[分享]关于时间的悖论

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9．时间机器

	M：布朗教授刚刚返回到了30年前，他正注视着他还是婴儿的自己。 布朗：假定我把这婴儿杀死，那他不会有长大起来而变成布朗教授！我会突然消失吗？
	M：现在布朗教授又跑到未来30年后。他正在他实验室外的橡树上刻他的名字。
	M：教授又回到离去的那个时间。几年以后，他决定砍掉他那颗橡树。他砍完以后，一下变得困窘起来。
	布朗：呣……三年前，我曾漫游未来的30年后，并在这颗树上刻下了我的名字。27年以后，当我到了我过去曾经到过的地方时，将会出现什么情景呢？什么树也没有了。我要把名字刻在其上的树从哪儿来呢？

大量的科学幻想故事、电影、电视都表现过到过去或未来去旅行。这方面经典的故事是威尔斯的《时间机器》。

这组画面考察的问题是：一个时间旅行问题。从逻辑上讲会不会是可能的，或者会不会导致矛盾。从上面给出的悖论明显看出，如果我们假定只有一个单—的宇宙，随着时间向前演进，任何一个想进入过去的尝试都会导致逻辑上的混乱。考虑第一个悖论，一个时间旅行者进入他自己的过去，看见自己是个婴儿。假如他杀死这个婴儿，那他就会既存在，又不存在。假如这个长大成为布朗教授的婴儿已被杀死，那么布朗教授又从何而来？

第二个悖论更加微妙。布朗教授跑到时间前面。在树上刻下了他的名字，这里面没有矛盾。矛盾是在他回到现时之后发生的，即在他回到现时之后，砍掉了那棵树，使它从未来消失了。我们就又碰到了矛盾。在未来的某个时候，树既存在，又不存在。

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10．超光速电话

	M：近些年来，物理学家推测有一种称为快子（tachyon）的基本粒子。快子跑得比光快。根据相对论，如果有快子存在，它们必然随时间逆向运动。
	M：布朗先生想，他已发明了一架快子电话机，使用快子与他的朋友伽玛博士联系，而他的朋友住在另一个星系。
	M：布朗教授正在向他的学生讲一个实验： 甲：明天中午．我要用我的快子电话机给伽玛教授打个电话。我要他挂上电话，然后数他窗外直升飞机的数目，然后回电话给我，告诉我飞机的数目。 乙（女孩）：先生，这办不到。
	甲：呵，为什么不行？小姑娘？ 乙：因为快子是逆着时间走的。伽玛博士接到你的电话将在午前1小时，他回你的电话又要往回1小时，所以，你将在你提出问题之前两小时就得到了它的答复。那是不可能的。

这段对话证明，不仅仅对人而言，无论是什么东西，当它随时间往回追溯就会产生矛盾。无论什么事物随时间回溯，同样都会引起矛盾。例如，布朗教授也许在星期一对自己说：“这个星期五，我要把我的领带放到这台时间机器里，把它送回到星期二，也就是明天。”确实，在星期二他发现他的领带在机器里。假定他接着把领带烧掉。当星期五到来，就没有领带可送回了。又是如此，星期五那天，领带似乎又存在，又不存在。当布朗教授把它送回到星期二时，它是存在的，现在又是星期五，可没有领带能送回。

很多物理学家十分严肃地坚信有快子（见《科学美国人》1970年2月号，范伯格写的“比光还快的粒子”)。根据相对论，光速是普通粒子速度的上限。然而，物理学家推测，可能存在着一种其运动速度总是比光还快得多的粒子，范伯格称之为快子。对于快子而言，光速是它的速度的下限。相对论要求，如果这种粒子存在，则它必须随时间的倒退而运动，如下面歌谣中的女郎：

年青小姐名瑰丽，

步履轻快光难及。

出门才驾相对论，

前夜早已回家里。

这组画片悖论并没有证明快子不存在，它只不过表明，如果快子存在，它们是无法用于通讯的。如果用了，就会出现画片中说明的那种逻辑矛盾。若你对这一悖论和快子研究的意义有兴趣的话，可参见《物理评论》1970年7月15日纽科姆的“快子，及电话”。

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11．并列的世界

	M：科学幻想作家想出了很多异想天开的办法来逃避时间旅行中的荒谬结果。他们想象，无论时间旅行者回溯到过去的什么时候，这个世界就马上分成等同的两半，各有不同的时—空。
	M：它是这样的。假定你回到1930年，向希特勒开枪……只要这事一发生，宇宙就分成两个并列的世界。
	M：宇宙1中希特勒还活着；宇宙2中希特勒已经死了。
	M：如果你在宇宙2中又回到现在，就会在旧报纸上看到说希特勒如何被打死。你离开的那个世界，希特勒并没有被打死，但你已根本不能返回到那个世界上去了。
	M：这种宇宙分杈理论有着很多奇异的可能性。假定你回到1年前，和你自己握手： 弗1：你好，弗姆斯特。 弗2：很高兴碰到你，弗姆斯特。
	M：后来，你们当中一个不管是谁又跳进时间机器中，回头碰到你们二位。这时就有三个弗姆斯特。这样重复，数以百计的弗姆斯特都可以创造出来。

有一个奇妙的方法使人可以回到过去而不可能出现逻辑上的矛盾，科学幻想作家首先想出了这个方法，科学幻想故事的成功也正在于此。窍门是无论什么人或事物一进入过去，世界就分成并行的两个，如果是这样，就不会有布朗教授又存在又不存在这一矛盾，也不会有橡树既有又没有矛盾。如果有两个并列的世界，布朗教授（或橡树）则只在一个世界中，而在另一个世界里却没有他。

虽说这种分杈世界的概念令人难以置信，但却确实存在以此为基础的量子力学解释。它称为“多世界”理论，有整整一本书介绍它：《量子力学的多世界解释》。根据这个首先由埃弗雷特在1957年鼓吹的狂妄的理论，宇宙在每一微秒都会分裂为无数并列的世界，每一个都是在那分裂瞬间可能发生的许许多多微观事件的一种可能的组合。这会导致具有无限多个宇宙这样一种难以置信的情景，在这里，这些宇宙代表了由所有可能事件构成的各种不同的可能组合。

正如弗里德里克·布朗在他的科学幻想小说：“好一个疯狂的宇宙”中描写的景象：

“如果有无限多个宇宙，就必然有一切可能的组合。那么，每一件事都必然会是真的……就会有一个宇宙，真有哈德勒堡的芬恩其人，他做着马克·吐温描写他要做的那些事。事实上，有无限多宇宙，哈德勒堡的芬恩在其中每一个都在写马克·吐温描写他要他的事的各种可能的变异。……无限多宇宙，其中每一个的状况都是我们无法用言语来描述，也无法用思想来想像的。”

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12．时间的延迟

	M：向着过去旅行产生了如此荒唐的谬论，所以没有一个科学家认真看待它。但是向着未来旅行就是另一回事了。假定一个宇宙飞船在1980年出发，以接近光速飞行。
	M：飞船飞得越快，它的时间就过得越慢。在飞船中的宇宙航行员看来，时间还如往常一样。但是在我们看来，他们就仿佛雕塑像一般。
	M：飞船飞到另一个星系，又返回来。对飞船中的宇航员来说，这趟旅行只经历了5年。可是，在飞船回到地球登陆时，地球已过了几千年。
	M：这种时间旅行是无法导致谬论的，宇航员却自然地进入了地球的未来。他们再也回不来了。

只有回到过去的时间旅行才会引起矛盾。只要一个人或一件事物飞向未来，而不再回来，就不会有谬论。当你夜间睡觉时，在某种意义上讲，你就是走向未来。一个人可以被置于休眠状态，一千年以后再使他苏醒。很多科学幻想小说就是以这类“时间旅行”为基调的，较著名的有威尔斯的《当熟睡者醒来时》。

爱因斯坦的相对论给出了一种完全不同的方法到未来去旅行。按照狭义相对论，一个物体相对于静止的观察者而言，它运动越快，它的时间就过得越慢。比如，有一个宇宙飞船以接近光速在飞行，那么飞船上的时间就要此地球上慢得多。在飞船止，宇航员丝毫不会感到有任何异常。他的时钟看来在正常地走着，他的心脏会以正常的速率跳动。可是，如果地球上的观察者有什么办法能看到它们的话．他们看上去将运动得如此缓慢，就好像待在那里不动一样。

令v是宇宙飞船的速度，c是光速，二者采用同样的单位。令T是宇航员在飞船上测量的时间间隔，T’是地球上的观察者测得飞船上同一事件的时间间隔。两个时间间隔之间的关系由下式给出：

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学生们大概乐意给飞船以各种不同的速度，比如说_{MSITStore:C:\DOCUME~1\CFY\LOCALS~1\Temp\Rar$DI00.780\数学悖论奇景.chm::/0086.files/image006.gif">}C，_{MSITStore:C:\DOCUME~1\CFY\LOCALS~1\Temp\Rar$DI00.780\数学悖论奇景.chm::/0086.files/image007.gif">}C等等。然后算，在飞船上飞行一年相当于地球上过多少年。这样一个班级讨论将使学生们知道一些“时间延迟”的性质——相对论中著名的罗伦兹变换公式之一。这也是训练计算的好练习。

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13．命运、机会和自由意志

	M：尽管物理学家对时间了解得越来越多，它的实质仍然是神秘莫测的。最大的一个问题就是，未来是否可以完全断定。
	甲：我是个决定论者……啊，啦啦啦啦……。无论什么要发生，它将会发生。生活就像电影，我们就是银幕上的人物。我们以为我们拥有自由意志。事实上，我们只不过是表演着早已预定好的情节。
	乙：我是个非决定论者（自由意志论者）。未来仅仅是部分决定的。我们可以用我们的意志改变事物。历史实在是惊人的。
	M：某些科学家强烈地信仰决定论。另一些则同样强烈地信仰非决定论。你相信什么？这是一个深刻的哲学问题，是科学无能回答的问题。

科学家、哲学家和普通人在未来是否由过去完全决定这一问题上，明显地分为不同部分。决定论者相信，在任一给定时刻，宇宙的总状态完全决定着宇宙在任何未来时刻的总状态。这是爱因斯坦本人的信念。推崇决定论的哲学家中，最伟大的是斯宾诺莎，爱因斯坦称自己为斯宾诺莎主义者。这也是爱因斯坦终于未能接受量子理论的原因之一，因为在量子理论中，机会在微观现象中在决定事态发展上起着决定性作用。“我不相信上帝会拿宇宙来玩骰子”，爱因斯坦曾经这样解释。

一个非决定论者相信，宇宙的未来只是部分地由它现在的状态决定的。他不一定相信自由意志。他所相信的也许只不过是在微观现象中，机会的作用就是使未来不能完全被断定。此外，他还可能相信，生命体，尤其是人类，拥有“自由意志”，这使得他们有能力以一定方式大大改变未来，可这种方式即便对于那些超人也是无法预言的，尽管这些超人在认识当今宇宙中想知道什么就知道什么。查尔斯·皮尔斯和威廉·詹姆斯是拥护非决定论的两个著名美国哲学家。

这些深奥的哲学问题与时间的性质有着密切关系，在我们说一件事“引起”另一件事时，我们的意思中也涉及到这些问题。没有人怀疑，数学可以下述方式应用于我们对宇宙的测量：即很多事件可以以很高的精度预言出来，比如，下一次日蚀的时间。同时，也没有人否认，其他一些事件，例如，下一次死亡落在谁头上，下一周天气怎样等是不能准确地预言的，因为导致它们发生的因素过分复杂了。

重要的问题是，宇宙的基本定律是否是完全决定论性的，或者真正新奇的事物是否是由微观方面的纯粹机会产生出来的，抑或是由宏观方面的生命体的自由意志产生出来的，或者既是由纯粹机会也是由生命的自由意志产生出来的。这些问题自古以来就在古希腊人中，科学家、哲学家以及其他各种人中一直在争辩着。学生们可以对这个问题所持观点进行一次无记名投票，这将使这场讨论增色不少。

fly_eager

物理是已知和未知的自然世界的探索，究其一生也只能探知其的一斑！

哲学告诉我们：真理与廖论只是隔了一层薄纸！今天是真理，明天是廖论。

mathcad7

也许会,但不会以简单的方式.

wuzhibin

太长了,没有心思看

vivianc

时间不能倒流

chenyuqiang

还没看 先顶一下