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疼!愛麗絲穿過鏡子卻撞到了牆壁!

鏡中世界、星門傳送、時間回溯、衣櫥後面的王國……多年來,無數科幻作品對穿越的美好描述容易讓人徹底忽略一個重要的技術性問題——這種虛構的鏡中世界到底是否存在?我們又如何可能穿越到這樣的世界中去呢?


科幻作家LostAbaddon提醒我們,在現實世界裡,上帝是個特別刻板的面試官,當時空穿越的理論候選人排隊待檢的時候,ta好像不太高興。所以,過度沉迷穿越幻想是一項十分危險的舉動,搞不好就會導致臆想、自閉等癥狀,對此我們概不負責。


噌一下,走你!

作者 | LostAbaddon


當哈利站在醫院的鏡子前,從那個霧氣茫茫的世界進入到血色腥重的世界時[1],你有沒有想過自己可能也在某天晚上刷牙後一邊擦臉一邊看著鏡中自己時周圍的牆壁色調一變?


[1] 遊戲《寂靜嶺》中的場景。


當皮特與奧利威亞不斷在兩個世界穿梭並拯救兩個世界的時候[2],你有沒有想過自己可能就在不經意之間穿越到了一個與你所熟悉的世界很像但又有所不同的另一個世界了呢?

[2] 美劇《危機邊緣(Fringe)》中的劇情


當愛麗絲跳進兔子洞,走進鏡子[3],你有沒有想過你的生命中也會遇到殘暴的紅心皇后或者神秘消失只留下笑容的柴郡貓?


[3] 童話《愛麗絲夢遊仙境》與《愛麗絲鏡中世界奇遇記》的內容。

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《愛麗絲夢遊仙境》電影片段


人們都希望能有另外一個全然不同的世界,在那個世界中自己會是故事的主角,就如夢中的大雄[4]或者真嗣[5]那樣,哪怕自己再弱小,也能得到整個世界的幫助從而成為主角。


[4] 史上最黑暗的一個版本的《機器貓》的大結局,這個版本中,包括機器貓在內的所有人都是極度自閉症患者野比大雄的一個夢中才出現的人物。這個版本的結局由於太過黑暗,引領了一次慘烈的日本自殺潮。


[5] 也是一個非常黑暗的版本的《EVA》的結局,在這個結局中,使徒、EVA以及適格者們,以及整個世界與故事,都是極度自閉的碇真嗣所虛構幻想出來的。

疼!愛麗絲穿過鏡子卻撞到了牆壁!


流傳甚廣的《機器貓》暗黑結局


如果說愛麗絲在兔子洞里學會了成長,在鏡中世界學會了反思,那麼我們這些凡人,在穿越而去的世界裡學會的大概更多是沉淪吧。


那麼,這種虛構的讓人可以無限發泄的美好世界到底是否存在呢?我們又如何可能穿越到這樣的世界中去呢?

這就是一個問題了。


穿越,從它所表現的現象來看,可以看做是兩個不同時空區域通過某種手段相互連接,從而實現人或者物可以快速地從從一個時空移動到另一個時空。


這裡的時空,當然不單單是空間上的兩個不同區域——比如《星際迷航》里的超距傳輸,而可以是時間上的,比如《回到未來》中的時間機器。甚至於,可以是兩個不同的平行宇宙之間的穿越,或者兩個截然不同的世界之間的穿越,比如《納尼亞傳奇》。


其中,有些穿越連接的是現實世界與魔法世界,或者說連接的是現實世界與非現實的世界,但另外一些卻有可能連接的是兩個現實中都可能存在的世界或者世界的一部分。


那麼,我們下面就來看一下那些從科學的角度來看還有可能的穿越吧。


在現實世界中,最可能的「穿越」大概就要屬量子隱態傳輸了。


這項技術可以將一個地方的量子系統的量子態完整地傳輸到另一個地方的量子系統上,只要它們處於一種特定的糾纏態即可。

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基於量子傳輸失敗的新型殺人工具——傳送門


但,很可惜的是,這項已經在現實世界中存在了的技術——對,已經存在了,我國即將建成世界上第一條實用的量子通訊線路,非常可喜可賀——面對上述小說中的場景是無能為力的,因為量子隱態傳輸一來不是瞬間移動,二來也真的無法把實物就這麼傳輸走。


事實上,這項技術的最大信息傳遞速度依然受到光速的限制,而且只能傳輸特定形式的信息,而無法傳輸實物。


比如說,我們可以傳遞一個分子中的每個基本粒子處於什麼量子態,從而在最狂野的想像中,我們可以在另一端的機器中找出那些基本粒子,然後將發送端的量子態複製到這些基本粒子上——但,這裡的前提就是接收端需要有這些粒子,從而就是說如果Spock[6]要通過這套系統來進行遠程傳輸,那麼在接收端需要有一堆原材料,包括Spock身上所有可能出現的基本粒子,這樣才能保證我們能獲得一個完整的Spock,而不是他的某一部分。


[6]《星際迷航》中著名的角色,一個擁有絕對理性到近乎無情的外星人


因此,這樣的技術當然無法幫助我們穿越,至少不能讓我們如想像般輕鬆地穿越。我們需要在另一端準備好和我們的身體相當的肉、骨與血,這樣才行——當然,我們或許可以開腦洞說以後我們要通過這項技術穿越的話就要在各個傳送站點準備好一大堆的蛋白質與微量元素……或者就是人體的不斷循環利用,因為根據量子不可克隆原理,既然在接收端我們獲得了量子態,那麼發送端的量子態就不可能繼續保持,用在實物傳輸上的話就是如果接收端的粒子被重組成發送端的發送物,那麼發送端的發送物就必須被破壞而喪失這些信息才行——或許我們可以來傳輸大腦中的信息而不傳輸大腦本身?這個想法很有意思。


當然,這一切都還只是腦洞,現實中我們目前能做到的也不過是對於至多百來納米這種級別的量子態的量子傳輸。


既然《星際迷航》這樣的遠程傳輸現在看起來似乎不可能通過量子傳輸來實現,我們在科幻類影視作品中還經常見到一類穿越「工具」,那就是蟲洞


如果說量子傳輸已經從理論走到了現實,那麼蟲洞就是一種一直在理論的世界裡徘徊的小精靈了,它目前一點都沒有走進現實的跡象。


蟲洞這個概念最早可以追溯到路德維希·弗萊姆於1916年所做的計算,以及1921年著名物理學家外爾在研究電磁場中的質量問題時所發展的理論,雖然最早的蟲洞被普遍命名為「愛因斯坦-羅森橋」。


這是一類非常特殊的,假想中的,時空現象,往往發生在黑洞附近,這裡時空彎曲是如此厲害,以至於將兩個不同時空或者同一個時空的不同部分連接在了一起。


最早的蟲洞在理論上存在許多問題,比如蟲洞發生斷裂所需要的時間比光通過蟲洞所需要的時間都要短,以至於根本不可能用於穿越。


後來當然有人提出更加柔和更加穩定的蟲洞,被稱為「可穿越蟲洞」,但這些類型的蟲洞都需要一類提供負能量或者張力而非引力的「奇異物質」的存在,從而與我們所信奉的「主能量條件」相違背,因此被相信不可能實際存在。


另一方面,如果可穿越蟲洞是可以存在的,也會導致許多問題。比如索恩和霍金計算過,任意電磁波的漲落都可以通過蟲洞而不斷增長從而成為一束極強的能量束並最後破壞蟲洞


更別說蟲洞可能帶來的時間悖論了,以至於後來霍金提出了「時序保護猜想」來限制自然界中不可能存在類時閉曲線——而索恩論證過任何類空蟲洞都可以被轉化為類時蟲洞,因此如果時序保護成立,那麼自然界就不存在蟲洞。

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蟲洞行不通,《星際穿越》中的時間線能否閉合就是個問題


這麼一來,蟲洞也基本無法作為穿越的可選對象了。


可,事情依然是有轉機的。


時序保護要求不存在連接同一個時空的兩個不同區域的蟲洞的存在,而主能量條件更是將蟲洞存在的物理基礎也給否定了。但這兩個條件都只能在同一個時空中成立,那如果一個蟲洞連接的不是同一個時空,那會如何?


1989年的時候,物理學家馬特·魏瑟提出了一個很有趣的想法,那就是在膜宇宙這個框架下,如果腔時空[7]的引力不是經典的愛因斯坦引力,而是引入高斯-博內特項[8]甚至羅夫洛克項[9]的引力,那麼在這樣的腔時空中的蟲洞不需要奇異物質就能穩定存在——甚至於根本不需要物質就能自然存在這樣的時空結構。


[7]膜宇宙的基本概念,就是時空整體是五維的,這個五維的時空被稱為「腔時空」。而我們的宇宙以及所有可能的宇宙都是這個五維時空中的一張張四維的膜,被稱為「膜時空」。


[8]高斯-博內特項,是一類拓撲不變數,而且在四維流形上是一個平庸項,不改變愛因斯坦引力,在四維以下則直接消失。但在四維以上的高維空間卻可以存在且給出非平庸的引力修正,在大尺度上修改引力作用。它本身是一個關於曲率的李奇標量、李奇張量和黎曼張量的二次項,區別於愛因斯坦引力只包含李奇標量與李奇張量的一次項。


[9]羅夫洛克引力是對愛因斯坦引力的更加一般性的修正,它關於曲率的零階項給出宇宙常數,一階項給出愛因斯坦引力,二階項給出高斯-博內特修正,二階以上項則給出更高階的修正。通過調節每一項的係數,羅夫洛克引力可以在大尺度和小尺度上修正愛因斯坦引力,從而有望解釋包括暗能量與暗物質在內的許多天文現象。


是不是感覺很興奮?


因此,在膜宇宙這個體系下,主能量條件不再成為蟲洞存在的攔路虎。


更有趣的是,因為引力之外的作用力和物質都只能在膜上存在,從而如果一個蟲洞連接的是不同膜的話,時序保護猜想也不再能阻止蟲洞的存在。


因此,在電影《星際穿越》的最初版的設定中,物理學家索恩所構思的蟲洞連接的就是兩張不同的膜,而超級黑洞卡岡圖雅是存在於另一個膜上的,並不屬於我們的宇宙。

疼!愛麗絲穿過鏡子卻撞到了牆壁!



膜宇宙理論……咦,看上去挺眼熟


但,這個非常漂亮的穿越存在一個很嚴肅的問題,那就是前幾年的LHC實驗基本否定了大尺度額外維,換句話說,膜宇宙基本沒戲了……


又讓人失望了一把。


那麼,還有沒有別的穿越的方法呢?


庫茲別瑞引擎,甚至Finsler時空,這些都可以作為「超光速旅行」的理論候選人(雖然前者需要奇異物質後者需要全然不同的時空觀),但畢竟超光速旅行和穿越還是不同,所以我們這裡就不討論了。


時空泡理論也是一個不錯的穿越方式,在王晉康和劉慈欣的小說中也多次出現類似的方法,但很可惜實際上的情況並不比蟲洞好多少。


再來比如電影《彗星來的那一晚》中,不同平行宇宙被連接在了一起,甚至於在《雷神2·黑暗世界》中九大時空在地球上被串聯在了一起。


這樣的想像當然是美好的,但實際上卻不可能——如果說量子傳輸是實際上存在的,蟲洞是理論上可能存在的,那麼平行宇宙之間的穿越或者魔法世界的穿越,就是理論上也幾乎不可能存在的。


跨過鏡子就來到另一個世界?這點也是很不現實,非常讓人遺憾。


從這個角度來看,上帝還真是一枚缺乏想像力的悶騷男,他所營造的世界就是這麼了無樂趣,不許穿越。


God is a girl? 科科。

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