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2018-10-01穿越時空的旅人
586 期
Author 作者
謝育哲／生命是不斷地學習與探索新事物，追求真善美，本刊編輯
相信許多人都應該看過日本知名漫畫《哆啦A夢》（『ド ラえもん』）。故事裡面各種天馬行空，激發想像力的道具 令人回味無窮。而故事中最經典的，莫過於「時光機」了。 筆者印象最深刻的是，故事的主人公大雄會利用時光機， 回到過去與早在童年時期就已過世的祖母身邊尋求慰藉。 當奶奶第一眼見到「未來」的大雄，便認出這就是她心中 最疼愛的小孫子，祖孫相逢的情節令人動容。
穿越時空一直是人類最想企及，卻始終實現不了的浪漫。 許多的文學作品、科幻題材以及大眾文化內佔有一席之地。 文學方面，英國著名小說家威爾斯（H. G. Wells）筆下的《時間機器》（The Time Machine）便是一例。故事講述主角利 用自身發明的時光機器穿梭至西元802701年，見識到未來 的人類分為獵食者與獵物2種族群，並在荒蠻世界中冒險。 影視題材部分，1985年經典電影《回到未來》（Back to the Future）也是令人津津樂道的科幻片。電影描述主角被 意外送回1955年，巧遇過去的父母。但尷尬的是，主角的 母親竟然愛上了自己，這使得主角不得不「矯正」過去的 時間線，努力地讓父母重新愛上對方，以確保自己可以順利出生。
以上種種例子代表著人們對於穿梭時空有著無比的想像。 或許是因為每個人都有遺憾吧！我們總是可以聽到身邊的 親友，甚至是自己，不斷地重複「早知道就……」、「如果 可以重來，我一定……」等悔不當初的字句。我們希望可以 回到過去，改變當時錯誤的抉擇，或是讓自己的後悔有個 圓滿結局。當然除了回到過去，到「未來」旅行也一直是 人們的渴望。如果可以窺探未來的一小角，哪怕是知道一 點點，或許能為捉摸不定的人生做些微的準備。
但時光旅行真的如此遙不可及嗎？當然，「回到過去」是 不可能的，根據物理定律以及當今科技，這並不被允許； 但是，「接觸未來」或許還有那麼一點可行性。根據愛因斯坦的狹義相對論（special relativity）指出，所有相對於一 個慣性系統移動的時鐘都會走得比較慢。用更簡單的說法， 當移動的速度越快，時間將會走得越慢，這正是所謂的「時間膨脹（time dilation）」。這在1971年，由物理學家哈菲爾（Joe Hafele）與基廷（Richard Keating）實驗驗證。他們將高度精確的原子鐘置於飛機上，第一次向東快速飛行， 第二次則向西，最後再與實驗室內的原子鐘進行比較。考慮到相對於地球的運動，向東飛行與地球自轉方向相同， 所以飛機的速度快於地面，時間過的更慢；另外向西飛行則相對於地面速度較慢，時間則會越快。根據理論計算， 向東飛行的原子鐘會慢40±23奈秒，而向西飛行則會快 275±21奈秒。實驗結果顯示，向東飛行慢59±10奈秒， 向西飛行則快273±7奈秒，實驗數據皆在相對論的預測範圍內〔註一〕，也就證明了速度越快，時間過得越慢。
當然，以現今的科技是無法讓我們抵達更久之後的未來， 而且還沒辦法回到現在呢！但這樣的實驗已經給夢想家們 一張可行的藍圖，或許在未來，時光旅行並非癡人說夢。 但不論如何，過去已成追憶，處於「現在」的我們，還是 想想如何把握當下，充實自己的人生更實在吧！
〔註一〕哈菲爾與基廷的實驗數據除了包含狹義相對論的時間膨脹效應，另 外也涵蓋廣義相對論中重力影響時間膨脹的效應。本文中數據為結合2種 理論效應的實驗結果，詳細的實驗細節與各項數據可於維基百科內（https:// goo.gl/yCiHjQ）查看。
延伸閱讀 C.W. Chou et al., Optical Clocks and Relativity, Science, 2010.