光錐·蛀孔·宇宙弦

光錐、蛀孔、宇宙弦、時間氣球，這些是什么怪東西?勞倫茲變換、時間膨脹、平行宇宙，又是些什么科學理論?有實際的用途嗎?宇宙中有沒有超光速粒子的存在?

自從愛因斯坦提出相對論，就一直有理論物理學家從重力方程式中找到不尋常的解。冥冥之中，相對論似乎為時光旅行的可能性，開啟了一扇希望之門。

書中作者以說故事般的活潑筆調，介紹了同時性、光子鐘、勞倫茲變換，并談到光錐、時空間隔以及時間膨脹的科學理論，最后再以深入淺出的方式，帶領各位一探近代與時間旅行有關的物理研究，如蛀孔、宇宙弦、開普勒的旋轉柱面等。全書充滿逗趣的對話和故事情節，幫助你輕松接觸看似深奧的近代科學理論。

“維爾，你究竟在做什么?”你把一杯熱騰騰的咖啡放下，然后坐在博物館外圍天井中的一張長凳上。幾只蝌蚪形的生物正愈來愈好奇地朝著你和維爾看。這些細瘦、長了翅膀、臉如惡魔的類人生物，舌頭被除掉及中和掉毒性之后，就變得善良無害了。

維爾把低音管從奇形怪狀的嘴邊移開，然后說：“館長，我只是想試吹一下……”

你從長凳上跳起來，彈了一下手指，說：“我們有事情要辦。在我們起程回到過去聽肖邦本人親自演奏之前，我想試驗一下關于時間的某些理論。”

在進入紐約的音樂博物館之前，你會先穿越一個18世紀的天井，旁邊是一座古老的修道院教堂。進到博物館之后，你可以看見許多樂器排在長長的走道邊。有些樂器，譬如大提琴，雖然受到長時間的酸質腐蝕而油漆剝落．還是保存完整；但其他的樂器只留下骨架，有的是中提琴的琴頸，有的是吉他的琴橋，就好像這些樂器全都受過無法描述的酷刑似的。

維爾很快地朝你走來，順手從身旁的掛鉤上取下拇指指甲般大小的超迷你型電腦。

“太棒了!”他說。

“今天你不必用到那個東西。我要你出去做些實驗。你可以開車去。” 維爾向后退了一步：“安不安全?”

你揮了一下手。“沒什么好擔心的。對了，順便帶兩個手提雷射管去吧。”

維爾一面懷疑地朝你看了一眼，一面拿了兩個雷射管，朝車子走去。等維爾坐進車的同時，你按了按墻上的按鈕，博物館的電腦馬上就演奏出一首肖邦的馬祖卡舞曲。多虧了高超的程式設計，這部電腦才可以彈奏出肖邦所有的馬祖卡舞曲、波蘭舞曲及夜曲(這些曲子都已經儲存在電腦的記憶體中)。在播放音樂時，電腦也在你的周圍投影出美麗的電子即時全息像。維爾準備離開時，你不禁開始隨著音樂擺動身子。

紐約市的交通法規定，所有跑車在市區內一定要留在地面上，不得升空。可是，你看見維爾在發動之前就已經讓車頭朝上仰，所以車子離開停車場時，已經準備筆直朝上沖了。維爾往上推半個咔嗒聲，讓加速表上的值也跟著增加，2—3—4，接著他便把引擎關了，讓車子利用稍微展開的翅翼滑翔著。

“維爾先生，那是新車，我還裝了幾個我特別訂做的裝置。要小心開。”

“放心好了，館長。我已經修完警察必修的所有駕駛課程。盡管交給我吧!你唯一要擔心的，就是紐約的其他駕駛人。”

“我真是太放心了。”你用極為嘲諷的口吻回答。

“我準備好了。”維爾以無線電告訴你。

你揮了揮手。“很好。現在我要你找出我留在車上的幾疊報紙和雜志，然后把雜志放在后座。”

維爾喘一口氣說：“館長，這些《國家詢問報》和《花花公子》要怎樣處理?”

“請按照我剛才的指示去做。”

幾分鐘后，維爾說：“一切就緒。雜志在后座，報紙在前座。”

“好。現在你站在車子的正中央，然后把一支雷射管指向報紙，另一支指向雜志。”

“好了。”

“維爾先生，現在請你給車子發一個指令，要它沿著博物館勻速行進，等你一看見我，你就立刻朝報紙及雜志同時放出雷射光。”

不久你就看見維爾的車了。當他正好經過你的時候．他同時發射出兩道雷射光。

“館長，如你所指示的，報紙和雜志都著火了。”

“好。現在我要問你一個難題：哪一堆先著火?”

“館長，我想先問一下，這些火怎么辦?”

“別管火了，車子的內部都漆上防火涂料了。”

煙開始在車里彌漫，維爾咳嗽了起來。“館長，您的問題太容易了。我在同一時間按下雷射管，所以雷射光同時射到報紙和雜志上。報紙和雜志之間的距離是6米，所以報紙和雜志都距離我3米。”

你一面放大音樂聲一面說：“維爾先生，請繼續。”

“我的兩束雷射光每一束都以光速C前進。而且花同樣的時間打到報紙堆和雜志堆；而著火之后，火光又花同樣的時間從報紙堆和雜志堆回到我的眼中。因此，我同時看到這兩堆著火。報紙和雜志是同時著火的。”

你滿不在乎地輕輕彈了彈卡爾文·克萊恩的紅外線眼鏡，然后說：“你完全錯了。”

“什么?”

“你的車是從左到右勻速經過我的博物館?”

“同意。”

“你向前放出的雷射光束，是在向前追著往前走的報紙，而你向后放出的雷射光，是射向朝雷射光束接近的雜志。因此，向后射的光束先射到雜志，因為它走的路程要比向前射出的短，所以我先看見雜志著火。然后是報紙。”

“不可能!”維爾說。

“冷靜一下，維爾先生。這是你的第一課：同時性的相對性。對時間旅行者來說，這是最重要的一課。對你來說，這兩件事是同時發生，可是對我來說，雜志先著火；意思就是，我們的相對運動改變了同時性這一觀念——我們兩個的‘現在’是不同的。我們大多數人一直認為現在才是真實的，認為可以將時間輕易地分割成過去、現在及未來。但是，我們應當丟掉這類觀念，這對第三次世界大戰以來的星際和平局勢有極大的貢獻。這點你了解嗎，雛爾先生?”

維爾深吸了一口氣。“這對我們的時間旅行是否有用?”

“也許有用。在回到19世紀聽肖邦的現場演奏之前，我們最好先復習一下時間旅行的基本理論。明天我們要討論時間膨脹。”

“哇!時間膨脹!我等不及了!”

你的情緒也跟著愉快而興奮起來，因為你搔得維爾心癢癢的。“維爾先生，別高興得太早。”你把肖邦的音樂又放大聲了些。“請把車開回來，可是要記得先去拿滅火器。”

幾乎所有的物理學家都會同意你與維爾的時間實驗結果。你先看見雜志著火的原因就是前面所說的，另外也是因為雜志火光在傳到你的眼睛時，所走的距離比較短。但是按照維爾的說法．兩堆報紙及雜志同時著火。因此沒有統一的“現在”，你我可以看到同一件物理過程，可是對于事件發生的時間就意見不一了。你的“目前”不是我的“目前”，你的“現在”不是我的“現在”。

同時性的相對性是最重要、也最深奧的物理觀念之一，是看待時間性質的革命性見解。“宇宙中存在著絕對而統一的宇宙時間。絕對的同時性可以應用在距離遙遠的事件之間”這種說法，已被愛因斯坦用來敘述時空性質的方程式掃出物理之門。事實上，問一些像“肯尼迪被刺身亡的那一瞬間，在遙遠的恒星上發生了什么事?”這樣的問題，幾乎是沒有意義的。

改變了自己的運動狀態之后．你就可以依據此刻你所推斷正在發生的事，來定出許多不同的“現在”。而且這個效應會隨距離而擴大。所以，假定你從你坐的椅子上站起來，然后向前走六大步。你就已經把鄰近星系中發生事件的同時性改變了一日之久；而這個遠處的事件，即可以跳到未來也可以跳回過去，就看你走的方向是朝向或遠離這個星系來決定。

在地球上或在另一星系上發生的兩次事件的時間先后有可能顛倒，但前提是這兩件發生在不同空間的事件發生的時間一定要夠接近。而“夠接近”的意思是，兩次事件發生的時間要接近到使光(或任何信號)沒有足夠的時間，從此事件的發生地點傳到彼事件的地點。這樣一來，兩事件之間不可能存有任何因果關聯，因為沒有任何一種信號或物理上的作用，可以用超光速從一事件的地點傳到另一事件的地點。這就是說，兩件事的先后順序可以從容不迫地任意改變，可是因果關系卻不能顛倒，無法制造矛盾的結果。

舉例來說，對于維爾射出的兩道雷射光究竟是同時射到報紙及雜志．還是先射到雜志然后才射到報紙，不同的觀測者可能會有不同的意見；但是，所有的觀測者都會同意，兩道雷射光必須先離開雷射管，才能射到報紙或雜志。戴維思在《關于時間》一書中對同時性的相對性做了如下的生動描述：

若現實實境真的是現在的所有物，我們就有權力以徘徊漫步的簡單方法來改變宇宙中任何一點的實境。可是這么一來，某種居住在仙女座星系中的有知覺的綠生物團也可以做到：如果這種生物朝左蠕動一下，再朝右蠕動一下，那么地球上的現在，也將向未來或過去做極大的改變。

同時性的相對性的意義就是．過去及未來的事件就與目前的事件一樣真實。把現實世界分割成過去、現在及未來，從物理觀點來看是毫無意義的。數學物理學家羅布(1873—1936)第一次聽到同時性的相對性時，他這么寫道：“這觀點似乎把外在世界的所有現實感都破壞了，而且也讓物質世界的宇宙變成比夢境、甚至夢魘好不到哪兒去的東西。”

(曉東摘自《光錐·蛀孔·宇宙弦》，有刪節)