【有雷慎入】量子力學支撐《復仇者 4》劇情,原來當英雄需要懂物理阿!

《復仇者聯盟 4》在全球各地火熱上映,時空旅行是劇中的關鍵行動。在《復仇者聯盟 3》中,薩諾斯取得無限寶石,摧毀宇宙一半的生命;然而薩諾斯也把寶石都毀了。在《復仇者聯盟 4》,英雄們為了拯救另一半的生命,展開時空旅行,回到過去尋找寶石。

若觀眾有相對論的基本知識,對劇情就能有更多的體悟。愛因斯坦是相對論的奠基者,是復仇者聯盟穿越時空的基礎;鋼鐵人也在劇中提到了「戴維.多伊奇」,他是牛津大學的理論物理學家,他的理論《近封閉類時線量子力學》更是影響劇情的關鍵理論。此外,影片裡面還有平行宇宙、量子物理等等。這些理論是什麼,下文帶你科普。

狹義相對論:人類無法回到過去

時空旅行是可能的嗎?我們先從愛因斯坦的相對論來看。

相對論分為狹義相對論和廣義相對論,在狹義相對論中,一個坐標系的移動速度愈快,它的時間就愈緩慢;也就是說,若我們搭上速度極快的火箭,火箭外的時間就會變快,我們就相當於前往未來。目前狹義相對論已獲得實驗證實,但依據該理論,時間是單向的,人類無法回到過去。

封閉類時空曲線:會產生祖父悖論

至於廣義相對論,則加入重力造成時空扭曲的概念。在黑洞中心,強大的引力讓時空嚴重扭曲與破裂,連接黑洞與白洞,產生蟲洞,人類可以藉此穿越時空,回到過去。

當中,有個封閉類時空曲線(closed timelike curve,CTC)理論。該理論表示,一條 CTC 是一物質粒子於時空中的一種時間線,是封閉的,也就是會返回起點。根據該理論,改變過去就會改變未來的歷史,產生邏輯問題。

最經典的就是「祖父悖論」。若我們回到過去,把祖父殺了,我們就不會出生;但若我們沒出生,就不會把祖父殺了,因此產生矛盾的結果。

那麼,復仇者聯盟是用什麼理論回到過去的?

解決祖父悖論:加入量子力學的概念

在影片中,蟻人告訴浩克,說回到過去後絕對不可以和過去的自己接觸,也不可以殺死任何人,以免改變歷史,造成所謂的「祖父悖論」;浩克卻回答,「我們回到的過去屬於另一個時間線,是平行宇宙,不會對目前的時空產生影響」。

鋼鐵人也在劇中提到了戴維.多伊奇(David Deutsch),他的理論《近封閉類時線量子力學》(Quantum mechanics near closed timelike lines)是影響劇情的關鍵。根據原本的封閉類時空曲線理論,改變歷史會產生祖父悖論,但戴維.多伊奇加入了量子力學的概念。量子物理有「機率疊加」的概念,可將粒子一種機率波,若我們回到過去殺掉祖父,那是「機率」,所以祖父沒死,我們也沒死,因果律沒有被打破,解決了祖父悖論的問題。

此外,還有替代宇宙(alternative reality)的概念,也就是說,當我們回到過去並做了某些改變,就會產生時間線的分支,創造全新的宇宙,不會影響現有的時空。英雄們回到過去借用寶石,拯救完地球之後,再次回到過去,將寶石還回原本的時空,也是為了避免創造新的平行宇宙。

現實:回到過去技術上不可行,理論也尚未證實

相對論和量子力學是很複雜的概念,當中也有不少尚未獲得證實的理論,例如蟲洞、平行時空。所以現實上,回到過去不只是技術不可行,連理論都未獲得證實。

然而,了解這些科學理論,可以在看《復仇者聯盟 4》的時候獲得更深的樂趣,當別人只是在享受聲光的時候,你還可以說出「根據封閉類時空曲線,鋼鐵人……」之類的科學體悟。

參考資料來源:
1.《DeepTech 深科技》:〈《复联 4》中这位科学家的理论是时间穿越关键!钢铁侠差点因此拒绝出手 | 剧透预警
2.《泛科學》:〈《復仇者聯盟 4》告訴你:懂物理學可以拯救世界?
3.《香港 01》:〈【內含劇透】《復仇者 4》時間旅行、量子力學 原理解釋你知
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Flickr CC Licensed)

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