時間旅行（七）總結－過去、現在、未來

本文與 研華科技 合作，泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言，總能牽動整個 AI 產業的神經。然而，我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線，那如果哪天「網路斷了」，會發生什麼事？

想像你正在自駕車打個盹，系統突然警示：「網路連線中斷」，車輛開始偏離路線，而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭，開始暴走跳舞，甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎？當然不是！也因為如此，「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端，AI 就能在現場即時反應，不只更安全、低延遲，還能讓數據當場變現，不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ？

邊緣 AI，乍聽之下，好像是「孤單站在角落的人工智慧」，但事實上，它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前，像是企業、醫院、學校內部的伺服器，個人電腦，甚至手機等裝置，都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算，稱為邊緣運算；而在邊緣節點上運行 AI ，就被稱為邊緣 AI。簡單來說，就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力，「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

那麼，為什麼需要這樣做？資料放在雲端，集中管理不是更方便嗎？對，就是不好。

第一個不好是物理限制：「延遲」。
即使光速已經非常快，數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房，再把分析結果傳回來，中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回，就算只是幾十毫秒的延遲，對於需要「即刻反應」的 AI 應用，比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時，每一毫秒都攸關安全與精度，這點延遲都是無法接受的！這是物理距離與網路架構先天上的限制，無法繞過去。

第二個挑戰，是資訊科學跟工程上的考量：「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送，湧入的資料數據量就像超級大的水流，一下子就把水管塞爆！要避免流量爆炸，你就要一直擴充水管，也就是擴增頻寬，然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理，把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端，是不是就能減輕頻寬負擔，也能節省大量費用呢？

第三個挑戰：系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時，一旦網路不穩、甚至斷線，那怎麼辦？很多關鍵應用，像是公共安全監控或是重要設備的預警系統，可不能這樣「看天吃飯」啊！邊緣處理讓系統更獨立，就算暫時斷線，本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應，這在工程上是非常重要的考量。

所以你看，邊緣運算不是科學家們沒事找事做，它是順應數據特性和實際應用需求，一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇，是我們想要抓住即時數據價值，非走不可的一條路！

邊緣 AI 的實戰魅力：從工廠到倉儲，再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了，接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢？它強就強在能夠做到「深度感知（Deep Perception）」！

所謂深度感知，並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減，而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型，從原始數據裡面，去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

以研華科技為例，旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例，利用物件偵測模型，快速將工業產品中的瑕疵挑出來，而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測，因此品管上能達到一致性，減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中，檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品，替工廠節省大量人力，同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

此外，在智慧倉儲場域，研華與威剛合作，研華與威剛聯手合作，在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台，打造倉儲系統的 AMR（Autonomous Mobile Robot） 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣，AMR 不需要事先規劃好路線，靠著感測器偵測，就能輕鬆避開障礙物，識別路線，並且將貨物載到指定地點存放。

當然，還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning )，除了可以做備忘錄跟排程規劃以外，還能將實務上碰到的問題記錄下來，等到之後碰到類似的問題時，就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問，那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了？其實，對許多企業來說，內部資料往往具有高度機密性與商業價值，有些場域甚至連手機都禁止員工帶入，自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安，又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言，自行部署大型語言模型（self-hosted LLM）才是理想選擇。而這樣的應用，並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器，體積僅如後背包大小，卻能輕鬆支援語言模型的運作，實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現：要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型，會不會太吃資源？這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一：如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」，又不減智慧。接下來，我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

語言模型瘦身術之一：量化（Quantization）—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限，大模型卻越來越龐大，「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像：有些畫面細節我們肉眼根本看不出來，刪掉也不影響整體感覺，卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此，只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示，什麼是浮點數？其實就是你我都熟知的小數。舉例來說，圓周率是個無窮不循環小數，唸下去就會是3.141592653…但實際運算時，我們常常用 3.14 或甚至直接用 3，也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思！ 

然而，量化並不是那麼容易的事情。而且實際上，降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時，工程師會精密調整，確保效能在可接受範圍內，達成「瘦身不減智」的目標。

模型剪枝（Model Pruning）—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型，其實就是在搭建一整套類神經網路系統，並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而，在這麼多參數中，總會有一些參數明明佔了一個位置，卻對整體模型沒有貢獻。既然如此，不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候，總會雜草叢生，但這些雜草並不是我們想要的作物，這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在，而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術，就稱為 AI 模型的模型剪枝（Model Pruning）。

模型剪枝的效果，大概能把100變成70這樣的程度，說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助，但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型，僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手，採取更治本的方法：一開始就打造一個很小的模型，並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」，是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾（Knowledge Distillation）—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下，一位經驗豐富、見多識廣的老師傅，就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在，他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案，老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」，例如「為什麼我會這樣想？」、「其他選項的可能性有多少？」。這樣一來，小小的學徒模型，用它有限的「腦容量」，也能學到老師傅的「智慧精髓」，表現就能大幅提升！這是一種很高級的訓練技巧，跟遷移學習有關。

舉個例子，當大型語言模型在收到「晚餐：鳳梨」這組輸入時，它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯：50%，蝦球：30%，披薩：15%，汁：5%」。在知識蒸餾的過程中，它可以把這套機率表一起教給小語言模型，讓小語言模型不必透過自己訓練，也能輕鬆得到這個推理過程。如今，許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成，讓我們得以在資源有限的邊緣設備上，也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是！即使模型經過了這些科學方法的優化，變得比較「苗條」了，要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料，並且高速、即時、穩定地運作，仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說，要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型，真正放到邊緣的現場去發揮作用，就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

邊緣 AI 的強心臟：SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器，就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色！那麼，它到底厲害在哪？

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要？因為 GPU 的設計，天生就擅長做「平行計算」，這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的！

你想想看，那麼多數據要同時處理，就像要請一大堆人同時算數學一樣，GPU 就是那個最有效率的工具人！而且，有多張 GPU，代表可以同時跑更多不同的 AI 任務，或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果，在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎！

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房，有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計，體積相對緊湊，散熱空間也比較好（這對高功耗的 GPU 很重要！），部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算，進行「工程化」，讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格，背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場，系統穩定壓倒一切！你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧？這些設計確保了部署在現場的 AI 系統，能夠長時間、穩定地運作，把實驗室裡的科學成果，可靠地轉化成實際的應用價值。

台灣製造 × 在地智慧：打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能，能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署，及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析，還是其他 AI 相關的服務，都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務，讓企業在啟動 AI 專案前，大幅降低前期投入門檻，靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構，從精密製造、城市交通管理，到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全，都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是，這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示，這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果，往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI，不只是一項技術創新，更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場，就能被有效的「理解」與「利用」，是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石！

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時空旅人存在嗎？霍金的未來派對

回到過去不只是科幻迷的夢想，每個人或多或少，都有一兩件想要改變或挽回的事。可惜的是，我們在空間中可以自由移動，甚至走到馬路對面再走回來，回到起點。（當然，也有人走個斑馬線就到了異世界）然而在時間軸上，我們卻不斷地向前進，不能倒頭。這是為什麼呢？

物理大師史蒂芬．霍金，對時間的研究可說是不遺餘力，他也透過著名的《時間簡史》、《大設計》等著作，向我們闡述宇宙與時空的奧妙。霍金是位時空旅行的夢想家，為了驗證世界上是否真的有時空旅人，他甚至曾經做了一個有趣的實驗。

2009 年 6 月 28 日中午 12 點，霍金認真地在劍橋大學舉辦一場盛大派對，桌上擺了美食與香檳，一旁的柱子上還綁了三色氣球。霍金仔細地準備好公開邀請函，上面寫著「誠摯地邀請您參加時空旅行者派對」，附上時間、地點甚至是準確的經緯度，希望時空旅人沒有迷路的藉口。

邀請函對外公開時間是派對結束「之後」，他確保這個訊息可以流傳數百年，並希望有時空旅人能看到邀請函，回到過去參加這個派對。可惜的是，無人響應、無人到場。霍金認為這證明了他的推論——時間旅人不存在。當然，如果當時有時空旅人跳出來打臉他，他也會感到非常開心。還是你認為，這只是因為時空管理局下明令，禁止未來人透露各種訊息給過去的人類，對於結果其實不需要感到意外呢？

為何我們不能讓時間倒轉？霍金的三支箭矢

在研究時空旅行之前，我們先來了解，為什麼我們總無法倒轉時間。

對於時間的流向，霍金提出了「三支箭矢」的構想，這不是安倍晉三的經濟學箭矢，而是時間箭矢。這三支時間箭矢，分別為心理學箭矢、熱力學箭矢、和宇宙箭矢。

心理學箭矢，就是我們生物感受到時間的流向。熱力學箭矢，則是熱力學中「熵」越來越大的方向，也是世上一切現象運行的方向。

所謂「熵」，是我們用來評估一個狀態的混亂程度的物理量。熵越大越混亂；例如，髒亂房間的熵比整齊的房間還大、摔成碎片的杯子熵比完整的時候還要大。根據熱力學第二定律，世間一切現象都會朝著熵變大的方向發展：杯子一定會摔碎、裡面的水一定會灑滿一地。但是，我不是可以把髒亂的房間整理整齊嗎？沒錯，但熱力學告訴你，在你整理房間的時候，你可能為世界增加了 20 點的秩序量，但你身體因為運動放出的熱能，可能會為整個宇宙增加 100 點的混亂量，整體的熵還是增加的。

至於最後一根箭，宇宙箭矢，則是宇宙膨脹的方向。宇宙在膨脹過程中，粒子會越加分散，熵也會持續增加，因此宇宙箭矢會與熱力學箭矢同方向。

回到體感時間，既然熱力學箭矢代表世界運行的方向，如果熱力學箭矢與心理學箭矢的方向相同，那我們就會看到杯子掉到地上摔破、水灑出來。但如果反過來，熱力學箭矢跟心理學箭矢反向飛行，那我們就能看到天能中的逆熵，我們會看到杯子從碎片修復、回到桌上，水也跟著回到杯子之中。

既然如此，那我們要怎麼讓這兩支箭矢反向飛行呢？遺憾的是，因為我們的這具肉身限制，要感受環境、需要外界訊號刺激，並且轉為神經訊號到大腦；要思考，神經細胞必須透過呼吸作用，取得能量來持續運作。我們的一舉一動，建立在生物與化學反應上，也因此必須遵守熱力學第二定律。如果不遵守，我們甚至無法獲得能量，生命根本無法維持。這種現象也被稱為「弱人擇原理」。

為何心理學箭矢和熱力學箭矢必須同向？因為不同向，我們就無法存在，也就無法思考這個問題。

超光速可以連接過去？

在 DC 宇宙的影視作品中，能穿越時間的閃電俠肯定是經典代表。在 DC 宇宙，透過神速力的加持，閃電俠可以突破光速，回到過去。這會發生什麼事情呢？

根據相對論，在速度接近光速時，時間會變為相對，對於不同速度的觀察者來說，也會產生歧異。舉例來說，如果閃電俠在路上與粉絲打招呼，卻被蝙蝠俠催著去開會。無奈的他，只好與粉絲說掰掰，接著以超光速前往蝙蝠俠基地，準時趕上會議。如果粉絲這時候用望遠鏡看著這一切，他們會看到，閃電俠先跟自己說了掰掰，接著才趕上遠處的會議，而且以距離計算，閃電俠肯定超越了光速。

然而神奇的事來了，如果此時蝙蝠俠等得不耐煩，突然想回高譚市與小丑敘敘舊，他拿出了從沒有任何人知道的特製蝙蝠車，一台可以以接近光速移動的蝙蝠車，從基地離開。就在這個時候，從他的角度觀察閃電俠，他會發現，閃電俠先到達了會議室，接著才發生遠處閃電俠與粉絲說掰掰的場面。蝙蝠俠和粉絲們看到的情景大不相同，不同觀察者的時間產生歧異了。

甚至對於獲得高速移動能力的蝙蝠俠來說，如果他的蝙蝠車也能以超光速移動而且速度夠快，他甚至能在閃電俠到達會議室前，就先跑去正在與粉絲說掰掰的閃電俠旁邊，告訴他開會的會議結論，你不用再跑一趟了。

看來透過超光速回到過去，還真的是有可能的。但別忘了相對論施加的限制，要將物體越加速到接近光速，所需要的能量就越大。如果要將有質量的物體加速到等於光速，就需要無限大的能量。或許閃電俠的神速力確實能辦到，當然這也就代表，閃電俠或許是DC宇宙中無敵的存在了。

顯然，沒有神速力，也不是超級英雄的我們，把自身加速到超光速來時間旅行，顯然不是一個好選項。但如果我們能扭曲時空、建立捷徑，達成超光速呢？

就算兩地相隔數公里，如果我們能將時空對折，並在中間打一個洞，創造出一個任意門，只要跨過一步就能跨越原本要走上半天的路程，不就超光速了嗎？事實上，不能超光速移動的我們，跨越時空的「蟲洞」，很有可能就是我們最後的選項。

蟲洞有辦法被製造嗎？

蟲洞的概念不只是存在於科幻小說的情節，1935 年，愛因斯坦與羅森發表一篇論文，指出根據廣義相對論的計算，在某些條件下，宇宙中可能出現連接不同時空區域的「蛀孔」，稱為愛因斯坦——羅森橋，也就是我們說的「蟲洞」。

正常來說，宇宙中的能量或有質量的物質，會在宇宙中產生如同球面的正時空曲率，產生引力。如果想要產生負時空曲率，將時空向內凹陷，創造出蟲洞，我們就需要創造出負能量或具有負質量的物質。

那麼要怎麼做出負能量或負質量的物質呢？

接下來我們進入到腦洞大開的環節：還記得我們在量子系列第五集，介紹薛丁格的貓時提到的不確定性原理嗎？根據這個理論我們可以預測，就算在空無一物的「真空」中，其實非常熱鬧。在真空中，會不斷出現正粒子與反粒子組成的虛粒子對，他們一起出現，又重新碰撞、互相湮滅，這個過程被稱為量子漲落。雖然兩種粒子會互相湮滅，但不論正、反粒子都是擁有正能量與正質量，在量子漲落的過程中，為了維持整體的能量穩定，某些地方出現正能量密度，某些地方就會出現負能量密度。以此架構延伸，我們便能在真空中設計兩塊金屬板，能透過卡西米爾效應，在兩塊金屬板中，創造出負能量的區域。而這個卡西米爾效應，也在 1996 年在實驗中被實際觀測到。

透過蟲洞時間旅行有可能嗎？

那麼通過蟲洞時間旅行是可能的嗎？根據後來的計算，愛因斯坦——羅森橋，也就是蟲洞的存在時間非常短，會在太空船通過之前，就塌縮成奇異點。而蟲洞的通道大小，也不足以讓任何粒子大小的物體穿過。

但霍金沒有將可能性說死，或許將來，會有技術可以撐開並維持蟲洞的存在，足以讓人類穿梭而行。或許時空旅行，將成為現實。除此之外，超弦理論也有一些說法證實蟲洞可能存在，但目前弦理論都還僅止在數學計算，還未能應用在實際現象中。

但你說，霍金不是已經透過時間旅人派對證實，沒有時空旅人了嗎？霍金解釋，根據時間悖論問題，我們看不到時空旅人，是非常正常的。至於為何無法修改過去，產生時間悖論，有可能是當過去已被「測量」，那宇宙就不能再被更改，又或是真的有某種有形或無形的時空管理局，在維持這個世界的安全呢？

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• 卜宏毅（加拿大圓周理論物理研究所博士後研究員）

迷人的時間旅行

我們都是時間旅人？我們已經可以時間旅行了？！我們都對哆啦 A 夢的時光機不陌生，但時間旅行與時間機器的這個想法，原來是在上個世紀英國作家威爾斯（H. G. Wells）的科幻作品中才首次露面。「時間旅行」確實是個引人入勝的概念，光是提到這個名字，每個人心中或許都浮現出自己的故事與畫面，卻又難以道盡：也許是因為我們總不免懷念過去，也許是後悔某些決定，又也許是對充滿未知變數的未來好奇。或多或少，我們也都想像過如果能時間旅行會是什麼樣的場景。

當然無數的小說與電影，例如：《風雲人物》（It’s a wonderful life, 1946）、《回到未來》（Back to the future, 1985/1989/1990）、《接觸未來》（Contact, 1997）、《救世主》（The one, 2001）、《蝴蝶效應》（The Butterfly Effect, 2004）、《真愛每一天》（About Time, 2013）、《超時空攔截》（Predestination, 2014）、《星際效應》（Interstellar, 2014），都曾在時間旅行的主題上譜出動人的故事，有些故事甚至能使我們更反思當下生活的點滴。這就是時間與時間旅行的魅力，但同時，我們卻常忘記自己其實是會隨著時間流逝而變化、衰老，不由自主地在時間中旅行──屬於我們自己的時間旅行。

作者葛雷易克用他個人的品味與廣泛探究，綜合歷史、哲學、文學、科學、文化等不同面向來探討時間旅行這個主題。從第一章開始，作者以時間旅行的始祖開頭，接著娓娓道來和時間相關的想法和概念，包括第四維度、未來學、未來主義（第二章）悖論、黑洞、蛀孔、相對論、同時的相對性、光（第三章）、記憶（第四章）、自由意志、宿命論、決定論（第五章）、熱力學、時間箭頭、熵（第六章）、時間之河、量子力學、量子電動力學、薛丁格的貓、多重世界（第七章）、佛教、永恆、幻象（第八章）、時間膠囊（第九章）、蝴蝶效應、多重宇宙（第十章）、因果論、封閉類時曲線、時序保護猜想（第十一章）、量子引力（第十二章）、非自主記憶、精神時間旅行（第十三章），到最後一章（第十四章）作者提到時間是個殺手，時間旅行是躲避死亡的一種手段，並給出活在當下的忠告。

書中隨意的輕重分配比較像是作者在飽覽時間與時間旅行的相關作品和研究後，思緒與心得恣意奔馳的作品──有時是概念的匆匆一瞥以及在不同章節的跳躍出現，有時是突然大量描述引用小說的劇情；作者這樣的安排或許增加了讀者對書中提到的各個領域理解的困難度，但也確實激發讀者對某些從未耳聞的主題或作品有一探究竟的動機。本書像是一次出航，讓不同背景的讀者在不同的章節中找到共鳴而流連（讀者可以看看是否你對時間旅行的聯想也被納入書中，而作者又是用什麼樣的角度去描述）。本書又或是更像一張地圖或是一袋種子，讓讀者的思緒或好奇心在某個午後發芽。

時間與空間的觀念革新

在開始閱讀本書之前，或許以下額外的物理資訊會對你有所幫助：

時間和空間，像是兩個擁有截然不同特性的東西。在日常生活中，我們可以在空間中相對自在地移動，但在時間中我們只能往前。在十七世紀牛頓的時代，人們認為存在著絕對的時間與空間：它們提供了萬事萬物存在互動的舞台。想像一下，在這樣的絕對時間與空間中，有位在地面上的觀察者 A，和相對於 A 在等速運動的火車裡的另一位觀察者 B。如果觀察者 B 丟出一個球，那麼觀察者 A 將會看到這顆球的速度是火車相對於 A 運動的速度加上 B（相對於火車不動）丟球的速度。

然而，到了十九世紀，人們漸漸注意到時間和空間並非獨立運作，他們以一種巧妙的方式一起合作，讓即使是相對運動速度接近光速的兩位觀察者（例如在地面上的觀察者 A，和相對於 A 在一個接近光速且等速運動的火箭裡的另一位觀察者 B），居然量測到的光速都是一樣的！如果你還記得描述速度概念時我們同時運用到了時間與空間的概念（例如：火車的速度是每小時一百公里），意味著時間和空間的建構在不同的座標系統（即是兩位觀察者各自存在的座標系統）並不一樣，使得觀察者 A 與 B 能測量到同樣的光速！甚至對觀察者 A 來說，兩個「同時」發生的事件對觀察者 B 來說並非同時（相對論就是指這樣「相對」的概念）。

一九○五年愛因斯坦提出的狹義相對論即是描述與規範了時間和空間（還有質量）的相對性。因為時間和空間的共同合作，時間和空間也一併稱為時空（spacetime）：三維空間加一維時間（而不是指把時間當成空間的四維空間描述）。這就是書中隨處可見的第四維度，第一章提到的時空就像是個「塊體」（block）的結構，以及在第四章中特別提到的光和時空的背景故事。

理解時空的故事還在繼續。狹義相對論雖然有了時空的概念，但在狹義相對論中所討論的時空，是個處處均勻的「平坦」時空。人們接著發現時空可以彎曲，而且物體在彎曲時空中的表現，就等同於重力對物體的影響。同時，物體本身的存在也造成了時空的彎曲。

一九一五年愛因斯坦提出的廣義相對論即是描述上述的時空彎曲與能量（與質量）的關係。而黑洞（在廣義相對論中被理解成一種時空結構）附近的奇怪性質是最經典的一個例子：黑洞的內部被定義成是光都無法往外逃出的區域，而在黑洞外部，空間在黑洞附近會沿著半徑方向被拉長，而越靠近黑洞時間流逝得越快，而且光線還會被彎曲（黑洞內部的時空結構則又更奇怪了）。因此，的確可能利用時間流逝速率的差別來做時間旅行。如果太空船有機會靠近黑洞，待一陣子再離開的話，太空船裡的人經歷的時間會比沒有靠近黑洞的人要慢許多，就等於是到達了那些沒有靠近黑洞的人的未來（電影《星際效應》裡也有這樣的劇情）。書中的第三章與第十一章簡短提到了這樣的想法。

在提出廣義相對論之後約一百年的今天，我們開車導航所仰賴的全球定位系統（Global Positioning System，其原理是接收在高空至少四個人造衛星送出的訊號，再根據時間差來計算在地表上的位置），就必須要考慮在地表的時間流逝比在人造衛星所在高空的時間流逝要慢的相對論效應（就像是在黑洞附近一樣，只是效應要小許多：GPS 需要考慮到 10^-9 秒的時間修正），才能做到精準的定位，這些在書中的第二章也曾提到過。

時間旅行有可能嗎？

探索廣義相對論所允許與預測的時空結構讓人意外連連。時空不但可以彎曲，還可以旋轉、誕生，甚至有些時空能允許觀察者在不超過光速的情況下，在時空中不停「旅行」，最後卻能回到當初出發的時空點（這樣的奇怪宇宙由第十一章提到的哥德爾［Kurt Godel］所發現）。這樣的時空旅行在時空中呈現一個閉合的曲線，也就是在十一章提到的封閉類時曲線（closed timelike curve；這裡的「類時」［timelike］指的是旅行過程中從時空的每一點到下一點都在光速的限制內）。在這理論下允許的時空雖然吸引人，但我們的宇宙似乎沒有這樣的特性。

另外，根據廣義相對論，時空也可能允許形成一種蛀孔（wormhole）的結構（在第三章與第十一章提到），在時空中的兩個地方建立捷徑。讀者不妨把時空想成蘋果表面，而蛀孔就像是在蘋果上蛀的一個洞。蛀孔的時空結構並不穩定，無法穩定存在到真的有生物可以穿越過去。因此我們特別稱呼可以穿越過去的蛀孔稱為可穿越蛀孔。想像某個先進文明可以自由控制著蛀孔兩端的入口，將一端放在黑洞附近，另外一端放在遠處，根據洞口兩端的時間流逝的不同（之前提過的相對論效應），經過一段時間後，就可以建立起一個洞口兩端連接起穿越過去與未來的時間機器。

然而，假如時間機器與時間旅行真的能實現，那又會如何？雖然到達未來的時間旅行在因果關係上比較沒有問題，但如果是回到過去，就會出現一些讓人頭疼的問題。當歷史已經確定，我們有可能回到過去改變歷史嗎？第三章與第十一章提到的祖父悖論，就是時間旅行中經典的問題：如果回到過去殺害自己的祖父（甚至是殺害自己），你還會存在嗎？

的確有些物理學家認真探討過這種問題，大致上有兩種觀點：第一種是無論你怎麼嘗試，絕對無法成功，甚至你回到過去的所作所為就是造成你出發前的歷史。在這種情況下，歷史只有一個，而且因果律被保存下來。這就是時序保護猜想（第十一章）。雖然這樣解決了時間旅行中因果矛盾的問題，但又衍生出另一個問題：如果回到過去的我們沒有辦法做出或完成某些決定，那麼自由意志在哪裡（第五章）？另一種觀點，是你真的有可能成功殺害過去的自己。這種情況下，自由意志被保存下來，卻又產生了因果矛盾。其中一個解套的方法，就是允許有另一個歷史，但是不同的歷史卻各自存在於不同的世界中。這樣的想法源自於下面要提到的量子力學所提供的另一種觀點。

科學家仍然在奮鬥的難題：時空結構可能更複雜

時間再拉回十九世紀，當相對論為時間與空間帶來新的生命時，人們對分子尺度以下的微觀世界的認識也從發現光量子（光的能量不是連續的，而是一個個可以分開數的「光子」；這樣非連續的本質稱為「量子」）誕生的量子力學而徹底改變。量子力學描述的微觀世界是個充滿魔法的世界：系統的狀態只能允許呈現不連續的物理特性，粒子可以穿牆，也能呈現波的性質，而且對粒子的位置測量的越精確，就越不能確定其運動狀態。

在量子的世界中，粒子性質在被測量前呈現隨時間演化的機率分布，直到測量時粒子性質才被確定下來。人們雖然找到描述量子世界中機率隨時間演化的數學描述，卻對這些描述產生不同的理解與詮釋（儘管這些理解不影響數學公式的運作以及對實驗的預測）。其中一種觀點是沒有被觀測到的結果，其實在另一個世界中被觀測到，而那個世界和我們這個世界彼此各自獨立。這就是在第七章和第十二章提到的多世界詮釋（many-worlds interpretation）。

在相對論與量子力學在各自的領域獲得空前成功的同時，狹義相對論與量子力學結合成了一個新的分支，稱為量子場論。量子場論中最先被推導出來的部分是（第六章提到的）描述電磁作用的量子電動力學。量子場論適當地描述了基本粒子與它們之間交互作用，唯獨重力還未能包含在這個大架構之下。時至今日，物理學家還在努力朝這個方向前進，希望由一個更廣泛的理論來概括廣義相對論和量子力學。這個企圖將重力量子化的理論稱做量子引力。合併量子力學和廣義相對論是一個艱難的工作，甚至物理學家們對考慮量子力學後的黑洞表面（廣義相對論中最經典的時空結構之一）的本質，至今過了四十多年還是各有看法，懸而未解。

無論如何，量子引力將能回答諸如「時空在極小的尺度下是否是不連續？怎麼不連續？」的艱難問題，並帶給我們對時空更加深刻的理解。在發展量子引力理論的過程中，對於時間空間的維度有了新的猜測，時空也許不只是相對論中所考慮的四維，而有更多的維度（十維甚至更多！）。這些可能存在的高維度世界也許共存著我們宇宙之外的平行宇宙（parallel universe），在某些狀況下這些平行宇宙也可能互相影響。這些概念與十二章提到平行宇宙的分類其中幾種相關聯（前面提到的多世界詮釋也是平行宇宙的分類之一）。這些「隱藏」的維度是否真的存在或者只是數學上的概念，是物理學界的大哉問。無論如何，在葛雷易克的穿針引線下，讀者將會在一路上隱隱約約看見這些風景。

熱力學定律能指出時間的方向

最後，我們再來認識一個和時間有關的物理領域：熱力學。熱力學是探討溫度（能量的一種形式）、系統與環境的能量轉移的一門科學，從八○年代開始，為了增加蒸汽機效能的了解而發展。在熱力學中有些過程一旦發生是無法回到之前狀態的（例如將一杯水倒入大海中），稱為不可逆過程。了解不可逆過程的一種看法是觀察系統的微觀狀態的統計性質──在各種可能的微觀系統組合中，系統的狀態會趨於最可能出現的狀態。不同的系統狀態根據不同微觀系統組合的可能程度，擁有不同的「熵」值。

熱力學中的其中一個定律就是，系統的熵值只會保持不變或是變得越大。後者的陳述描述了不可逆過程，也讓時間有了一個能分辨的方向。就像第六章裡提到的，這讓時光旅行的討論變得更加複雜。

「時間」，我們對它為何那麼熟悉又陌生的可能原因之一是，它有太多的名字：很久很久以前、小時候、當初年輕時、長大後、下一世代、未來……。另一個原因是它也有太多的身分：時間是金錢、是沉澱、是養分、是變化、是河、是箭頭，也是通往永恆的起點（也或許是終點）。書中的最後一章，是我最有共鳴的章節。面對永遠，也許在我們的時間旅行中，都有過這樣的時刻：

Millions long for immortality who don’t know what to do with themselves on a rainy Sunday afternoon.（人們渴望永生，卻又不知道在下雨的周日午後要做什麼。）

──英國小說家蘇珊‧艾耳茲（Susan Ertz）

你最喜歡書中的哪個章節？如果你可以時間旅行，你想要做什麼呢？