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我們都是時間旅人：時間機器如何推動科學進展，影響21世紀的人類生活

為了解決h開頭英文名字女的問題，作者詹姆斯．葛雷易克 這樣論述：

 改變過去Ｘ回到未來 當代科普大師葛雷易克 打造現代歷史、哲學、文學、影視和科學中的時間文化誌   　　◆ H•G•威爾斯的《時間機器》，告訴我們動動按鈕就能回到一萬年後？ 　　◆殺死希特勒，卻無法改變死傷慘重的第二次世界大戰？ 　　◆費茲傑羅讓班傑明的生老病死順序與常人相反！ 　　◆伍迪•艾倫讓現代人穿越百年與海明威當朋友！ ◎ 推動百年科學進展的，始自H‧G‧威爾斯的《時間機器》？  　　人類原本活在當下，但當十九世紀末，H‧G‧威爾斯寫下《時間機器》、將時間與旅行兩字結合一起，人類自此打開了對於時間軸的想像。時間不再像箭般往前奔射，我們透過遠觀過去和千百年後的樣貌，改變了對時間的

認知，展開了二十世紀物理學的華麗序幕。   　　想像宇宙裡存在無數個時間裂縫，我們只要找到其中一個就能改變世界。改寫歷史甚至開拓新世界的夢想，讓愛因斯坦、艾丁頓、惠勒、霍金等理論物理學家無不懷抱希望，紛紛提出重力場、蛀孔理論、多重宇宙等新學說，可以說，時間機器不只存在文學裡、也不是瘋狂科學家的兒時夢想，學術圈的熱烈討論促成近代物理理論和實驗的無數進展。   ◎ 如果可以重新定義「時間」，「我們」會是什麼樣子？  　　殺死希特勒能不能改變二戰結果？如果世界即將毀滅，回到過去有沒有可能找到解決辦法？住在時間機器裡會不會變老？「過去」與「未來」有沒有可能同時存在於另一個時空？一個世紀以來，文學再度

奪回人類想像力的主導權，從吳爾芙的《歐蘭朵》、費茲傑羅的〈班傑明的奇幻旅程〉、波赫士的《歧路花園》，到海萊因的《4=71》、查爾斯•游的《時光機器與消失的父親》，時間不再是單線道，而是無限多重的分岔路，文學超越科學，如同H‧G‧威爾斯，再度領先於物理的進展。   　　繼暢銷書《混沌》後，葛雷易克在時間系統化和全球時區化的今天，探索為何現今物理學仍要追索時間的本質，以及當代影視文化中懷念過去和渴望未來的時間旅人為何不曾斷絕。在這本時間的觀念史裡，他認為現實生活中早有「時間機器」：人們跟著全球時區所規定的時間作息，往前往後都有明確時間座標可循。從那時開始，時間感就是人類文化中不可或缺的一部分，對「

歷史時間」敏感更是近來的事，我們如此汲汲營營打造時間膠囊和歷史博物館，當中都藏有人類對活在當下的困惑，以及對回到過去美好年代的盼望。時間機器不只是一本書、一種觀念，也是一種科技物，改變過去、回到未來的渴望促成了時間膠囊的發明、蛀孔旅行的新技術，甚至在二十一世紀的今天，推特（twitter）上的古人都有自己的穿越帳號，他們穿越來的生命都將會活得比真實中的我們更長久。   ──審訂── 卜宏毅（加拿大圓周理論物理研究所博士後研究員） 難攻博士（中華科幻學會會長、監事）   ──穿越時空讚美── 冬陽（文字工作者） 臥斧（文字工作者） 難攻博士（中華科幻學會會長、監事） 作者簡介 詹姆斯．葛雷

易克 James Gleick 　　全球知名科普作家，長期關注科學、科技及文化影響力議題。 　　1954年出生於紐約，1976年畢業於哈佛大學，在《紐約時報》擔任編輯及記者職務達十年。多年來為《紐約時報》科技專欄「Fast Forward Column」撰稿，1989~1990年間曾擔任普林斯頓大學麥格羅名人講座講師（McGraw Distinguished Lecturer）。他也是《全美最佳科普文選》叢書第一位編輯，並於2017年當選美國作家協會會長。 　　2012年出版暢銷書《資訊：一段歷史、一個理論、一股洪流》，並獲得英國皇家協會科普書獎。他的第一本書《混沌：不測風雲的背後》入圍

美國國家書卷獎及普立茲獎決選，「蝴蝶效應」等複雜理論觀念自此廣為人知，並在世界各地掀起一股討論的熱潮。其他知名暢銷科普著作包括《理查・費曼：天才的軌跡》、《牛頓傳》、《毫秒必爭——全面加速的時代》（Faster）、《方才之事》（What Just Happened）都曾入圍普立茲獎決選，翻譯成三十國語言出版。 　　部落格：around.com/ 譯者簡介 林琳 　　淡江大學英文系畢。 　　偽台北人，科幻奇幻愛好者。 　　如果搭上時間機器，想去維多利亞時代倫敦。   導讀 一些可能有用的旅行資訊 卜宏毅 1機器 2世紀末 3哲學家與廉價雜誌 4古老的光芒 5用你的鞋

帶 6光陰似箭 7河流，小徑，迷宮 8永恆 9被埋藏的時間 10倒轉 11悖論 12時間是什麼？ 13我們唯一的船 14當下   致謝 資料來源與延伸閱讀 圖片版權聲明   導讀 一些可能有用的旅行資訊 卜宏毅  加拿大圓周理論物理研究所博士後研究員 　　我們都是時間旅人？我們已經可以時間旅行了嗎？！雖然我們都對哆啦Ａ夢的時光機不陌生，但原來時間旅行與時間機器的這個想法，是在上個世紀英國作家威爾斯（H. G. Wells）的科幻作品中才首次露面。「時間旅行」確實是個引人入勝的概念，光是提到這個名字，每個人心中或許都浮現出自己的故事與畫面，卻又難以道盡：也許是因為我們總不免懷念過去，也

許是後悔某些決定，又也許是對充滿未知變數的未來好奇。或多或少，我們也都想像過如果能時間旅行會是什麼樣的場景。當然無數的小說與電影，例如：《風雲人物》（It’s a wonderful life, 1946）、《回到未來》（Back to the future, 1985/1989/1990）、《接觸未來》（Contact, 1997）、《救世主》（The one, 2001）、《蝴蝶效應》（The Butterfly Effect, 2004）、《真愛每一天》（About Time, 2013〕）、《超時空攔截》（Predestination, 2014）、《星際效應》（Interstella

r, 2014）也在時間旅行的主題上譜出動人的故事，有些故事甚至能我們更反思當下生活的點滴。這就是時間與時間旅行的魅力，但同時，我們卻也常忘記自己其實就也隨著時間流逝而變化衰老，一直不由自主的在時間中旅行──屬於我們自己的時間旅行。 　　本書作者葛雷易克用他個人的品味與廣泛探究，綜合歷史哲學、文學、科學、文化等不同面向來探討時間旅行這個主題。從第一章開始，作者以時間旅行的始祖開頭，接著娓娓道來和時間相關的想關想法和概念，包括第四維度，未來學，未來主義（第二章）悖論，黑洞，蛀孔，相對論，同時的相對性，光（第三章），記憶（第四章），自由意志，宿命論，決定論（第五章），熱力學，時間箭頭，熵（第六章

），時間之河，量子力學，量子電動力學，薛丁格的貓，多重世界（第七章），佛教，永恆，幻象（第八章），時間膠囊（第九章），蝴蝶效應，多重宇宙（第十章），因果論，封閉類時曲線，時序保護猜想（第十一章），量子引力（第十二章），非自主記憶，精神時間旅行（第十三章），到最後一章（第十四章）作者提到時間是個殺手，時間旅行是躲避死亡的一種手段，並給出活在當下的忠告。書中隨意的輕重分配比較像是作者在飽覽與時間與時間旅行的相關作品與研究後，思緒與心得恣意奔馳的作品──有時是概念的匆匆一瞥以及在不同章節的跳躍出現，有時是突然大量描述引用小說的劇情；作者這樣的安排或許增加了讀者對書中提到的各個領域理解的困難度，但也確

實激發讀者對某些從未耳聞的主題或作品有一探究竟的動機。本書像是一次出航，讓不同背景的讀者在不同的章節找到共鳴而流連（讀者可以看看是否你對時間旅行的聯想也被納入書中，而作者又是用什麼樣的角度去描述）。本書或是又更像一個地圖或是一袋種子，讓思緒或好奇在某個午後發芽。 　　在讀者打開這張地圖上路之前，或許以下的額外的物理旅行資訊會有所幫助： 　　時間和空間，像是兩個擁有截然不同特性的東西。在日常生活中，我們可以在空間中相對自在的移動，但在時間中我們只能往前。在牛頓的時代，人們認為存在著絕對的時間與空間：他們提供了萬事萬物存在互動的舞台。想像一下，在這樣的絕對時間與空間中，有位在地面上的觀察者Ａ，

和相對於Ａ在等速運動的火車裡的另一位觀察者Ｂ。如果Ｂ丟出一個球，那麼Ａ將會看到這顆球的速度是火車相對於Ａ運動的速度加上Ｂ（相對於火車不動）丟球的速度。然而，到了十九世紀，人們漸漸注意到時間和空間並非獨立運作，他們以一種巧妙的方式一起合作，讓即使是相對運動速度接近光速的兩位觀察者（例如在地面上的Ａ，和相對於Ａ在一個接近光速且等速運動的火箭裡的另一位Ｂ），居然量測到的光的速度都是一樣！如果你還記得描述速度概念時我們同時用到了時間與空間的概念（例如：火車的速度是每小時一百公里），意味著時間和空間的建構在不同的座標系統（即是兩位觀察者各自存在的座標系統）並不一樣，使得Ａ與Ｂ能測量到同樣的光的速度！甚至

對Ａ來說兩個「同時」發生的事件對Ｂ來說卻並非同時（相對論就是這樣「相對」的概念）。一九○五年愛因斯坦提出的狹義相對論即是描述與規範了時間和空間（還有質量）的相對性。因為時間和空間的共同合作，時間和空間也一併稱為時空（spacetime）：三維空間加一維時間（而不是指把時間當成空間的四維空間描述）。這就是書中隨處可見的第四維度，第一章提到的時空就像是個「塊體（block）」的結構，以及尤其在第四章提到的光和時空的背景故事。 　　理解時空的故事還在繼續。狹義相對論雖然有了時空的概念，但在狹義相對論所討論的時空，是個處處均勻的「平坦」時空。人們接著發現時空可以彎曲，而且物體在彎曲時空中的表現，就等

同於重力對物體的影響。同時，物體本身的存在也造成了時空的彎曲。一九一五年愛因斯坦提出的廣義相對論即是描述上述的時空彎曲與能量（與質量）的關係。而黑洞（在廣義相對論中被理解成一種時空結構）附近的奇怪性質是最經典的一個例子：黑洞的內部被定義成是光都無法往外逃出的區域，而在黑洞外部，空間在黑洞附近會沿著半徑方向被拉長，而越靠近黑洞時間流逝的越快，而且光線還會被彎曲（黑洞內部的時空結構則又更奇怪了）。因此，的確可能利用時間流逝速率的差別來做時間旅行。如果太空船有機會靠近黑洞，待一陣子再離開的話，太空船裡的人經歷的時間會比沒有靠近黑洞的人要慢許多，就等於是到達了那些沒有靠近黑洞的人的未來（電影《星際效應

》也有這樣的劇情）。書中的第三章與第十一章簡短的提到了這樣的想法。在提出廣義相對論之後約一百年的今天，我們開車導航所仰賴的全球定位系統（Global Positioning System，其原理是接收在高空至少四個人造衛星送出的訊號再根據時間差來計算在地表上的位置），就必須要考慮在地表的時間流逝比在人造衛星所在高空的時間流逝要慢的相對論效應（就像是在黑洞附近一樣，只是效應要小許多：GPS需要考慮到10-9 秒的時間修正），才能做到精準的定位，這些在書中的第二章也提到。 　　探索廣義相對論所允許與預測的時空結構讓人意外連連。時空不但可以彎曲，還可以旋轉，誕生，甚至有些時空能允許觀察者在不超過光

速的情況下，在時空中不停的「旅行」，最後卻能回到當初出發的時空點（這樣的奇怪宇宙由第十一章提到的哥德爾〔Kurt Godel〕 所發現）。這樣的時空旅行在時空中呈現一個閉合的曲線，也就是在十一章提到的封閉類時曲線（closed timelike curve；這裡的「類時」〔timelike〕指的是旅行過程中從時空的每一點到下一點都在光速的限制內）。這樣的理論允許的時空雖然吸引人，但我們的宇宙似乎沒有這樣的特性。另外，根據廣義相對論，時空也允許可能形成一種蛀孔（wormhole）的結構（在第三章與第十一章提到），而在時空中的兩個地方建立起捷徑。讀者不妨把時空想成蘋果表面，而蛀孔就像是在蘋果上蛀的

一個洞。蛀孔的時空結構並不穩定，無法穩定存在到真的有生物可以穿越過去。因此我們特別稱呼可以穿越過去的蛀孔稱為可穿越蛀孔。想像某個先進文明可以自由控制著蛀孔兩端的入口，將一端放在黑洞附近，另外一端放在遠處，根據洞口兩端的時間流逝的不同（之前提過的相對論效應），經過一段時間後，就可以建立起一個洞口兩端連接起過了過去與未來的時間機器。 　　然而，假如時間機器與時間旅行真的能實現，那又會如何？雖然到達未來的時間旅行在因果關係上比較沒有問題，但如果是回到過去，就會出現一些讓人頭疼的問題。當歷史已經確定，我們有可能回到過去改變歷史嗎？第三章與第十一章提到的祖父悖論，就是時間旅行中經典的問題：如果回到過去

殺害自己的祖父（甚至是殺害自己），你還會存在嗎？的確有些物理學家認真探討過這種問題，大致上有兩種觀點：第一種是無論你怎麼嘗試，絕對無法成功，甚至你回到過去的所作所為就是造成你出發前的歷史。在這種情況下，歷史只有一個，而且因果律被保存下來。這就是時序保護猜想（第十一章）。雖然這樣解決了時間旅行中因果矛盾的問題，但又衍伸出另一個問題：如果回到過去的我們沒有辦法做出或完成某些決定，那麼自由意志在哪裡（第五章）？另一種觀點，是你真的有可能成功殺害過去的自己。這種情況下，自由意志被保存下來，卻又產生了因果矛盾。其中一個解套的方法，就是允許有另一個歷史，但是不同的歷史卻各自存在於不同的世界中。這樣的想法源

自於下面要提到的量子力學所提供的另一種觀點。 　　時間再拉回十九世紀，當相對論為時間與空間帶來新的生命時，人們對分子尺度以下的微觀世界的認識也從發現光量子（光的能量不是連續的，而是一個個可以分開數的「光子」；這樣非連續的本質稱為「量子」）開始而誕生的量子力學而徹底改變。量子力學描述的微觀世界是個充滿魔法的世界：系統的狀態只能允許呈現不連續的物理特性，粒子可以穿牆，粒子也能呈現波的性質，而且對粒子的位置測量的越精確，就越不能確定其運動狀態。在量子的世界中，粒子性質在被測量前呈現隨時間演化的機率分布，直到測量時粒子性質才被確定下來。人們雖然找到描述量子世界中機率隨時間演化的數學描述，卻對這些描述

產生不同的理解與詮釋（儘管這些理解不影響數學公式的運作以及對實驗的預測）。其中一種觀點是沒有被觀測到的結果，其實在另一個世界中被觀測到，而那個世界和我們這個世界彼此各自獨立。 　　在相對論與量子力學在各自的領域獲得空前成功的同時，狹義相對論與量子力學結合成了一個新的分支，稱為量子場論。量子場論中最先被推導出來的部分是（第六章提到的）描述電磁作用的量子電動力學。量子場論適當地描述了基本粒子與它們之間交互作用，唯獨重力還未能包含在這個大架構之下。時至今日，物理學家還在努力朝這個方向前進，希望由一個更廣泛的理論來概括廣義相對論和量子力學。這個企圖將重力量子化的理論稱做量子引力。合併量子力學和廣義相

對論是一個艱難的工作，甚至物理學家們對考慮量子力學後的黑洞表面（廣義相對論中最經典的時空結構之一）的本質，至今過了四十多年還是各有看法，懸而未解。無論如何，量子引力將能回答諸如「時空在極小的尺度下是否是不連續？怎麼不連續？」的艱難問題，並帶給我們對時空更加深刻的理解。在發展量子引力理論的過程中，對於時間空間的維度有了新的猜測，時空也許不只是相對論中所考慮的四維，而有更多的維度（十維甚至更多！）。這些可能存在的高維度世界也許共存著我們宇宙之外的平行宇宙（parallel universe），在某些狀況下這些平行宇宙也可能互相影響。這些概念與十二章提到平行宇宙的分類其中幾種相關聯（多重宇宙也是平行

宇宙的分類之一）。這些「隱藏」的維度是否真的存在或者只是數學上的概念，是物理學界的大哉問。無論如何，在葛雷易克的穿針引線下，讀者將會在一路上隱隱約約看見這些風景。 　　最後，我們再來認識一個和時間有關的物理領域：熱力學。熱力學是探討溫度（能量的一種形式）、系統與環境的能量轉移的一門科學，從八○年代開始，為了增加蒸汽機效能的了解而發展。在熱力學中有些過程一旦發生是無法回到之前狀態的（例如將一杯水倒入大海中），稱為不可逆過程。了解不可逆過程的一種看法是觀察系統的微觀狀態的統計性質──在各種可能的微觀系統組合中，系統的狀態會趨於最可能出現的狀態。不同的系統狀態根據不同微觀系統組合的可能程度，擁有不

同的「熵」值。熱力學中的其中一個定律就是，系統的熵值只會保持不變或是變得越大。後者的陳述描述了不可逆過程，也讓時間有了一個能分辨的方向。就像第六章裡提到的，這讓時間旅行的討論變得更加複雜。 　　「時間」，我們對它為何那麼熟悉又陌生的可能原因之一是，它有太多的名字：很久很久以前、小時候、當初年輕時、長大後、下一世代、未來……。另一個原因，是它也有太多的身分：時間是金錢、是沉澱、是養分、是變化、是河、是箭頭，也是通往永恆的起點（也許是終點）。書中的最後一章，是我最有共鳴的章節。面對永遠，也許在我們的時間旅行中，都有過這樣的時刻： 　　Millions long for immortality

who don’t know what to do with themselves on a rainy Sunday afternoon.（人們渴望永生，卻又不知道在下雨的週日午後要做什麼。） ──英國小說家蘇珊‧艾耳茲（Susan Ertz） 　　你最喜歡書中的哪個章節？如果你可以時間旅行，你想要做什麼呢？   10 倒轉 在時間的旅途上並無羅盤。我們的方向感只要來到無法畫出地圖的維度裡，就等同迷失在沙漠的旅人。――英國作家格拉罕•史威福特（Graham Swift，1949-） 如果你有機會搭一次時間機器，你會往哪個方向走？ 是未來？還是過去？想要往前還是轉身往後？（「羅絲．泰勒，

你告訴我，」超時空博士說：「你想往哪邊走？在時間之中，想要往後還是往前？你來選擇。想選哪個方向？」）你會比較想去一身古裝的歷史時代劇場景，還是超高科技的未來世界？我想應該會分成兩大類，各個陣營裡都有樂觀主義和悲觀主義。疾病是頗需要注意的問題，如果你要去一個對黑人或女性而言特別危險的時代亦是如此。但話又說回來，有些人能在樂透彩券、股市和賽馬場中看見商機，有些人只想重新感受過往美好。許多選擇轉身向後的旅人則是受到悔意驅使――因為過去犯下的錯，或曾錯失機會。 你可能會想知道一下遊戲規則。有安全保障嗎？可以帶任何東西回來嗎？在最後的最後，如果對你來說不只是換換衣服而已，大概可以帶回體悟和記憶。你會是被

動的觀察者，還是有能力改變歷史行進的道路？如果你改變歷史，歷史也會改變你嗎？「是歷史讓你成為了你，」二○一六年，德斯特．帕莫（Dexter Palmer）的小說《版本控制》（Version Control），有個坐在扶手椅上的哲學家說了這句話。「如果你透過時間旅行回到過去，就再也沒辦法成為現在的你了。你將會擁有不一樣的歷史，而且會變成另外一個人。」這麼看來，規則似乎不斷在變動。 雖然後來威爾斯不只出版一本世界歷史題材的書籍，而是兩本，但他卻完全沒有興趣將時間旅人往後送。他只是一路向前衝――然後再向前，直到時間的盡頭。但其他作家沒花費太久時間，立刻看到其他可能性。伊迪絲．尼斯比特（Edith N

esbit）是威爾斯的一個英國朋友，也是一位思想前瞻且自由的社會主義者。然而，在她有機會寫作時，她想一探究竟的地方則是過去。她用了一個不會讓性別成為問題的筆名：「E．尼斯比特」（E. Nesbit）。這位作者往往被歸類為童書作家。