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编者按：本文包含对于电视剧《开端》的大幅剧透 ， 请酌情阅读 。
前言
最近 ， 在朋友圈各路大神的强烈安利之下 ， 入坑了《开端》 。 不得不说 ， 华语影视剧领域已经很久没有出现过这种带有科幻元素而又逻辑通畅的剧集了 。 在《开端》中 ， 男女主角搭上了一辆载有一颗炸弹的 45 路公交车 。 一旦他们因为爆炸或是睡着而失去意识 ， 便会发生时间倒流 ， 他们也会重新回到还未爆炸的公交车上 。 主角团需要在这一次又一次的循环中 ， 找到解救全车乘客的方法 。 这种无限时间循环的题材在以往国外的科幻剧作中并不少见 ， 比较出名的例子有《源代码》、《忌日快乐》等 。 然而 ， 《开端》仍然以新颖的剧情设计、严谨精致的细节与伏笔而广受好评 。 无论是在原著小说还是影视剧中 ， 作者都没有提及时间循环发生的技术原理 。 因此 ， 本文将尝试补全这一物理背景 。 我们将根据物理学家马尔达西那（Juan Martin Maldacena, 1968–）与萨斯坎德（?Leonard Susskind, 1940–）于 2013 年发表的 ER = EPR 原理 ， 阐述如何构造一台可能可以实现时光回溯的时间机器 。
我们的基本逻辑是这样的：首先 ， 在两个不同时刻制造处于量子纠缠状态的基本粒子；然后通过 ER = EPR 原理将这些纠缠粒子转化为连接这两个不同时刻的虫洞 。 这样 ， 两位主角就可以在满足触发条件时 ， 通过虫洞返回到炸弹还未爆炸时的公交车上 。 这种逻辑设定可以合理地解释为何会发生时间循环 ， 以及为何循环不会提前到炸弹上车之前、为何肖的身体状态会越来越差等一系列原作者挖了却又填不上的坑 。 不过在此之前 ， 我们需要先了解一下虫洞、量子纠缠、ER = EPR 等基础概念 。
黑洞、白洞、虫洞
如果你关注科幻 ， 那么我相信你一定不会对黑洞（black hole）这个概念感到陌生 。 在 2014 年上映的《星际穿越》中 ， 科学顾问基普·索恩（Kip Thorne, 1940–）及其团队利用数值相对论的计算为我们还原了一个相当真实的天文学黑洞 。 黑洞完全是引力的直接产物 。 通常物质中基本粒子之间的电磁相互作用要远大于引力相互作用 。 然而 ， 如果有极大量的物质聚集在一起 ， 它们之间的产生的引力便有可能克服粒子间的电磁斥力 ， 从而使这些物质不断地向中心坍缩 ， 形成越来越致密的星体 。 随着越来越多的物质被吸入 ， 星体能产生的引力也越来越大 ， 从而进一步导致更多的物质被吸入 。 这种正反馈作用一旦开启便无法逆转 。 星体产生的引力越来越大 ， 直到某一时刻 ， 连光也无法从星体的表面逃离 。 我们的时空中便因此而产生了一个几乎完全不发光的区域 ， 也就是黑洞 。 我们唯一能看见的 ， 只有在黑洞外围不断绕着它旋转的一层光环（吸积盘) 。

文章图片

图 1天文学黑洞及周围吸积盘的计算机渲染图（Source: NASA)
黑洞在许多人眼里几乎已经成为了神秘的代名词 。 然而实际上 ， 1915 年 ， 在爱因斯坦（Albert Einstein, 1879–1955）发表他的广义相对论仅仅几个月后 ， 史瓦西（Karl Schwarzschild, 1873–1916）便找到了爱因斯坦引力场方程的一个解 ， 即史瓦西解 。 而史瓦西解的中心就是一个最简单的黑洞 。