以時間旅行為主題的電影有很多,《時間旅行者的妻子》這部電影顯得十分之小清新。電影的主角亨利擁有非常神奇的天賦,或者說,病症——慢性時間錯位症。簡單來說,就是亨利的時間和整個世界是不同步的,他可能隨時在這個時間消失,出現在另外任意一個時間段。
他還是嬰兒時遭遇了一場車禍,母親在車禍中身亡,他被一個陌生人救出,實際上那個陌生人是成年以後的他自己。他認識了一個美麗的姑娘克萊爾並愛上了她,當他被扔出這個時間點,回到克萊爾6歲的時候,他告訴克萊爾,將來她會遇上自己並相愛。克萊爾與亨利終於在正確的時間相遇、熱戀、組成家庭,然而亨利身上飄忽不定的時間給這個家庭帶來了很多痛苦,克萊爾必須面對自己的愛人隨時消失的現實……
物理學與時間
在科幻電影中,時間旅行幾乎已經成為了一個眾所周知、不必解釋的梗。瘋狂的科學家製造時間機器,閃爆銀幕的電光籠罩在冰冷古怪的機器上,通過這個機器,我們可以回到侏羅紀或者任意一段過去。哆啦A夢的時間通道,讓大雄不僅能回到過去,還能前往未來。觀眾們欣賞著因時間穿梭造成的戲劇衝突,似乎穿越已經變成了一個理所當然的理論。然而,這種創意的誕生,其背景是物理學的建立、崩潰、涅槃、重塑和創生。
在現代科學產生之前,古人對時間的認識是懵懂而粗淺的。例如古希臘思想家對宇宙的思考,認為時間本身是一個循環。「每當行星回到它們初始的相對位置時,宇宙就重新開始。」真正的「科學時間」從牛頓定律開始。牛頓力學世界裡的空間和時間都是確定的,牛頓方程式只要放入某個物體的位置、速度等條件,它就可以指出該物體任意時刻的位置和狀態,也就是它過去與未來的全部信息。但是,牛頓方程式裡沒有時間的方向,它的時間是對稱式的。比如你錄下一顆網球擊打球拍跳起的過程,那麼無論正放還是倒放,網球的運動軌跡都是成立的。
這種從物理定律中把時間方向抽走的思想,也影響了愛因斯坦,他的相對論同樣沒有給出時間的方向。如果我們將某個系統(比如一顆圍繞黑洞旋轉的星球)代入愛因斯坦的方程式,就可以計算出它的過去和未來,但不能指出哪一點是過去,哪一點是未來。
熱力學倒是給出了非常清晰的時間方向——熱力學三大定律表明,能量總是高的一方流向低的一方,所有的物理過程都是不可逆的,因為總有一部分能量要作為熱散失。於是,力學的時間對稱性(可逆性),與熱力學的時間有序性產生了牴觸,導致了「不可逆性佯謬」。為了跨越這一鴻溝,科學家使用統計力學(概率計算),來描述一個複雜系統從混亂無序達到平衡態的過程,在這一過程中,無數微觀粒子的信息被統合為熱力學參數,最終實現不可逆的能量轉移。
加上時間的三維世界
了解了時間的箭頭,我們再回頭來看電影中亨利那混亂的人生。根據愛因斯坦的狹義相對論公式,物體運動速度與光速越接近,時間就會越慢;物體速度等於光速,時間就會停滯;如果大於光速,時間就會倒轉。那麼亨利不會是一個超光速人呢?
光速是速度的極限,光子質量為0,它的速度就是光速。對任意參照系來說,真空光速都是相同的。所以任何質量不為0的物體,速度都不會超過光速。那麼,無論是微觀粒子,還是宏觀物質,都無法超越光速。如果兩個不同的參照系(比如亨利和克萊爾)分開,相對速度接近光速,那麼與克萊爾比較,亨利的時間就變慢;如果亨利要與克萊爾重逢,即回到與克萊爾同樣的運動狀態,那麼亨利就必須減速,他的時間就又變快了。當他們達到同一速度,亨利的時間變成了和克萊爾一樣。所以,即使亨利是一個超光速人,對克萊爾來說,他時光倒流了,但一旦他回頭找到克萊爾,他倒流的時間又回來了,並沒有變化。
在狹義相對論的世界中,時間就像加在三維世界上的另一維。我們無法跳脫出這個三維世界去直觀感受,但可以通過描摹二維生物來想像。假設有一個二維生物,他只有長和寬兩個維度,生活在一個平面上,那麼它就只能前後左右地運動,而無法上下運動。時間對三維世界而言,就像對二維生物進行切片一樣,我們可以分割出每一份的時空。所以,亨利也許是一個四維生物,或者說,是一個時間切片被打亂了的三維生物,才會在自己的人生裡隨便亂竄。