虛構推測往往預言人類未來，無論悲劇或美好。
我從小就覺得什麼都可能，科幻電影讓一切成真。
──Steven Spielberg 史蒂芬史匹柏
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💖 《回到未來》
1985年以時光旅行為主題的《回到未來》傑作，
在續集中的未來是2015年，青少年 Marty McFly
馬蒂麥佛萊回到未來 —轉移到 1955 年的時空，
意外破壞了父母的戀情威脅到自身存在。因此，
引發社會討論時光旅行固有的悖論，根據發明者
Emmett Brown 布朗說明迪羅倫車上的時光機，
只需 1.21 百萬瓩flux capacitor 電容器就能啟動。
這個機制沒有破壞已知的物理法則。
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《回到未來》一點也不創新，穿越時光是科幻題材的大宗。
1895 年英國 Herbert George Wells 威爾斯，就在作品—
《時光機器 The Time Machine》中創造出時間旅行者的角色。
於是我們要問一個新手級的問題：我們能穿越時間嗎？
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🌷 帶我回去
愛因斯坦的相對論告訴我們時間是個奇怪的東西。
《星際效應》裡的兩種相對論都顯示時間可以扭曲，
也能變慢或加速。布朗博士告訴你先考慮狹義相對論。
愛因斯坦在他 1905 年發表了一系列影響深遠的論文，
改變很多物理學習以為常的觀念。
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狹義相對論的中心思想是：光速是恆久不變的常數。什麼意思？
簡單來說，如果有一輛車頭燈亮著的車與你同方向經過你身邊。
光會以光速 c 前進而不是 c + 車速。如果車子和你反方向前進，
車頭燈的光還是以 c 的速度到你這裡，而不是 c – 車速。
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你懂它的言外之意了嗎？速度是每單位時間所涵蓋改變的距離。
所以，c 維持不變就打亂了距離和時間。在愛因斯坦的宇宙裡，
測量到的時間長度及時間間隔都必須根據運動而改變。太胡鬧了。
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距離這東西很無趣，若瑞克以接近光速，用超人姿勢飛過邁可身邊，
那麼邁可測量到的瑞克身高會比瑞克自己量他的偉大身高少非常多。
瑞克若以光速的 40% 前進就能讓邁可量到的身高和他自己量的相同。
當然瑞克一定有異議，因為他自己量到的一定都是雄壯的 195 公分。
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所以這有點奇怪。但如果你比較你在地球上測量流逝時間的結果，
和飛越地球的太空船上的測量結果，就知道尺寸問題根本不足掛齒。
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為了讓所有觀察者的宇宙物理學一致，在太空船上的時間流逝速度，
比在地球上慢很多，不論用什麼方式測量都成立。瑞克若在地球上，
邁可在太空船上以接近光速發射到外太空裡，那麼在太空船上的鐘，
走得比地球上瑞克的手錶來得慢。更深層的意義是邁可的生理時鐘，
比瑞克的慢許多，所以他會老得比較慢。邁可感覺一切正常，可是，
當他以 99% 的光速移動 18 個月後回到地球，兩人間有近10 歲差距。
若追究這種科學理論的細節，會發現實際上並非如此，因為有加速、
減速、回頭等狀況。線性的、無法改變的時間流逝觀念已經過時了。
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所以要怎麼處理愛因斯坦的禮物？這個嘛，從狹義相對論來思考，
其實沒什麼大不了。我們就非常非常快速進入沒人一起旅行的未來，
就像是要邁可去進行時光旅行，讓自己變得和瑞克年紀相同。
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唯一做這件事的是太空人。長時間活在軌道上代表他們繞地球的轉速
比我們移動速度快許多。在國際太空站待 6 個月相對於在地球的朋友
你比他們多出 0.007 秒。GPS 的衛星以每小時 14000 公里繞行地球，
如果你坐在上面，你每天都會比人家多幾毫秒。
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俄國太空人謝爾蓋克里卡列夫 Sergei Krikalev 在派對最棒的話題是：
他在繞地球的軌道上待了 803 天，多出 (老了) 0.02 秒。
多出來的時間，大概也不夠讓他在酒吧喝醉，不是嗎？
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廣義相對論使時光旅行較易成真。因時間在較強大重力場流逝較慢。
代表你離地球中心愈遠老得就愈快，所以住在摩天大樓老得比較快。
事實上光是長得比較高就足以加速衰老。若邁可和瑞克都活到80歲，
那麼在他們活著的時間太空船上的邁可大約會比瑞克老 50秒/10億。
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說句公道話，這點時差瑞克只要保養一下就可以解決了，
而且也不可能輕輕鬆鬆就讓任何人回到未來。
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🌷 要回到未來，你需要〈封閉類時曲線 closed time-like curve〉
愛因斯坦的廣義相對論說宇宙在空間和時間的舞臺上演出它的故事，
《星際效應》顯示〈時空舞臺〉必是彎曲的。質量與能量都會扭曲時空
如果質量與能量夠集中，那樣的扭曲可能會變得非常極端。
在空間中的扭曲正是造成行星沿彎曲的彈道（軌道）移動的原因。
另一個難以理解的是，時間也可以彎曲，使旅行的時間變得很奇怪。
事實上只要把時間彎曲得夠嚴重就創造出迴圈，不斷回到相同時刻。
這就是〈封閉類時曲線〉。
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第一個算出這個迴圈的，是奧地利數學家庫爾特哥德爾 Kurt Gödel。
1949 年他寫了一份相對論的影響評論，給愛因斯坦看他的計算結果。
愛因斯坦說在宇宙的所有物理限制下，迴圈幾乎不可能有機會成真。
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愛因斯坦的懷疑是對的。哥德爾的計算基於一個旋轉而不擴張的宇宙
而就我們對於宇宙所知：既沒有旋轉，且還在擴張。
這代表所謂的〈封閉類時曲線〉不會出現在我們的宇宙中。
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然而還是可能穿越時空的。
理論上，不需要通量電容器就可以自己創造一個封閉類時曲線，
廣義相對論說只要讓時空夠劇烈的彎曲，就能創造時間裡的迴圈。
只要做到這一點，你就能走在迴圈裡，隨意重返歷史上任何時刻。
不管哪個老博士，布朗、布魯克斯（作者）、愛因斯坦都告訴你，
有很多方法能創造出這樣一個迴圈，需要高度集中的質量或能量。
目前為止都還可以吧？對，我們可以在時間中旅行。
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此時要暫停一下，提出警告：我們即將進入這個時光旅行模型裡的
「你需要什麼？」這部分。就像是「什麼？你需要一顆中子星？
你需要假想的負能量源頭？你需要穿過時空蟲洞定錨在中子星？」
這些並不是一般情況下有「庫存」的品項，通常要特別訂購。
不過呢，這並非完全不可能。我們的意思是這樣。
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好了，現在你的期望應該比較恰當了，讓我們進行下一個問題：
我們要怎麼製造時光機？
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🌷 來自過去的衝擊
關於時光旅行，大家最疑惑的問題之一是，
如果這真的可能，那從未來到現代的那些旅人在哪裡？
這是一個好問題，也是 2005 年 5 月 7 日星期六晚上十點，
有 400 個人聚集在麻省理工學院的原因。
這一場〈時空旅人大會〉活動，用意是聚集來自未來的旅客。
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舉辦會議的基本理由格外簡單。如果這場聚會確保留下紀錄，
那麼未來使用時光機的人會找到紀錄。把他們聚在同一時空，
多麼有趣啊！會議要求時空旅人帶上他們來自未來的證據。
「例如：愛滋病或是癌症的解藥，解決全球貧窮問題的方法，
或冷融合反應爐，都特別具有說服力，也使我們萬分感激。」
主辦單位很可愛向《回到未來》致敬，現場安排一輛迪羅倫車，
說不定有未來人喜歡這部電影，受到啟發真的做出一臺時光機。
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他們是怎麼做到的？這麼多年來我們有了一些想法。
為了符合電影的精神，我們按照時間順序來看。
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關於製造時光機，最早的提議很簡單：一個非常長的圓柱體。
聽起來不太難，可惜發明者規定的這個圓柱體真的很長。
喔，到底要多長？既然你誠心誠意問了，答案是無限長。
對，聽起來是有點困難。無限長是甚麼？？真是超扯的！
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1976 年美國物理學家法蘭克迪普勒 Frank Tipler 計算公式，
得出結論：一個非常重、無限長、非常快速旋轉的圓柱體，
使空間與時間彎曲達到極大足以創造封閉類時曲線的程度。
我們還要補充說明，目前還沒有人嘗試實現這個計畫！
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物理學家哥特的點子和宇宙弦 cosmic string 有關，實際多了，
哥特假設是超高密度的物質束，但直徑不到原子核的寬度，
依舊是不可能任務。宇宙論者認為它可能存在於宇宙某處。
若存在，應該是在宇宙從大爆炸誕生的劇烈過程中才出現。
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宇宙弦並排放置後迅速分開而產生時間迴圈即天然時光機。
只需沿迴圈旅行就能重新造訪歷史上的相同時刻。不用說，
從來沒人接近任何宇宙弦，所以也不可靠。該搬出蟲洞了。
《接觸未來》中外星智慧人傳遞訊息給索恩發明了蟲洞，
索恩也在《星際效應》中作為時光旅行的手段。
蟲洞是提供快速穿越廣大宇宙的通道，終極版的校外教學。
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🌷 索恩的想法是這樣的：
穿越時空的天然通道可能真的存在，叫愛因斯坦羅森橋
Einstein-Rosen bridge — 1935 年愛因斯坦和羅森提出：
兩個黑洞的核心可能相連。空間和時間會在奇異點—黑洞核心崩解，
那麼誰知道所有奇異點沒有相連，各自通往時空中的不同區域呢？
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如果隔離相連的兩個黑洞，就得到連接兩個時空裡區的〈蟲洞〉。
不過，要找到一個起點在你的位置，終點在你想去之地的蟲洞，
又是另一項挑戰。但我們現在真的要講細節了。
有個論點是將它定錨在一顆中子星—重力場超強，會使時間變慢。
再將蟲洞另一端開口拉到盡可能近的位置，就發展出一個時間差。
等到時間差夠大，你就能走進一端，從完全不同時間的另一端出現。
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但事實上根本沒這麼簡單。
空間好像有彈性，被拉長的時候會有抵抗力，瀕臨斷裂時更是如此。
所以把空間拉長到足以製造出蟲洞，就要設法使這個蟲洞保持開放。
這時候你需要〈負能量〉—不能確定是否真的存在於宇宙的東西。
除了這點之外，好像都滿直截了當的！
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值得一提的是，並非所有的時光旅行都要扯上外太空，
或者扯上像旋轉一個無限長的圓柱體的荒謬做法，
還是什麼假設的宇宙弦這種莫名其妙的說法。
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🌷 梅里特 Ronald Mallett 提議使用雷射
就在其他時光旅行提案都需要在宇宙規模用質量彎曲空間的同時，
梅里特找出了在地球實驗室裡也許可行的方法。
他甚至認為，在本世紀就能製作出成功的時光機。
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梅里特想征服時光旅行的決心，起於他父親因心臟病發辭世。
只要父親改變生活型態就可以預防心臟病。
梅里特當時才十歲，要是他能回到過去，就能警告父親了。
於是他開始閱讀威爾斯的《時光機器》，更努力上物理課。
現在，他是康乃狄克大學廣義相對論的教授。
光是憑藉動機就能讓人有如此成就。
梅里特非常投入實現時光旅行，從來不理會無法執行的想法。
他已經研究出製造一個光環，能量強烈到足以彎曲周圍的時空，
形成一個圓圈。他在雷射的路徑裡形成了封閉類時曲線。雖然，
目前的設計還不能把人放進他的時光機裡，
但這個時光機能將編碼在次原子上的訊息傳送回過去。
70多歲的梅里特目前正在募資建造時光機。希望他盡快募到錢，
因為好萊塢非常有興趣要把他的故事改編成賣座電影、電視劇。
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我們忘了提麻省理工學院的時空旅人派對後來怎麼了？
當然沒有出席者真的帶來未來的證據。不過，就如同在大會之前，
喜劇演員蒂娜費 Tina Fey 在電視《週六夜現場 Saturday Night Live》
指出來自未來的人一定早知道這場派對一定爛透了，所以才不參加。
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不過等等，這不就永無止盡循環了嗎？因都不參加才讓活動變很爛；
而大家不參加正因活動很爛……到底是怎樣？
這種讓人頭昏腦脹的推論，促使我們提出了第三個問題：
時光旅行會引起各式各樣令人為難又困惑的悖論，
所以米高福克斯最後才會差點從他的全家福照片中消失─
因為他干預了過去，所以慢慢抹滅他所有的存在紀錄。對嗎？
穿越時光真的會讓你從歷史上消失嗎？
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🌷 如何建造時光機？
要描述時光機如何運作有多麼困難？
布朗博士的通量電容器需要 1.21 百萬瓩的電力才能實現時光旅行。
我們對《超時空奇俠》的 TARDIS 空間裡的時間與相對維度，
所知不多，只知道是 40 型來自嘉勒弗雷星 Gallifrey 的時空機，
動力來源結合黑洞奇異點、水銀、稀有礦澤頓 7 Zeiton 7、
擺線時間晶體 trachoid time crystal、阿創能量 artron energy。
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作家威爾斯的時光機有一點蒸汽龐克風，創造者是光學專家，
創造一個閃耀金屬光澤的骨架，比鐘大一點，用到象牙、石英棒、
透明結晶物、兩個白色控制桿。和《Bill and Ted’s Excellent Adventure
阿比阿弟的冒險》裡長得像電話亭的時光機相比已經有很多資訊了。
在《哈利波特-阿茲卡班的逃犯 Harry Potter&the Prisoner of Azkaban》
裡格蘭傑 Hermione Granger 的時光器，總算有完整的解釋：
用的是魔法，也就是鐘點翻轉咒。
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🌷 時間的麻煩
《回到未來》最經典的場景之一就是馬蒂在高中舞會上演奏查克貝瑞
Chuck Berry 的歌—強尼古迪 Johnny B. Goode。這首歌到底是誰寫的？
電影裡，是貝瑞表弟馬文在馬蒂演奏時讓他在電話那頭第一次聽到。
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「我本人相信，終有一天時光旅行會實現，
每當我們發現不受物理定律禁止的東西最終都能找出實現的技術。」
這不是什麼瘋話，是最聰明的人大衛多伊奇 David Deutsch 說的。
他是量子物理學家，也是最早畫出量子電腦藍圖的人。
如果他相信物理學法則不禁止時光旅行，那麼在募資網站上，
支持通量電容器也很合理。不過呢，「似乎有一種〈時序保護機構〉
在阻止封閉類時曲線出現，好讓歷史學家不會因宇宙失序而困擾。」
這是霍金 1992 年發表的論文內容。他稱這個機構是〈時空警察〉，
其中包含很多東西，例如需要負能量才能維持蟲洞開口，因此，
我們不能進行任何回到過去的時光旅行，避免我們改變歷史事實。
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該相信誰呢？多伊奇還是霍金？每當試圖回答這個問題時，
總會提出經典的時光旅行情節─祖父悖論 the grandfather paradox。
很簡單，想像你回到過去想辦法在你祖父和你祖母搞上之前（抱歉，
讓你不舒服，但這是發生過的事），先找到你祖父，然後殺了他。
他不可能生下你父親，所以你也不可能出現，然後你也不可能殺他。
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《回到未來》漂亮地將這個悖論編排為劇情。馬蒂回到過去，
使當時還是高中生的母親羅蘭瘋狂愛上他，他必須確保他未來的父親
喬治就算面對新的情敵，也要在學校舞會中與羅蘭定情。
隨兩人的戀情似乎愈來愈不可能發生，在馬蒂剛帶回過去的照片裡，
他自己和手足的身影也變得愈來愈模糊。這就是祖父悖論！
只不過是誇張的版本。當然這裡面還有些值得懷疑的化學效果，
比方說影像要怎麼變淡又重新出現，但我們就不要追究那個部分了。
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霍金一定用心看了這部電影，而不只是說說而已。
不相信有任何方法能改變歷史。你不會殺了你祖父，因為你已經存在
如果你回到過去打算殺了你的祖父，你會發現有許多事阻止你的行為
你的時光機失靈、槍會卡彈、你開槍時滑倒、你殺的人和你沒有血緣關係…
你懂我的意思。這就是〈時序保護〉，不管你的意圖為何宇宙會讓你失敗！
當然實現時序保護最簡單的方法就是讓你一開始根本就無法回到過去
物理法則意味你無法製作出時光機，這就是霍金對祖父悖論的解套。
這就是為什麼所有能製作時光機的方法都牽涉到不可能實現的物理學
然而還有另一個物理學分支讓那些看來不可能的事都一起發生了！
比方說同時出現在兩個地點—就是量子物理。所以我們需要量子時光機！？ˇ
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那種轉個不停的圓柱體，或是進入中子星彎曲的蟲洞，
都是廣義相對論在宇宙中創造一個迴圈。但有個理論比相對論更基本
就是量子力學。在《星際效應》討論過量子力學描述的是最小的世界
那個由光子和組成我們存在物質的次原子粒子所居住的世界。
那裡的規則非常不同，霍金的時空警察管轄範圍不包括這個量子世界
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簡言之，霍金的主張就是時間似乎往單一方向流動。代表因必通往果
任何事在發生之前，都必然先有某人或某事促使其發生。
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但量子物理卻不需要這個前提。事實上量子纏結就打臉了〈因果〉。
1930年代就提出量子纏結現象可能存在，當時愛因斯坦認為太詭異，
不可能為真，但是後來的實驗證明他是錯的。這個量子現象是真的，
而且真的很詭異。這也顯示我們尚未完全了解空間和時間的本質。
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🌷 量子纏結的簡略說明
你可以用很多方法把兩個光子〈纏〉在一起。其中一個方法，
是在〈雙折射〉晶體中製造光子，晶體原子將一個光子分成兩個，
它們關係密切，具有糾纏特質。
另一個方法是透過精密控制，把兩個光子敲擊在一起它們就纏結了。
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這是什麼意思？
在量子物理學中，這代表一種奇怪但是絕對可接受的特質──
兩個纏結的粒子會共享彼此某些性質，最經典的是〈旋轉〉。
想像在纏結之前一個粒子是順時針旋轉，另一個粒子是逆時針旋轉。
在纏結之後，兩個粒子都有另一個粒子的某些旋轉性質。
你無法清楚知道，因為除非有人去測量，否則旋轉是無法定義的。
可是一旦你測量了其中一個粒子的旋轉，
測量結果會使你對另一顆粒子的後續測量出現偏差。
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目前為止，還算明白。但接著最詭異的要來了。
在第一次測量後，立刻就可預測第二個粒子的旋轉。
就算兩個粒子相差十萬八千里，第一次測量的資訊，
還是會以超越光速─違反物理定律─傳送到第二個粒子，
〈設定〉它的旋轉。
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進行實驗的物理學家一再感到困惑。在纏結背後有某種機制──
他們會說測量的結果之間有〈互相關聯性〉─
無視我們所有對在空間與時間中傳遞資訊方式的理解。
而且這種現象還不只能跨越空間，
量子纏結可以在不同時間裡被創造出來並操縱。
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這讓人感到無比驚訝。我們該拿這種現象怎麼辦？
尼可拉斯吉桑 Nicolas Gisin 是這領域最傑出的人之一，他曾說：
「在空間與時間裡，沒有任何說法告訴我們這種互相關聯如何發生。
在時空之外，必定存在某個現實。」這個在時空之外的現實的存在，
暗示這個宇宙並非全部。因此，量子的這種詭異之處，
確實給了我們一個展開時光旅行的缺口。
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如果你問多伊奇這個缺口的事，他會說那和多重世界詮釋有關。
這個論點是，光子之類的量子粒子可以同時存在於兩個地方，
因為它們的存在並非單數。
在這世界裡，光子在這裡，但還有在其他世界裡，光子在那裡；
有些更奇怪的量子雙縫實驗，讓量子同時通過兩個距離遙遠的隙縫，
讓我們看到多重世界之間的一種〈干涉〉。
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或者說這是多伊奇的看法。
關於這些實驗有許多詮釋，但目前愈來愈受歡迎的多重世界詮釋，
認為當我們在這些世界間移動時只會有一個存在。
代表時光旅行沒有任何哲學性問題，我們不因旅行到更早的時間，
而危及自身的存在，因為我們是旅行到另一個宇宙，另一個時間裡。
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若邁可利用量子時光機回到過去殺了他的祖父，根據多伊奇的論點，
邁可就進入〈多重宇宙〉的分支，他在那個宇宙裡根本沒有出生。
所以，不論他殺的是誰，那個人都不是孕育他父母之一的人。
在那個時候，在那個分支宇宙裡，他沒有祖先。
這些說法都還沒發展出細節──
目前還沒有真正有條理的量子時光旅行理論。這並非令人滿意的答案
事實上，量子時光旅行給出的問題多過答案。
當你的自我意識溜進新世界之一，在另一個宇宙你的分身會怎麼樣？
沒有人知道，但也許你的那個攝影紀錄會開始變模糊…
也許通量電容器是某種量子雷射技術能結合梅里特與多伊奇的想法。
也許，會有人終於搞清楚該怎麼做，然後回到過去把資訊提供給……
等等，那樣不對……
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🌷 恐龍不再是選項
這裡有一個意料之外的路障。
根據邏輯法則你最多只能回到歷史上第一臺時光機創造出來的時刻。
理由很簡單：在第一道時空裂縫出現之前沒有裂縫，沒有其他入口。
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所以，你不可能回到過去狩獵恐龍，或和尼安德塔人交配，
或警告鐵達尼號的乘客，這艘船可能不像船長宣稱的永不沉沒。
雖然這令人失望，但也有好的一面──這代表霍金並非永遠都是對的。
他曾經表示，時光旅行必定不可能發生的一項好理由，
是因為我們沒有認識任何來自未來的時空旅人。
因為在發明時光機之前，是不會出現入口的，
所以現在沒有來自未來的訪客也不代表什麼。
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還有更好的消息。隨著我們展開各種物理實驗，
我們也許會接近歷史上時光旅行成真的時間點，
那票人可能就要開始抵達了。2008年，兩名俄國數學家指出，
日內瓦的歐洲核子研究中心 European Centre for Nuclear Research 的
大型強子對撞機 Large Hadron Collider 可望成為世界第一臺時光機，
因為有足以創造出迷你黑洞的力量。當微小粒子以極高速互相撞擊，
高度集中的能量會彎曲空間和時間到足以創造時間入口的程度，
使時空旅人得以出入。雖然我們目前還沒在瑞士看到迷你黑洞出現，
但這依舊是一個可能性。
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所以如果你在日內瓦突然看到一大群人看來似乎是從未來抵達此刻，
而且不只是一大群日本觀光客，記得向他們打招呼。話雖如此，
還是要小心點，他們可能是回來殺祖父母的──你可能也是目標之一。
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