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科普文章

《狄克拉之旋》第一章 自旋 -4 穿越费曼图
发布时间:2016-07-04    570   九维空间

“狄莫,你是学物理的,你说人到底能不能回到过去?”“你是说穿越吧?放心吧,不可能。”“为什么?”“违反守恒定律。你知道能量守恒和动量守恒定律吧。你说这平白无故的突然冒出一个人来,一下子就打破了。”狄莫还想继续给婷婷讲Noether定理,告诉她能量守恒代表物理规律必须保持时间平移不变,动量守恒代表物理规律必须保持空间平移不变。但想想算了,婷婷肯定听不懂。“那为什么有那么多科幻作家写时间旅行呀?”“他们有几个是学物理的?”听完狄莫的不屑,赵婷婷陷入沉思。而狄莫也看出了赵婷婷有心事,于是不经思考地问:“咋的了姐们?做啥后悔事儿了想穿越?”“没什么事儿。”“又分手了吧?”“不用你管!”也许是赵婷婷无意的一句话,但是让狄莫特别难受。也许自己在婷婷心中就是一个无关紧要的位置。当婷婷不需要他的时候,可以一年半载不联系他。当需要和他聊天调整心情的时候,才会想到他。狄莫想着该不该告诉赵婷婷自己喜欢她……巴黎,卢浮宫,蒙娜丽莎。这是多么完美的场景……但是他没有勇气告诉婷婷。几年之后,狄莫明白了当时并不只是勇气的问题。

……

……

在浪漫之都你看到了蒙娜丽莎的微笑,

你说这对你很好。

这次旅行让你度过了感情的低潮,

你觉得曾经爱的太苦。

感谢我听你倾诉,

温柔的痛苦。

在我的梦里因为可以和你相爱而骄傲,

然而你都不知道。

我期待在你爱的世界里变得重要,

你要把爱人慢慢寻找。

对你付出的一切,

只换来我对自己苦苦的嘲笑。

蒙娜丽莎她是谁,

她是否也曾为爱争论错与对。

为什么你总留给我失恋的泪水,

却把你的感情付给别人去摧毁。

蒙娜丽莎她是谁,

她是否也曾为爱寻觅好几回。

她的微笑那么神秘那么美,

或许她也走过感情的千山万水。

才发现,爱你的人,

不会让他的蒙娜丽莎流眼泪。

——林志炫《蒙娜丽莎的眼泪》 

……

……

如果,穿越不违反能量和动量守恒,会发生什么?和赵婷婷分别后,狄莫不停地问着自己。时空中A和B两个点,B点在时间上是A点的未来。历史轨迹如同一条线,先经过A,再经过B。假设一个家伙从B点往A点穿越,如果要保持整个历史轨迹的动量和能量守恒……狄莫很自然地想到了费曼图。确切地说,是量子场论二阶微扰理论中的圈图。“这真的很像一个圈图!”狄莫觉得很有趣,这是那些科幻作家很难想到的。OK,定义这个轨迹的“动量-能量”张量(p,E),那么这个轨迹会在A点一分为二,一条携带(p_1,E_1),一条携带(p_2,E_2)。为了保持动量和能量守恒,当然需要p=p_1+p_2,E=E_1+E_2。然后这两条线在B点合二为一,继续携带(p,E)。假设(p_2,E_2)这条轨迹是一个或一群脱离人类社会的旅行者,(p_1,E_1)这条轨迹是人类社会剩下的部分。如果(p_2,E_2)逆着时间运动,即从B点到A点,这不就成了不违反动量和能量守恒的穿越吗?想到这里,狄莫觉得自己很有科幻天赋。“我姑且就叫它‘穿越费曼图’好了”。——狄莫。



……狄莫分析了一下:A点产生一个旅行者,那么必须要失去一个和旅行者的动量和能量都相等的东西。等时间流逝到B点,旅行者必须要出发,这样B点必须同时出现一个和旅行者动量和能量都相等的东西。这似乎很难办……狄莫想到,除非……A点和B点都是4角顶点。那么历史轨迹(p,E)就应该在A点分裂成三条:(p_1,E_1),(p_2,E_2),和(p_3,E_3)。当一个旅行者(p_2,E_2)从B点穿越到A点的时候,A点必须有另一个旅行者(p_3,E_3)穿越到B点。这两个旅行者必须动量和能量完全相同。这意味着p_2=p_3,E_2=E_3,p_1+p_2+p_3=p,E_1+E_2+E_3=E。于是狄莫幻想了这样一个场景:人类在时间点A之前造出了穿越的机器,然后安排一个旅行者坐上去。在未来,即时间点B之前的一分钟,一个未来的旅行者坐在同样的机器里正调整着动量和能量。当他的动量和能量调整到和A点的旅行者完全相同的时候,穿越启动,两位旅行者互换,perfect!当然也可以把故事幻想的再软科幻一些,弄一些神秘事件,什么小黑洞了,外星遗迹了,另一维空间了等等。然后让两个妞互换。一个白领穿越回清朝,同时一个格格穿越到现在等等。当然,你也可以幻想的再crazy一些,让20岁的你和30岁的你完成一次互换,前提是确保体重不会变的情况下……但是……狄莫要面对所有穿越的幻想都无法解决的一个逻辑硬伤……这个穿越费曼图如何能避开“外祖母悖论”?假设从B穿越到A的旅行者,在时间到B点之前阻止了自己父母相识,干掉了他老爸,或者更直接一点,把年轻时候的自己给干掉了,怎么办?



根据因果律,旅行者干掉年轻时自己的那一刻,自己会突然消失。这样的话,只有让另一个旅行者现身,才能保证动量和能量守恒。也就是说,他干掉自己的那一刻成了B点,而原来的B点不复存在。B点之后继续着(p,E)这个历史轨迹。那原来的那个未来去哪里了?消失了?这样无法解释第一个旅行者的出现。于是,狄莫发现,想改变历史轨迹似乎是不可避免地要引入多世界。但有没有单世界的可能?单世界意味着第一个旅行者不可能杀掉幼年时的自己,也不可能修改任何历史。这陷入了其它关于时间旅行的俗套之中。……



有了!如果这个旅行者杀了年幼的自己,修改了这个历史。但他不消失,而是突然变成了另外一个人。因为在未来,他已经不在,而未来的B点必须要传送一个和他动量和能量一模一样的旅行者到A点。于是他杀死年幼自己的那一刻,自己变成了这个旅行者。也就是说,他杀死年幼的自己这件事,不但改变了未来,同时改变了过去。但他所做的改变只是延长了A点和B点的时间间距,A点以前和B点以后的时他没法改变。OK,这个脉络清晰了。狄莫把从B点穿越到A点的旅行者(p_2,E_2)称为“穿越者”,把从A点穿越到B点的旅行者(p_3,E_3)称为“补偿者”,因为他补偿了穿越者对历史轨迹引起的动量和能量变化。p_2=p_3,E_2=E_3。好,如果穿越者改变了历史,抹去了自己。那么他就改变了B点的时间和空间坐标,同时这一瞬间他会变成“第二穿越者”。这个第二穿越者正是在改变之后的B点穿越到的A点。至于那个补偿者,也要穿越到这个新的B点。狄莫发现,这个穿越费曼图真的好像费曼图,A点和B点之间就是off-shell,充满了无限的可能。但是A点之前和B点之后是on-shell的,无法改变。


……

回国后,狄莫迫不及待地把这个想法告诉了他那个喜爱科幻的师弟,还有那个爱看电视剧的师妹。“师兄,这么好的idea,写个科幻小说吧,说不定就红了,好莱坞请你去写电影剧本。”“等我毕业再说。还有不到两年了,我可不想延期。咱要花一年时间把新的分子芯片做出来。”……狄莫始终没有吧这个想法告诉赵婷婷。第一他不确定婷婷是否能听懂这个稍显复杂的穿越费曼图。第二他觉得赵婷婷的性格如果穿越到了过去了,十有八九会改变历史,让自己消失。尽管是个crazy的幻想,他也不想让婷婷消失。