时间闭环:向过去寄信在物理上可能吗
闭合类时曲线是广义相对论允许的解,但物理可能阻止它。这一页讲结局「时间闭环」背后的真实科学。
向过去寄一封信,在物理上可能吗?理论上,闭合类时曲线是广义相对论方程允许的解(莫里斯、索恩、尤尔采韦,1988 年);多伊奇在 1991 年证明,量子版本能避开著名的“祖父悖论”。但真正造出时间机器、把消息送到宇宙诞生之前,都只是虚构,而且霍金的时序保护猜想认为,物理会阻止它。
这一页先说怎么在游戏里解锁结局「时间闭环」,再讲它背后的真实科学:什么是闭合类时曲线、多伊奇的自洽条件为什么能避开悖论、哪些时间旅行是真实允许的;最后列出几项相关的真实研究,并说明它们和这个结局的关系。
怎么解锁
- 提示:时空星座的尽头,有一封寄往过去的信。
- 条件:点亮“向起点发信”,然后见证宇宙终局。
- 奖励:观测者日志第 1 章的末尾永久多出一行署名。
这个结局属于“时空”类。“向起点发信”这个节点的内容是:把一条消息发往这个宇宙的第一秒之前。按多伊奇的自洽条件,它只能是一条早就被收到过的消息。
真实的科学:闭环与悖论
闭合类时曲线是广义相对论方程允许的解,这是一个严肃的理论结果,并不是科幻想象。
麻烦在于悖论,最著名的就是祖父悖论。多伊奇证明,量子版本的闭环能够避开祖父悖论。他的自洽条件要求,闭环里发生的一切必须前后一致,所以发往过去的消息,只能是一条早就被收到过的消息。游戏里“向起点发信”的设定,就是照这个条件来的。
真实允许的时间旅行
威尔斯的《时间机器》(1895 年)是最著名的时间旅行小说。它的科学背景是:狭义相对论允许“去往未来”(时间膨胀),回到过去至今没有任何可行方案。这就是说,前往未来是现实物理允许的,前往过去才是问题所在。
而海因莱因的《你们这些回魂尸》(1959 年)则是“自举悖论”最著名的文学例子:一名时间特工在不同年代之间穿梭,招募新人,最后发现故事里的每一个人都是同一个人。物理上,多伊奇的自洽条件允许这种闭环存在。
游戏设定,不是真的
下面这些是虚构的:真正造出时间机器,把消息送到宇宙诞生之前。霍金的时序保护猜想认为,物理会阻止这种事。在游戏里,“向起点发信”节点问了玩家一句:你还记得开场时听到的第一句话吗?
相关的真实研究
下面这些研究和时空、相对论、宇宙的终局有关,是相关的真实科学。它们不是时间闭环结局的直接证据,只是帮你理解这个结局所涉及的物理背景。
- 麦克斯韦统一了电和磁,并算出电磁波的速度正好等于光速:光就是电磁波(Maxwell,《Philosophical Transactions of the Royal Society》1865)。
- 时间和空间不是绝对的,这位专利局的小职员在一年里发表了四篇改变物理学的论文(Einstein,《Annalen der Physik》1905)。
- 广义相对论允许一种压缩前方、拉伸后方空间的“曲速泡”,但需要现实中可能不存在的负能量(Alcubierre,《Classical and Quantum Gravity》1994)。
- 量子效应让黑洞缓慢辐射能量,黑洞不是永恒的,终将蒸发(Hawking,《Nature》1974)。
- 两个黑洞在 13 亿年前合并,时空的涟漪终于被人类听见,验证了爱因斯坦百年前的预言(Abbott 等,LIGO 与 Virgo,《Physical Review Letters》2016)。
- 推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运:恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发(Adams 与 Laughlin,《Reviews of Modern Physics》1997)。最后这一项之所以相关,是因为解锁这个结局,需要先“见证宇宙终局”。
真实依据
闭合类时曲线是广义相对论方程允许的解(莫里斯、索恩、尤尔采韦 1988);多伊奇 1991 年证明量子版本能避开祖父悖论。
向起点发信:把一条消息发往这个宇宙的第一秒之前。按多伊奇的自洽条件,它只能是一条早就被收到过的消息。
《你们这些回魂尸》(罗伯特·海因莱因,1959 年)的科学背景:这是「自举悖论」最著名的文学例子;物理上,多伊奇的自洽条件允许这种闭环存在。
《时间机器》(H. G. 威尔斯,1895 年)的科学背景:狭义相对论允许「去往未来」(时间膨胀),回到过去至今没有任何可行方案。
相关研究
这些研究和本页主题相关,但不是本页内容的直接证明。
引力波:两个黑洞在 13 亿年前合并,时空的涟漪终于被人类听见,验证了爱因斯坦百年前的预言。
出处:Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"
电磁场理论:麦克斯韦统一了电和磁,并算出电磁波的速度正好等于光速:光就是电磁波。
出处:Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society 1865, "A dynamical theory of the electromagnetic field"
狭义相对论:时间和空间不是绝对的。专利局的小职员在一年里发表了四篇改变物理学的论文。
出处:Einstein, Annalen der Physik 1905, "Zur Elektrodynamik bewegter Körper"
黑洞会蒸发:量子效应让黑洞缓慢辐射能量。黑洞不是永恒的,终将蒸发。
出处:Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"
曲速引擎:广义相对论允许一种压缩前方、拉伸后方空间的“曲速泡”,但需要现实中可能不存在的负能量。
出处:Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"
宇宙的终章:推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运:恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发。
出处:Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
游戏设定(虚构)
- 真正造出时间机器、把消息送到宇宙诞生之前,都是虚构。
- 霍金的时序保护猜想认为物理会阻止它。
- 节点「向起点发信」:你还记得开场时听到的第一句话吗?
- 小说《你们这些回魂尸》概述:一名时间特工在不同年代之间穿梭,招募新人,最后发现故事里的每一个人都是同一个人。
- 小说《时间机器》概述:一位发明家坐上自己造的机器,来到八十万年后。人类分化成了地面上娇弱的埃洛伊人,和地下的莫洛克人。