根據邁克爾·克萊頓的時間旅行冒險故事《時間線》改編的電影將於11月26日上映。克萊頓稱，紐約市立大學的理論物理學家米奇奧·卡庫是該故事背後科學靈感的來源之一。卡庫是一位弦理論家，也是多本科普物理學著作的作者，包括《超空間》和《展望：科學將如何革命21世紀》，並主持一個每週科學廣播節目。他最近與大眾科學.com談論了時間旅行的可能性以及他對科學和流行文化的看法。以下是該對話的編輯稿。
大眾科學.com： 多年來，對時間旅行的推測發生了怎樣的變化？
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米奇奧·卡庫： 大約10年前，如果你是一位嚴肅的物理學家，談論時間旅行，你會被科學界嘲笑。人們會在背後竊笑你，你的科學職業生涯會被毀掉，你也不會獲得終身教職。在過去的十年左右，科學界對時間旅行的態度發生了巨大的轉變，我認為邁克爾·克萊頓也意識到了這一點。我也試圖在我的書《超空間》中傳達這一點。最初，證明時間旅行是可能的責任在物理學家身上。現在，證明一定存在禁止時間旅行的定律的責任在物理學家身上。
《大眾科學》： 科學家們最早在什麼時候開始以嚴謹的方式思考時間旅行？
米奇奧·卡庫： 1949年，愛因斯坦在普林斯頓的同事是庫爾特·哥德爾，他是過去一千年中最偉大的邏輯學家之一。哥德爾找到了愛因斯坦方程[廣義相對論]的一個解，其中宇宙是旋轉的。如果宇宙是旋轉的，那麼在宇宙飛船中，如果你繞宇宙轉一圈，你就會在你離開之前回來。
現在愛因斯坦對此非常不安。牛頓認為，時間之河是筆直而均勻的；它從不偏離，總是以相同的速率流動，並且攜帶它所經過的一切。愛因斯坦走出來說，“沒那麼快，時間之河蜿蜒曲折，在恆星和星系周圍加速和減速。” 哥德爾在1949年展示的新變化是，時間之河可能有漩渦。這些被稱為“封閉類時曲線”。在他的回憶錄中，愛因斯坦說，是的，這些是他方程的解，但我們可以基於物理理由駁回它們：宇宙在膨脹；它不旋轉。
然後科學家們回顧了愛因斯坦方程的早期解，發現還有其他解也允許時間旅行。1937年，[W. J.] 範·斯托克姆假設一個無限長的圓柱體像五朔節花柱一樣旋轉，[後來發現]如果你繞著花柱跳舞，你就會在你離開之前回來。1963年，數學家羅伊·克爾發現，一個旋轉的黑洞會坍縮成一個壓縮物質環，而不是一個點。如果你穿過這個環，你可能會回到過去，或者可能到達另一個宇宙。數學家稱[這樣的空間]為多連通空間。物理學家稱它們為蟲洞。在20世紀80年代後期，加州理工學院的基普·索恩和他的同事們又發現了另一類愛因斯坦方程，其中這些時間機器是可以穿越的。就像連線平行宇宙的電梯一樣，這些解有一個向上按鈕和一個向下按鈕。在某些條件下，你可以像在電影中一樣輕鬆地穿過它們。你可以穿過鏡子，然後再回來。
《大眾科學》： 在那種情況下，蟲洞會從哪裡來？
米奇奧·卡庫： 我們將從真空中獲取蟲洞，因為它們無處不在。我們認為，在非常小的距離，10-33釐米處，時空變得泡沫化。在那些量子距離上的主要結構可能是蟲洞，小氣泡，宇宙突然出現，然後又突然消失。現在，如果你可以操縱[所謂的]量子泡沫，那麼你就可以穿過這些氣泡之一。在基普·索恩最初的時間機器提案中，他說也許我們可以透過抓住這些氣泡之一併擴大它，用負能量穩定它來獲得蟲洞。
《大眾科學》： 負能量？
米奇奧·卡庫： 負能量是低於真空態或靜止無物狀態的能量。假設我們有兩個平行的未充電的板。我們說它們處於零能量狀態，因為沒有任何東西在移動。但是，當您實際計算[使用量子場論的這種狀態]時，您會發現“虛粒子”在各處跳舞。這些虛粒子產生的壓力在板外部大於板之間。因此，板會坍縮。但是板處於零能量狀態；因此，當它們坍縮時，它們會進入較低的能量狀態。這被稱為卡西米爾效應。它非常微小；需要一個擁有精密裝置的實驗室才能捕捉到它。但這確實存在。這不是科幻小說。我們在實驗室中看到了負能量，我認為這就是邁克爾·克萊頓所意識到的，那裡存在著一絲真理。
《大眾科學》： 《時間線》中的想法是，你可以將粒子“傳真”到過去。那裡的真理核心是什麼？
米奇奧·卡庫： 在過去的10年中，在被稱為量子隱形傳態的領域取得了巨大的進展。這不再是科幻小說了。現在，要說實話，我們不是在談論將柯克船長送過空間和時間。但是我們正在談論將單個光子送過空間。在幾十年內，也許我們將隱形傳送第一個病毒，如果該病毒由幾千個分子組成的話。但是目前，這就是我們能做的極限。我們只能在空間中隱形傳送物體，而不是時間。但是傳真物質的概念並非完全不可能。這也在我的書中提出了。所以那裡有一點真理。
《大眾科學》： 在《時間線》中，角色們回到公元1357年的法國，因為蟲洞恰好在那裡出口。他們有六個小時返回，但他們在過去的六個小時與現在是同步的。這一切有多麼合理？
米奇奧·卡庫： 這取決於情況。時間機器有很多設計。來自真空的蟲洞將隨機地與空間和時間中的任何點連線，因此另一端將連線到天知道的地方。從機率上講，蟲洞更有可能與過去而非現在的宇宙連線。如果蟲洞的入口相對於彼此是靜止的，那麼時間將在每個入口以相同的速率流逝。
《大眾科學》： 建造這些時間機器中的一臺有多實際？
米奇奧·卡庫： 事實上，我們談論的能量是恆星的能量。這將需要一個比我們更先進得多的文明，難以置信地先進，才能開始操縱負能量來創造通往過去的門戶。但是，如果你能獲得大量的負能量——這是一個很大的“如果”——那麼你就可以創造一臺時間機器，它顯然遵守愛因斯坦方程，也許也遵守量子理論定律。你需要弦理論來最終控制所有的發散[即，以確保當你開啟或關閉時間機器時，不會被引力子的陣雨炸死]。一些憤世嫉俗者說，量子效應可能仍然會使機器爆炸。但是在這一點上，舉證責任已經轉移：對時間旅行持懷疑態度的人必須證明這是不可能的。到目前為止，他們還沒有成功。
《大眾科學》： 時間旅行難道不會導致悖論嗎？
米奇奧·卡庫： 大約有四到五個主要的悖論類別。最著名的是祖父悖論，那就是當你回到過去並在你出生之前殺死你的父母。如果你在你出生之前殺死你的父母，你又怎麼可能出生並能在你出生之前殺死你的父母？對此有兩種思想流派。第一種是俄羅斯學派。哥本哈根大學的伊戈爾·諾維科夫是一位著名的宇宙學家。他提出，自由意志在某種程度上會被回到過去的行為所剝奪。會發生一些事情來阻止你在出生之前殺死你的父母。或者，例如，假設你回到過去，回到伊麗莎白女王的軍隊擊敗西班牙無敵艦隊的時候。假設你給西班牙人一艘裝有機槍的潛艇；那麼你當然是在改變人類歷史，我們現在都在說西班牙語了。諾維科夫說這是不可能的，因為當你回到過去並將潛艇交給西班牙人時，會發生一些事情來阻止你。嗯，我的態度是，在未來，先進的文明可能只是簡單地將潛艇郵寄給西班牙人，而沒有任何自由意志被剝奪；無生命的物質將透過時間機器並改變過去。這就是為什麼我傾向於懷疑諾維科夫的解釋。假設宇宙定律串通一氣以防止悖論，這簡直太過分了。
《大眾科學》： 那麼是什麼解決了悖論？
米奇奧·卡庫： 我更喜歡“多世界”解釋。[編者注：量子物理學用機率波函式描述粒子，因此粒子的位置是不確定的，直到波函式“坍縮”，粒子才呈現出確定的，儘管是隨機確定的位置。] 多世界理論只是說，也許波[函式]永遠不會坍縮。也許波只是在每次遇到障礙時不斷分叉。因此，時間線不斷分叉，因為波一直在分叉。我們只是恰好處於這個波的一個執行緒中。我們有我們是唯一存在的幻覺。在另一個執行緒中，他們認為他們是唯一的宇宙。現實是，沒有人的函式坍縮。
在時間旅行場景中，你只需從一個執行緒跳到下一個執行緒，從一條時間線跳到下一條時間線。而這兩條時間線看起來非常相似。如果多世界理論是正確的，這意味著如果你回到過去並在你出生之前殺死你的父母，他們是別人的父母。時間線已經分歧。你的父母在你的宇宙，你的時間線中生了你。因此，如果你有多世界理論，就沒有悖論，只有不同的時間線。
《大眾科學》： 物理學家思考時間機器的價值是什麼？
米奇奧·卡庫： 在物理學中，我們有一個定理，如果某事沒有被禁止，那就是強制性的。因此，當我們假設我們理解萬物定律時，這意味著它必須回答所有“如何”的問題。它必須回答宇宙從哪裡來，大爆炸從哪裡來，黑洞的奇點是什麼？而在這裡，我們在因果關係問題上存在巨大的差距；迄今為止，為了禁止時間旅行而建立“年代保護”假設的嘗試已經失敗。因此，我們並不真正瞭解這些定律。當你看計算時，令人驚訝的是，每次你試圖證明或證偽時間旅行時，你都將愛因斯坦的理論推到了量子效應必須占主導地位的極限。這告訴我們，你真的需要一個萬物理論來解決這個問題。而唯一的候選者是弦理論。所以這就是我們應該研究這些東西的原因，即使我們可能在幾千年內都無法建造其中一臺。
《大眾科學》： 弦理論到目前為止對這些問題有什麼洞察力嗎？
米奇奧·卡庫： 沒有。弦理論給你萬億個解。每個解都是愛因斯坦方程和量子理論的明確定義的解。因此，在弦理論中存在一個多元宇宙[許多可能的宇宙，也許共存]。但是，弦理論也與哥本哈根解釋[多世界理論的替代方案]相容。因此，弦理論不排除任何一種解釋。就我個人而言，我相信多世界理論是否正確將由弦理論決定。而弦理論似乎傾向於多元宇宙的觀點。
《大眾科學》： 那麼你認為為什麼我們沒有看到任何時間旅行者？
米奇奧·卡庫： 如果你走在路上，看到一個蟻丘，你會走到螞蟻那裡說，“我給你們帶來小飾品：我給你們帶來核能，我給你們DNA技術嗎？” 答案是否定的，而且在大多數情況下，你甚至可能會踩到它們。從科學角度講，螞蟻和我們之間的距離，與我們和一個可以操縱普朗克能量[探測非常小的距離和操作時間機器所需的能量]的文明之間的距離相當。我們自大而以自我為中心地認為他們會對我們感興趣到想要訪問我們並給我們技術。在大多數情況下，他們可能不在乎。但是，我應該指出，如果有一天有人敲你的門，聲稱自己是一位曾曾曾曾孫女，她決定在過去拜訪你，不要砰地關上門。因為誰知道呢？也許他們有時間機器的許可權。
《大眾科學》： 您如何看待流行文化和科幻小說對物理學的影響？
米奇奧·卡庫： 歷史上，科學家們對科幻小說感到尷尬；他們想盡可能地與科幻小說保持距離。但是，當你閱讀偉大科學家的傳記時，你會意識到他們中的許多人在童年時期就對科幻小說著迷。我剛剛完成了一本關於愛因斯坦的傳記，名為《愛因斯坦的宇宙》（將於2004年4月出版），我不得不查閱許多偉大科學家的傳記。我震驚地發現，例如，埃德溫·哈勃年輕時讀過儒勒·凡爾納的作品。他對進入外太空的概念，去月球的概念，諸如此類的東西著迷。童年時期的這種迷戀是如此之大，以至於他放棄了有前途的法律職業，成為了一名天文學家。所以我認為，儘管科學家們不好意思承認這一點，但許多人在童年時期都受到了儒勒·凡爾納甚至《星際迷航》的影響。我認為這沒什麼可羞恥的。這就是我們應該認真對待科幻小說的原因之一。
但另一個原因是打擊公眾的科學無知。任何促進科學核心的東西，即使它被好萊塢誇大和炒作，我認為也是向前邁出的一步。象牙塔裡的我們最終必須意識到，在某種意義上，我們必須為我們的晚餐唱歌。超導超級對撞機的取消是對所有高能物理學家的警鐘。不幸的是，我認為我們科學家未能與公眾互動。我認為這會產生負面後果。
《大眾科學》： 怎麼會呢？
米奇奧·卡庫： 看看喬治·伽莫夫，他現在被公認為上個世紀最偉大的宇宙學家之一。我推測他可能沒有獲得諾貝爾獎，因為人們無法認真對待他。他寫兒童讀物。他的同事們公開表示，他撰寫關於科學的兒童讀物對他的科學聲譽產生了不利影響，當他和他的同事們提出應該存在宇宙背景輻射時，人們無法認真對待他，我們現在知道宇宙背景輻射是20世紀物理學最偉大的發現之一。
當卡爾·薩根多年前與公眾互動時，他被拒絕加入美國國家科學院。在辯論中，有人指出許多[科學家]無法認真對待他。他們在電視上看到了他；你怎麼能認真對待你在電視上看到的人呢？你在電視上看到的是演員。所以我認為這對他的科學職業生涯產生了負面影響。
《大眾科學》： 聽起來情況已經改變了。
米奇奧·卡庫： 當斯蒂芬·霍金寫了《時間簡史》這本書時，發生了巨大的變化。他是一位嚴肅的宇宙學家，他花時間為公眾寫了一本書，這本書是有史以來最暢銷的書籍之一。即使是出版界也不得不注意到這本書。我認為這使得更多的科學家有可能與公眾互動，以至於信譽良好的科學家可以撰寫關於科學的書籍，而不必像伽莫夫幾十年前那樣遭受痛苦。
《大眾科學》： 這與您的廣播節目以及您做廣播節目的原因有關嗎？
米奇奧·卡庫： 是的，我喜歡與公眾互動，因為當我讀高中時，我對反物質、更高維度和時間旅行有所有這些問題。每次我去圖書館，每次我向人們提出這些問題時，我都會得到一些奇怪的眼神。沒有人能回答這些問題。所以我從小就對自己說，當我成為一名理論物理學家，並且我做研究時，我想能夠為那些提出這些問題但得不到答案的孩子回答這些問題。
《大眾科學》： 您最喜歡的時間旅行電影是什麼？
米奇奧·卡庫： 哦，這很難說。成為一名物理學家存在一個問題，那就是當你看這些電影時，你會說，“嗯，那是不對的。” 這真的會破壞觀影體驗。但我喜歡《回到未來》系列。這是一部你真正看到科學家建造和做事的電影；他是整個系列中必不可少的角色。布朗博士是個瘋子，但至少他們展示了他。他在那裡。他在讓這個系列運作起來。
《大眾科學》： 即使在《超空間》中，您說《回到未來》中發現的那種時間旅行實際上是行不通的？
米奇奧·卡庫： 這兩種理論[單一或多條時間線]都與當你慢慢改變過去時慢慢消失的情況不相容。在第二部中，布朗博士確實畫了一條時間線分叉，他明確表示我們從一條時間線跳到了下一條時間線。我認為有趣的是，在電影中他們採取了一種立場，他們的立場是多世界理論。
JR·明克爾是一位居住在紐約市的自由撰稿人。