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跨越时空的费曼图探讨

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:李武越出经费让狄莫去巴黎高师学习“分子芯片”的一些技术。“你是说穿越吧?放心吧,不可能。”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?做啥后悔事了想穿越?”如果穿越不违反能量和动量守恒,会发生什么?狄莫很自然地想到了费曼图。“我姑且就叫它‘穿越费曼图’好了。”当一个旅行者从B点穿越到A点的时候,A点必须有另一个旅行者穿越到B点。

跨越时空的费曼图探讨

“你也要去法国?真巧!我们摄制组要去取景,7月份。”

“太好了,我是去巴黎待半年,7月份刚好我在!”

“好啊,巴黎见哦!”

“没问题!”

狄莫抑制不住内心的喜悦。没想到可以在巴黎和赵婷婷见面。

李武越出经费让狄莫去巴黎高师学习“分子芯片”的一些技术。就是在芯片表面,一些突出的导线通过电流之后,能产生小范围高梯度的磁场,可以对某些分子做到有效囚禁。

而赵婷婷硕士毕业后,顺利地进入了北京卫视工作。这回作为记者跟着摄制组去拍一些有关旅游的纪录片

“不知道她和现在的男友分没分,说不定我还有机会。”狄莫很期待相聚那天的到来。

回想三年前那个夏天,狄莫大学毕业的暑假,路过北京陪着赵婷婷玩了好几天。他夜里混在她们班男生宿舍的空床睡觉,白天陪着她不是逛故宫逛天坛,就是游圆明园颐和园,最后还爬了一回八达岭长城。那时赵婷婷和大学处了两年的男友刚刚分手,情绪低落。狄莫又是扮演铁哥们又是扮演心理医生,很快让赵婷婷走出阴影,进入硕士阶段的生活

可狄莫当时仍不敢有多余的想法,他似乎觉得父辈之间有一种东西在阻隔着他们。虽然是老战友,但他爸和赵叔之间价值观可能有冲突,这导致了两人完全不同的人生轨迹和经济条件,于是他们的子女也变得门不当户不对。

“就我对她多年的了解来看,八成现在这个又分了,不然她不会有时间联系我。”

办了护照,搞定了申根签证,狄莫踏上了第一次出国之旅。巴黎高师,翻译过来的全称是巴黎高等师范专科学校。在望文生义的中国,哪个学校敢起类似的名字肯定不讨好。但是这所学校是法国数一数二的研究型大学。狄莫来交流的地方叫做卡斯特勒·布罗塞尔(Kastler-Brossel)实验室,从属于法国国家科研中心(CNRS)。实验室由两部分组成,主要部分在巴黎高师,剩下的部分在巴黎六大。

这个实验室出过3个诺贝尔物理学奖得主,全是在AMO领域。而最近也有了比较领先的分子囚禁技术。狄莫此行的目的就是来学习这个技术,然后回国自己复制一套再改进一下,完成自己的课题。

…………

在国内已经熟悉如何用MATLAB2027a软件来计算芯片表面磁场分布的基础上,狄莫来到法国很快就进入工作状态,参与到旧版分子芯片电路调试和新版分子芯片设计的工作当中。经过三个月天天“实验室—办公室—宿舍”三点一线的生活,狄莫等来了7月,赵婷婷要来的日子。

“这儿可是浪漫之都,你居然来之后哪儿都没去逛?宅男!”

“我这不一直等着你么。拍完片了?”

“拍了差不多一半,休息两天。我同事都分头行动,去购物了。”

“那你肯定比我更熟悉巴黎,你带着我逛吧。”

“你真好意思!让女生带路。”

…………

卢浮宫,赵婷婷望着蒙娜丽莎的微笑,陷入沉思。

“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。你知道能量守恒动量守恒定律吧。你说这平白无故突然冒出一个人来,一下子就打破了。”狄莫还想继续给婷婷讲诺特尔(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性,动量守恒代表物理规律必须保持空间平移不变性。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,

你觉得曾经爱得太苦。

感谢我听你倾诉,

温柔的痛苦。(www.xing528.com)

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。好了,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(p1,E1),一条携带(p2,E2)。为了保持动量和能量守恒,当然需要p=p1+p2,E=E1+E2。然后这两条线在B点合二为一,继续携带(p,E)。

假设(p2,E2)这条轨迹是一个或一群脱离人类社会的旅行者,(p1,E1)这条轨迹是人类社会剩下的部分。如果(p2,E2)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:(p1,E1),(p2,E2),(p3,E3)。当一个旅行者(p2,E2)从B点穿越到A点的时候,A点必须有另一个旅行者(p3,E3)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p2=p3,E2=E3,p1+p2+p3=p,E1+E2+E3=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,完美!

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、外星遗迹、另一维空间等。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。当然,你也可以幻想再疯狂一些,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。这陷入了其他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。

好了,这个脉络清晰了。狄莫把从B点穿越到A点的旅行者(p2,E2)称为“穿越者”,把从A点穿越到B点的旅行者(p3,E3)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。p2=p3,E2=E3

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A点的。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点之间就是离壳(off-shell)的,充满了无限的可能。但是A点之前和B点之后是在壳(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,这么好的点子,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。”

…………

狄莫始终没有把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,他觉得以赵婷婷的性格如果穿越到了过去,十有八九会改变历史,让自己消失。尽管是个疯狂的幻想,他也不想让婷婷消失。

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