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第三章 三等不可思議 15.預知

第三章 三等不可思議

15.預知

諾查丹馬斯(Nostradamus)在16世紀寫到過,距今更近一些的埃德加·凱西(Edgar Cayce)也宣布過,說他們能揭開時間的面紗。儘管已經有許多言論宣稱他們的預言成真(例如,正確預測第二次世界大戰、肯尼迪總統遇刺以及蘇聯解體),但是這些預言家用以書寫自己詩句的行文令人費解,如寓言一般,會造成許多種自相矛盾的解釋。比如,諾查丹馬斯的四行詩非常籠統,從中幾乎想讀出什麼就能讀出什麼來(人們已經這麼做了)。其中—首四行詩寫道:
(快子與反物質和負物質不同。反物質具有正能量,以低於光速的速度運動,並且可以在我們的粒子加速器中被創造出來。根據理論,它會受到引力的作用落下。反物質相當於在時間中逆行的普通物質。負物質具有負能量,同樣以低於光速的速度移動,但是在引力的作用下會向上。負物質從未在實驗中被發現。理論上,大量的負物質可以被用作時間機器的燃料。快子以超光速移動,並且具有幻想中的質量,尚不清楚它們在引力作用下是向上還是向下運動。它們同樣未在實驗中被發現過。)
在萊因研究中心進行的詳細測試似乎意味著有些人可以看到未來,即:他們能在卡片被揭開前識別出它們,但反覆進行的實驗證明這一效應非常有限,並且通常會在其他人試圖重複實驗結果的時候消失。
使快子如此古怪的原因是,它們有著幻象中的質量(「幻想中的」意思是,它們的質量乘以了-1的平方根,或者說「i」)。如果我們簡單地使用愛因斯坦的方程,並且用「im」代替「m」,那麼不可思議的事情就會發生。突然,粒子比光移動得更快。
新生的泉水流淌成一條新的紅河
事實上,預知很難與現代物理學取得一致,因為它違反了因果律——原因和結果的定律。結果發生於起因之後,反之不成立。所有到目前為止被發現的物理定律內在包含了因果律。對因果律的違反將標志著物理學基礎的大崩潰。牛頓力學是牢固地建立在因果律之上的,牛頓的定律包含了一切,如果知道宇宙中所有分子的方位與位置,就能夠計算出這些原子們未來的運動。這樣一來,未來就是可計算的了。大體上,牛頓力學說的是,如果你擁有一台夠大的計算機,就能計算出一切未來的事件。根據牛頓的理論,宇宙就像一台巨大的時鐘,在時間的初始由上帝上了發條,並且永遠都按照他的法則跳動。牛頓的理論中沒有預知的位置。
有些人稱這首詩證明諾查丹馬斯預見了2001年9月11日紐約世貿中心雙塔的毀滅。但是,幾個世紀以來,這首詩已經被賦予了許多種其他的解釋。其隱喻過於模糊,許多種解讀都有可能。
想象一座在湖中擋住水的水壩。它象徵「假真空」。儘管水壩似乎非常穩固,但是存在一個低於水壩的能量狀態。如果水壩上出現一道裂痕,那麼整個系統就隨著水流向海平面而獲得真真空。
快子有一項怪異的性質。當把它們引入任何理論中,它們都會使「真空」九*九*藏*書即一個系統的最低能態失去穩定。如果一個系統中有快子,那麼它就處於一個假真空(false vacuum)中,如此一來,這一系統便不穩定,並且會衰變為真真空(true vacuum)。
以同樣的方式,據信大爆炸前的宇宙最初是從假真空之中開始的,那裡存在著快子。而快子的存在意味著這並不是最低能態,因此整個系統也並不穩定。一個裂口出現在時空的結構上,代表著真真空。隨著裂縫越來越大,一個泡出現了。在泡外,快子仍舊存在,但在泡內,快子全部消失了,隨著泡的膨脹,我們發現了我們所知的宇宙,沒有快子存在。這就是大爆炸。
費曼繼續探究這個瘋狂想法的起源,直到它最終成長為一套完整的電子量子理論。他的創作——量子電動力學(quantum electrodynamics,QED),已經在實驗中被證明誤差小於100億分之一,使其成為有史以來最精確的理論之一。這使他和他的同事朱利安·施溫格(Julian Schwinger)、朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)在1965年奪得了諾貝爾獎。
除了來自未來的超前波以外(它們已經在量子理論中一次又一次地證明了自己的效用),量子理論中還有另一個古怪的概念,似乎同樣瘋狂,但或許並不同樣有用。這就是「快子」的概念,它在《星艦迷航》中經常出現。每當《星艦迷航》的編劇需要某種新的能量形式來完成某種魔法般的操作,他們就將快子祭起。
在犯下一系列駭人罪行奪得王位后,麥克白從女巫那裡得知,他將永遠不會在戰鬥中敗北或「被人征服,除非有一天巨大的勃南森林(Birnam Wood)會衝著他向高處(鄧錫南山,Dunsinane Hills)移動」,並且「沒有一個婦人所生下的人可以傷害麥克白」。麥克白對這一預言感到寬慰,因為一片森林是無法移動的,所有人都是由婦人所生的。但是巨大的勃南森林真的移動了,麥克德夫的軍隊將自己隱藏在采自勃南森林的細枝之下,向著麥克白前進,並且麥克德夫本人是通過剖腹產出生的。
當費曼繼續鑽研這個令人傷腦筋的問題時,年輕的他留意到了某些更奇怪的現象。通常,如果一個電子和一個反電子相撞,它們會產生對消,並且製造出一道γ射線。他將這畫在了一張紙上:兩個物體相互碰撞,造成了一陣能量的爆發。
但是,如果反物質是回到過去的普通物質,那麼將一條消息送回過去有可能嗎?有可能把今天的《華爾街日報》送給你過去的自己,由此讓你在股票市場上大發橫財嗎?
兩大貴族將進行一場無益的長期戰爭
快子生活在一個古怪的世界中,那裡的一切都移動得比光更快。隨著快子失去能量,它們會移動得更快,這有違常識。事實上,如果喪失所有能量,它們就會以無限大的速度移動。然而,當快子獲得能量,它們便減速,直到達到光速。
物理學家認為,希格斯玻色read.99csw.com子最初是從快子變化而來。在假真空中,亞原子粒子全都沒有任何質量。但是它的存在使真空不穩定,然後,宇宙就轉變為一個新的真空。在這個新的真空中,希格斯玻色子變成了一種普通的粒子,亞原子粒子開始具有我們如今在實驗室里進行測量的質量。如此,希格斯玻色子的發現將不僅完成標準模型最後的遺失篇章,還會證明快子狀態曾經存在過,只是變成了一種普通粒子。
在科幻故事中,快子常常被用於將信息送回給過去的先知們。但如果有人細査物理定律,他就會發現,這是否可行並不清楚。比如,費因伯格相信發射一個在時間中前行的快子與吸收一個在時間中逆行的負能量快子完全相同(類似於關於反物質的情形),並因此不違反因果律。
宇宙學家非常認真地看待一項理論:一個被稱為「暴脹」的快子開始了暴脹的最初進程。正如我們先前提到的,暴脹宇宙論陳述,宇宙最初是一個微型時空泡,經歷過一場增壓暴脹時期。物理學家們相信,宇宙最初始於假真空狀態,暴脹場是一個快子。但是,快子的存在使真空不穩定微小的氣泡們產生了。在其中一個氣泡內部,暴脹場開始了真真空狀態,這個泡開始迅速膨脹,直到它成為我們的宇宙。在我們的氣泡-宇宙中,暴脹已經消失,因此它在我們的宇宙中不再能被發現。因此,快子標志著一種古怪的量子狀態,在這種狀態中,物體移動得比光速更快,並且甚至可能違反因果律。但是,快子在很久以前消失了,並且可能早於宇宙本身的誕生。
然而,當我們討論麥克斯韋的理論時,事情就變得複雜多了。當我們解開麥克斯韋關於光的方程,我們發現的不是一個解,而是兩個:一個「延遲」的波,代表著光從一點到另一點的標準運動;但還有一個「超前」的波,光束在時間上會回到過去。這一超前的波來自未來,到達的卻是過去!在100年中,當工程師們遇到這一「超前的」、回到過去的解時,他們簡單地將它作為一個數學上的偶然加以忽略。由於延遲波非常精確地預測無線電、微波、電視、雷達和X射線的活動,他們輕易地將超前的解丟出了窗外。延遲的解精彩又美麗,並且很成功,工程師們簡單地忽略了她醜陋的孿生姐妹。為什麼要跟成功過不去?
對描寫君王迫在眉睫的厄運、帝國的崩潰的劇作家們來說,預知同樣是他們最喜愛的設定。在莎士比亞的《麥克白》中,預知對於該劇主題和麥克白的野心都起著至關重要的作用。麥克白遇到了三個女巫,她們預見他將崛起,成為蘇格蘭之王。他兇殘的野心被女巫們的預言所點燃,開始了一系列血腥、可怕的行動消滅自己的敵人,包括殺害對手麥克德夫(Macduff)無辜的妻子和孩子。
(費曼與他的論文導師約翰·韋勒隨即推斷,整個宇宙可能都是由這樣—個在時間中曲折地前進、後退的電子構成。想象一下在最初的大爆炸混亂中產生的僅僅有一個電子,數萬億年後,這個電子將最終與世界末日的劇烈災難相遇,在那時,它將調頭九九藏書,並且在時間中逆行,在這一過程中釋放出一道射線。隨即,它將回到最初的大爆炸時,並且隨之進行另一次調頭。這個電子隨後會在大爆炸到世界末日之間進行重複的曲折前行、後退。21世紀,我們的宇宙不過是這個電子整個旅程中的一小片時間碎片,在其中我們看到數萬億電子和反電子,即可見的宇宙。儘管這個理論似乎很奇怪,但是它能解釋一個量子理論中的奇特事實:為什麼所有的電子都是一樣的。在物理學中,電子無法進行歸類。不存在「綠色電子」或者「約翰電子」。電子不具備個性特徵。你無法像科學家們有時給野生動物戴上標籤以進行研究那樣,給一個電子「套上標籤」。或許其原因就是整個宇宙是由同一個在時間中前後跳躍的電子構成。)

來自未來的快子

我們能預見未來嗎?

回到過去

但對於物理學家而言,超前解在過去的整個世紀中都是一個困擾他們的問題。由於麥克斯韋方程是現代社會的支柱之一,這些方程的任何解都必須非常嚴謹地加以對待,即使牽涉到接受來自未來的波。要完全忽略來自未來的超前波似乎是不可能的。什麼大自然會在其最基礎的層面上給予我們這個古怪的解?這是一個殘酷的玩笑,或者它具備更深的意義?
但是,如果在這之後改變反電子的電荷,它就成了一個在時間中倒退的普通電子。隨後可以將同一幅示意圖中時間的箭頭改為反轉。現在電子似乎在時間中前行了,然後再突然逆轉方向。電子在時間中調了一個頭,現在在時間里後退了,在這個過程中釋放出能量的爆發。換言之,這是同一個電子。電子-反電子對消過程不過是同一個電子在時間中作出逆行造成的後果!
儘管快子十分古怪,但物理學家們認真地對它們進行研究,包括哥倫比亞大學的傑拉德·費因伯格和德克薩斯大學奧斯丁分校的喬治·蘇達山(George Sudarshan),問題在於從來沒有人在實驗中看到過一個快子。快子的主要實驗線索應當是其違反了因果律。費因伯格甚至建議物理學家們在接通一束激光之前對它進行檢査。如果快子存在的話,那麼或許來自激光束的光能在儀器被打開前就能測得。
興奮的地球圍繞著「新城」
嚴格的科學測試能證明某些個人可以看到未來嗎?在第12章中我們看到,時間旅行或許符合物理定律,伹那是對於一個先進的III型文明而言。而預知在當今的地球上可能嗎?
這些超前波在由理査德·費曼進行研究之前是一個謎,他對回到過去這—構想產生了強烈的興趣。在參与了製造出首枚原子彈的曼哈頓計劃之後,費曼離開了洛斯阿拉莫斯,去了普林斯頓大學,在約翰·惠勒手下工作。在分析狄拉克在電子方面的原作時,費曼發現了某些非常奇怪的東西。如果他簡單地將狄拉克方程中時間的方向反轉,並且將電荷同樣反轉的話,方程就可以保持不變。換言之,一個在時間中後退的電子與一個在時間中前進的https://read•99csw•com反電子是一樣的!通常,一個成熟的物理學家或許會忽略這一解釋,認為它僅僅是一個小把戲,一個不具備意義的數學小戲法。在時間中後退似乎沒有任何意義,然而狄拉克的方程在這一點上卻明白無誤。換言之,費曼找到了自然允許這些時間倒退的解的原因:它們表現了反物質的運動!如果費曼是一位更資深的物理學家,他或許會將這個解拋到腦後。但作為一名地位不高的研究生,他決定進一步追求令他好奇的事物。
總而言之,預知被牛頓物理學所排除。因與果的鐵律不可違背。在最子理論中,新的物質狀態是可能的,比如反物質,它等同於在時間中逆行的物質,但是因果律沒有遭到違反。事實上,在量子理論中,反物質對於因果律的修復是必須的。快子乍一看似乎有違因果律,但物理學家相信它們真正的意圖是開始宇宙大爆炸,且它們因此再也無法被觀察到。
這一切聽起來都像是吃飽了飯沒事幹的情況下作出的無法驗證的推斷。但是假真真空理論將接受其首次實驗測試,當2008年大型強子對撞機在瑞士日內瓦郊外投入運行之後,LHC的關鍵目的之一將是找到「希格斯玻色子」——標準模型中的最後一個尚未被發現的粒子。這是拼圖玩具的最後一片(希格斯粒子非常重要,但非常難以捕捉,諾貝爾獎得主萊昂·列德曼因此稱之為「上帝粒子」)。
撇開科幻小說不談,如今對於快子的現代詮釋是,它們可能在大爆炸的瞬間就存在,違反了因果律,但它們現在不再存在了。事實上,它們可能已經在使得宇宙「爆炸」的過程中起到了不可或缺的作用。從這個意義上來說,快子對於一些大爆炸理論而言是必不可少的。
——尼古拉斯·法萊塔(Nicholas Falletta)
這一結果引發了奇怪的狀況。如果一個快子穿越物質,它會因為與原子相撞而失去能量。但,當它失去能量,它的速度會加快,而這又進一步增強了其與原子的碰撞。這些碰撞會造成它失去更多能量,並由此加快速度,隨著這成為一個劇烈的循環,快子自身會自然獲得無限大的速度。
答案是否定的。
因此,費曼揭開了反物質的秘密:它不過是在時間中逆行的普通物質。這一簡單的觀察結果立即解釋了所有的粒子都擁有反粒子配偶的謎:這是因為所有的粒子都可以在時間中後退,因此就被改頭換面成了反物質(這一解釋與先前提及的「狄拉克海」相同,但更加簡單,並且是目前被廣為接受的解釋)。
(在費曼的諾貝爾獎獲獎演說中,他說,作為一個年輕人,他衝動地與這些來自未來的超前波墜入了愛河,就如與一位美麗的少女墜入愛河一樣。今天,那位美麗的少女已經長大,成為一名成熟的婦人,並且是許多孩子的母親。這些孩子之一便是他的量子電動力學理論。)
來自咆哮的世界中心的大火使地球顫抖
矛盾的是,其相要倒立起來去吸引注意力。
https://read.99csw.com有另一個更加不尋常的後果:在一團物質中必須只有一個電子。同一個電子高速前後移動,在時間中曲折前進。每當它一調頭就成為反物質。但如果它在時間上再次調頭,它就變成了另一個電子。
神秘主義者們開始對這些超前波產生興趣,猜測它們似乎是來自未來的訊息。或許,如果我們能夠以某種方式駕馭這些波,那麼我們也許可以將信息送回過去,由此提醒前人們注意即將到來的事件。比如,我們可以送回一條消息給自己1929年的祖父母,提醒他們在大崩盤之前賣光他們所有的股票。這樣的超前波不像時間旅行那允許樣我們親自造訪過去,但能使我們將信件和信息送回過去,提醒人們注意尚未發生的重大事件。
現在,讓我們假設有一團反物質與普通物質相撞,製造了一場巨大的爆炸。有數萬億電子和數萬億反電子對消了。但,如果我們逆轉反電子的箭頭方向,將它變成一個在時間中逆行的電子,那就意味著同一個電子曲曲折折地前行、後退了數萬億次。
預知或者預見未來這樣的事物是否存在?這一古老的概念在每一種宗教中都有所表現,可以追溯到古希臘和古羅馬神諭,以及《舊約全書》(Old Testament)中的先知。但是,在這樣的故事中,預言的天賦也可能是一種詛咒。古希臘神話中有卡桑德拉(Cassandra)的故事,她是特洛伊(Troy)國王之女。她的美貌吸引了太陽神阿波羅(Apollo)的注意。為了贏得她的青睞,阿波羅承諾給予她預見未來的能力。但是卡桑德拉傲慢地拒絕了阿波羅的求愛。阿波羅大發雷霆之下扭曲了他的禮物,如此一來,卡桑德拉能夠預見未來,但沒有人會相信她。當卡桑德拉警告特洛伊的民眾他們的劫數行將到來時,沒有人聽她的話。她預言了特洛伊木馬的秘密、阿伽門農(Agamemnon)之死,甚至還有她本人的死亡。但特洛伊人非但不聽從她的話,反而認為她瘋了,並且將她關了起來。
如果我們將反物質僅僅作為物質的另一種新奇的形式對待,並且隨即用反物質做一次實驗,則結果不違反因果律。原因和結果仍舊不變。如果我們現在逆轉反電子的時間方向,使它在時間中後退,那麼我們不過是進行了一次數學操作,物理原理保持不變。物理上什麼都沒有變化,所有的實驗結果都保持不變。因此,把電子看作在時間里前行和後退有著充分的依據。但是,每當電子在時間中後退,它僅僅是實現了過去。因此,要擁有一個前後—致的量子理論,來自未來的超前解似乎必不可少,但它們最終並不違反因果律。(事實上,沒有這些古怪的超前波,因果律就會違反量子理論。費曼證明,如果將超前波和延遲波的作用相加,我們會發現違反因果律的項剛好全部都約去了。因此,反物質是維護因果律所必需的。沒有反物質,因果律或許會崩潰。)
因此,預知似乎可以排除了,至少在可以預見的未來中是如此,這使其成為一項「三等不可思議」。如果預知的確能在可重現的實驗中被證明的話,它將嚴重動搖現代物理學的根本。