(亦即波函數塌陷至「死亡」的狀態)?

這個問題懸而未決。

霍金則出手干預。他分析蛀孔物理及悖論(「如果你能改變歷史,這會有各種邏輯問題。」)他試圖修改「自由意志的概念」,從中考慮有無避開悖論的可能性。但自由意志之於物理學家是顆燙手山芋。然而,霍金仍看見了一個較好的研究方式:亦即他提出的「時序保護假說」。想這麼做得進行非常大量的計算,而當計算結束,霍金這麼認為:物理法則會保護歷史不被所謂的時間旅人破壞。

證明時空旅行不存在的證據

儘管哥德爾之輩認為一定要禁止絕封閉類時曲線的出現。「感覺似乎有個『時序保護機構』的東西存在,」他以非常科幻小說的口吻說道,「這東西遏止了封閉類時曲線的出現,並為歷史學家保護了宇宙的安全。」他華麗地結束這回合──這能讓霍金在《物理評論》被鞭撻地小力一點。他有的不只理論,還有「證據」。

有一個非常強而有力的實驗證據支持這個假說。因為,目前為止我們還沒受到大舉入侵的未來旅客騷擾。

即使是哈利波特的魔法世界,同樣謹守「不可讓人遇見他自己」的法則。圖/imdb

有些物理學家知道時間旅行根本不可能,但覺得談論這些挺好玩的──霍金就是其中之一。他指出,我們每個人都在時間中旅行,一次一秒。他將黑洞說成時間機器,並提醒我們地心引力會減慢部分時間的推移。而他也常提起自己為時間旅人辦的派對──邀請函事後才寄出的。「我坐在那兒非常久,沒有人來。」

事實上,時序保護假說在史蒂芬.霍金給它起名之前就流傳許久。例如雷.布萊伯利(Ray Bradbury)。他在一九五二年寫的一個恐龍獵人時間旅行的故事中說:「時間不允許這種亂來的行為──怎麼可能讓人遇見他自己呢?只要這種危險情況快發生,時間就會出面調停,就像飛機撞上氣阱(air pocket)一樣。」

時間不允許這種亂來的行為──怎麼可能讓人遇見他自己呢?圖/geralt@pixabay

這裡要注意的是,在此,時間是有行動力的:時間不允許,時間出面調停。道格拉斯.亞當斯也提供了他的版本。「悖論只不過是某種傷疤。時間和空間會自我療癒,之後人們就只會記得一種版本──就是大家最可以理解、也最合理的那一個。」這聽起來也許有點玄妙。

科學家傾向於將功勞歸給物理法則。哥德爾認為剛硬且無悖論的宇宙其實就只是在邏輯問題上打轉。「時間旅行是可能的,但沒有人會想要回去殺死過去的自己,」一九七二年,他這麼告訴一位年輕的訪客。「先驗受到嚴重忽略,但邏輯的力量是非常強大的。」

就某種程度,時序保護假說變成基本規則的一部分,甚至成了陳腔濫調。在莉芙卡.葛茜(Rivka Galchen)二○○八年的故事《異國度》(The Region of Unlikeness)中,她可以理所當然地把舞臺上所有道具都拿來用

科幻小說家在祖父悖論上發展出一個類似的解答方案:當心懷殺意的孫輩執行這個不可能的任務之前,將無可避免地遭到阻止──壞掉的手槍、滑溜溜的香蕉皮或他們自己的良心。

 

本文摘自《我們都是時間旅人:時間機器如何推動科學進展,影響21世紀的人類生活》,時報出版,2018 年 9 月出版。

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為何傳染病可以短期內大爆發?不可不知的「傳染動力學」——《小大人的公衛素養課》

親子天下_96
・2021/10/17 ・944字 ・閱讀時間約 1 分鐘
  • 作者/陳建仁、胡妙芬
  • 繪者/Hui

不可不知的傳染動力學:感染人數呈等比級數增加

要知道怎麼對抗傳染病,首先必須了解與傳染病傳播速度密切相關的「傳染動力學」。事實上,傳染病如同謠言一般,會一傳十,十傳百的快速傳播。如果每個人只把傳染病傳給一個人,跟每個人把傳染病傳給三個人,經過十波的傳染之後,最後得病的人數會相差多少?答案是相差 59000 多倍!(差距請見下圖)

圖/親子天下

所以,如何減少感染的人數非常重要。不管是感冒了或是得到其他傳染病,趕快去看醫生、吃藥,並且在家休息不去感染別人,這樣的聰明做法不但是保護自己,也能「傳染病止於智者」,保護到其他沒有感染的人。

圖/親子天下

R0 値是什麼?

傳染病大流行期間,報導中常提到的「R0 值」就是在自然的情況下,一個人會把傳染病傳給幾個人的意思。而加入防疫行動後,數值會隨著時間改變,就稱為「Rt 值」。

比方說,一個人平均會傳給 1 個人,那麼 R0=1,代表病原體會持續存在,但不會蔓延開來。如果一個人平均傳給超過 1 個人,那麼 R0>1,代表病原體會蔓延開來成為流行病;相反的,如果一個人傳給少於 1 個人,那麼 R0<1,代表病原體將會逐漸消失。戴口罩、勤洗手、保持社交距離、生病在家隔離的目的,就是在降低傳染數。

另外,R0 會隨著病原體突變成傳染力強的變異株而上升。譬如像 2020 年新冠肺炎一開始 R0 值約為 2.5,後來突變成 Alpha 株時 R0 值約為 4、Delta 株時 R0 值約為 6。

圖/親子天下
圖/親子天下

——本文摘自《小大人的公衛素養課:流行病學×預防醫學》,2021 年 9 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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