【GQ科普】解析《橡樹街末日》的科學理論：蟲洞真的能讓人穿越時空？時空通道可以建構嗎？
由安海瑟薇主演的電影《橡樹街末日》，裡面除了大量恐龍與其他古代生物的出現外，最讓大家討論的就是讓整個橡樹街穿越的史前時代的原因。在電影中，由安海瑟薇所飾演的丹妮絲的女兒奧黛麗是一個科學迷，電影一開場她就提到了著名天文學家「卡爾薩根」（Carl Sagan）的理論，隨後電影中的電視裡也播報了地球即將遭受到一系列前所未有的「太陽閃焰」的新聞，後來更因為太陽閃焰的關係出現了「蟲洞」使得整個橡樹街穿越到了恐龍時代。而最後，雖然丹妮絲成功回到了現代，並且成為了拯救大家的英雄，卻也弄出了一個「時間悖論」，讓電影中的某一個角色最後「不同時空的同一個人出現在時空中」⋯⋯ 以下就詳細解析《橡樹街末日》的科學基礎背景到底是什麼？
1. 誰是卡爾薩根？他的論述是什麼？
- 科學家卡爾薩根是誰
在《橡樹街末日》開場不久，熱愛科學的奧黛麗便提到了知名的天文學家 aka 科幻小說家 aka 科普作家卡爾薩根（Carl Sagan）。薩根出生於 1934 年的美國紐約布魯克林，1960 年取得芝加哥大學天文與天體物理學博士學位，後來長期任教於康乃爾大學，並主持該校的行星研究實驗室。他最為人熟知的身分是科普作家與電視節目主持人，但在成為「把宇宙講給一般人聽」的明星科學家以前，薩根是一位實際參與太空探索計畫的行星科學家，他曾參與 NASA 多項重要任務，研究範圍涵蓋金星、火星、木星、土星及其衛星等。
在 20 世紀中葉，部分科學家仍推測，金星可能是一個溫暖潮濕、甚至生長著茂密植物的世界，但薩根根據金星發出的微波輻射判斷，金星表面其實熱得驚人，並指出濃密的二氧化碳大氣可能造成失控的溫室效應。1962 年，水手二號飛越金星後，觀測結果證實金星確實擁有足以熔化鉛的高溫環境。薩根也曾研究火星表面隨季節改變的顏色，但他認為那不過是風揚起的沙塵罷了，另外，他還推測土星最大衛星泰坦的大氣中，可能充滿複雜有機分子，並很早便討論木星衛星歐羅巴冰層下存在液態水的可能性。
- 科學家卡爾薩根理論為何
值得注意的是，薩根相信宇宙如此巨大，地球不太可能是唯一出現生命的地方，因此積極投入「搜尋地外文明計畫」（SETI），希望透過無線電望遠鏡尋找其他文明發出的人工訊號。但薩根雖然相信外星生命可能存在，卻不代表他會接受所有幽浮傳聞，他秉持「保持開放，但必須要求證據」的態度，認為越驚人的主張，就越需要經得起檢驗的證據。
1980 年代，薩根在發表了一個相當著名的看法，他把宇宙的歷史壓縮成一年，假設如果「大霹靂」發生於元旦，太陽與地球要到九月左右才出現，恐龍大約在聖誕節登場，現代人類則直到跨年前的最後幾分鐘才現身⋯⋯（大家一定都知道這個比喻，但是不見得每個人都知道這就是他所提出的。）
- 卡爾薩根的理論與《橡樹街末日》的蟲洞
而對應到《橡樹街末日》的「蟲洞」主軸，其實卡爾薩根真的與「蟲洞」成為大眾文化中的時間通道有著密切關係！薩根在創作科幻小說《接觸》（Contact，1997 年被翻拍成同名電影，並獲得 1998 年雨果獎）中，就提到女主角能以某種符合物理學的方式快速前往遙遠星系，而在寫作時，他請教了理論物理學家基普索恩（Kip Thorne）意見，兩人討論出傳統黑洞並不能讓人安全穿越，但廣義相對論的方程式可能允許一種由「奇異物質」支撐、能夠雙向通行的「蟲洞」。
這場源自科幻小說的討論，促使了後來的人更認真研究「可穿越蟲洞」，甚至進一步討論它是否能被改造成時間機器可能性。所以《橡樹街末日》在開場提到卡爾薩根，很可能不是隨便放進去的科學家彩蛋，從《接觸》到《橡樹街末日》，兩部作品都把蟲洞視為「人類跨越宇宙尺度的捷徑」，只不過薩根筆下的蟲洞通往遙遠星球，《橡樹街末日》則讓它通往地球自己的史前時代。
2. 什麼是「太陽閃焰」？對地球有什麼影響？
- 「太陽閃焰」跟「打開蟲洞」可能關係不大
在《橡樹街末日》中，電視新聞反覆報導太陽閃焰活動異常升高，隨後橡樹街遭遇暴風雨、停電、氣壓變化與刺眼白光，整片社區更被傳送到史前世界。這段劇情把太陽閃焰描寫成一顆啟動時空異變的宇宙開關，不過現實中的太陽閃焰雖然真的可能癱瘓通訊與電力系統，但跟「打開蟲洞」可能關係不大。
我們知道，太陽是一個由高溫電漿、磁場與帶電粒子構成的巨大天體，表面看似緩慢流動，內部與大氣中的磁力線卻會隨著太陽自轉及電漿運動不斷拉扯纏繞，當累積的磁能達到臨界點，原本方向不同的磁力線可能突然斷裂並重新連接，這種現象稱為「磁重聯」。磁場儲存的能量會在極短時間內被釋放，把周圍電漿加熱到上千萬度，同時加速電子、質子與其他粒子，產生從無線電、可見光、紫外線、X 射線 ⋯⋯ 等強烈電磁輻射。科學家通常依據人造衛星觀測到的 X 射線強度，把太陽閃焰分為五個等級，每一級的能量大約相差十倍。太陽閃焰出現的頻率也會跟著約 11 年的太陽活動週期變化，在「太陽極大期」附近，太陽黑子增加，強烈閃焰與其他太空天氣事件也會變得更加頻繁。
- 三種「太陽風暴」
不過電影與新聞經常把三種不同現象統稱為「太陽風暴」。第一種是「太陽閃焰」，也就是突然增強的電磁輻射；第二種是「日冕物質拋射」（CME），代表太陽把大量電漿與磁場結構拋向太空；第三種則是高速的「太陽高能粒子事件」。它們經常同時出現，卻不是同一件事，一場閃焰產生的光與 X 射線會以光速前進，大約八分二十秒後抵達地球，因此人類看到閃焰時，它對地球向陽面電離層的影響其實已經開始。「日冕物質拋射」則是一團真正具有質量的電漿，通常需要一天至數天才會抵達地球，而且也不是每次閃焰都伴隨著朝向地球的 CME。而當閃焰的 X 射線與極紫外線抵達地球時，大部分能量會被高層大氣吸收，不會像災難片中的火焰般直接掃過地表，但它會使向陽面的電離層突然增加大量帶電粒子，這時依靠電離層反射訊號的短波與高頻無線電通訊，可能因此出現雜訊或完全中斷，航空、船舶、軍事通訊及緊急廣播都可能受到影響，全球定位系統的訊號穿越電離層時也可能產生誤差，衛星電子設備則會面臨高能粒子破壞、感測器失常或太陽能板劣化等問題。
- 「地磁暴」真實事件
如果日冕物質拋射攜帶的磁場方向，恰好能與地球磁場強烈作用還可能引發「地磁暴」，當地球磁層受到壓縮與擾動後，極光會擴展到比平常更低的緯度，高層大氣被加熱膨脹，低軌道衛星面臨的阻力增加，軌道可能因此下降。快速變化的磁場還能在長距離輸電線、海底電纜與管線中感應出額外電流，導致變壓器過熱甚至大規模停電。而歷史上也曾出現相當著名的例子，也就是 1859 年的「卡靈頓事件」，在該事件的第一次極強烈的白光閃焰發生約 17 小時後，大型地磁暴侵襲地球，極光一路出現在接近赤道的地區，部分電報機甚至在切斷電源後仍能依靠感應電流運作，還出現火花與起火事故。而 1989 年的地磁暴則曾使加拿大魁北克電網在數十秒內崩潰，約六百萬人停電九小時。
- 《橡樹街末日》的能量波動合理嗎
所以在《橡樹街末日》中，強烈太陽活動造成通訊異常或電力中斷是相當合理的，如果電影裡的停電源自地磁暴對電網的衝擊，確實具有現實基礎。其次，CME 抵達前後可能擾動地球高層大氣與磁場，但它不會讓單一住宅區突然出現可以被明顯感受到的巨大地面氣壓差；至於吞沒橡樹街的白光，也不像一般太陽閃焰，閃焰發生在億萬公里外的太陽表面，不會像探照燈一樣從街道中央亮起。但最重要的是，目前沒有任何被接受的物理理論顯示，太陽閃焰可以製造或啟動蟲洞，太陽閃焰釋放的能量雖然極其龐大，卻分散在廣大空間中，抵達地球的部分更不足以把時空彎曲成能夠搬走整個社區的程度。
3. 什麼是「蟲洞」？它真的能讓人穿越時空？
- 何謂蟲洞
我們經常用一張對折的紙解釋蟲洞，在紙上畫出兩個相隔很遠的點，沿著紙面移動必須走過漫長距離；但如果把紙對折，讓兩點靠在一起，再從中間打出一個洞，就能瞬間抵達另一端。這個比喻很容易理解，但物理學中的蟲洞當然不是在空間裡挖出來的隧道，而是一種假設存在的特殊「時空幾何」。
蟲洞的兩端通常稱為「洞口」，中間最狹窄的部分則稱為「喉道」，兩個洞口可以位在同一宇宙的不同地點，也可能連接不同時間，甚至在部分假設中連接不同宇宙。從外部空間觀看，兩個洞口或許相隔數千光年，但穿越喉道的距離可能只有幾公里，旅行者並不是在通道裡超越光速，而是選擇了一條本身比較短的路。因此，這種設計至少在概念上不必讓物體局部違反「不能超越光速」的限制。
前面提到蟲洞的完整概念大約是卡爾薩根所架構的，但其理論基礎源自於愛因斯坦與另一位知名美籍猶太裔物理學家納森羅森在 1935 年共同提出的「愛因斯坦—羅森橋」理論，兩人原本想利用廣義相對論描述基本粒子，發現黑洞解可以呈現出兩片時空由一座橋相連的形式。然而這種橋並不是《橡樹街末日》裡可以讓一家人跳進去的傳送門，它存在於理想化的永恆黑洞模型中，會在任何物體通過以前迅速閉合，內部也伴隨事件視界與致命環境。
- 時空通道可以建構嗎
到了 1980 年代，物理學家們開始反過來思考，如果要設計一座能讓人活著通過的「通道」必須具備什麼條件？首先，通道不能有阻止返回的事件視界；其次，喉道必須維持開放，不能在人進入時立刻坍塌；最後，內部的重力與潮汐力不能強到把人體拉成一條細絲。問題在於，普通物質的重力傾向使蟲洞閉合，要撐開喉道似乎需要具有「負能量密度」的奇異物質，並違反廣義相對論中的某些能量條件。
物理學家史蒂芬霍金後來提出了「時間順序保護猜想」的理論，認為自然定律可能會阻止時間機器真正形成。當蟲洞接近產生封閉類時曲線時，量子場的擾動可能在通道裡反覆循環，能量不斷累積，最後破壞蟲洞或使通道關閉，這項猜想尚未獲得完整的量子重力理論證明，卻代表廣義相對論方程式允許某種幾何結構，不等於自然界一定會讓它穩定存在。
- 《橡樹街末日》比蟲洞更加誇張
回到《橡樹街末日》，電影裡出現的現象其實比普通蟲洞更加誇張，一般蟲洞比較像連接兩地的門，角色必須穿過入口才能到達另一端；電影卻是整片橡樹街連同房屋、汽車、居民、地下管線與周圍土地一起被切下，再與史前地貌交換位置。同時，電影裡出現的生物來自完全不同年代，腔骨龍來自三疊紀，異特龍、劍龍與雷龍屬於侏羅紀，優甲龍、棘龍與鐮刀龍則生活在白堊紀，泰坦巨蟒與煤龜甚至要等到恐龍滅絕後的古新世才出現。一座只有兩端的普通蟲洞應該連接相對明確的時間與地點，不會自動把上億年間的生物混合在同一片森林裡。若要合理化電影情節，就必須假設橡樹街並非只連上一個年代，而是遭到多個蟲洞或破碎時間區域同時包圍。
4. 不同時間線的同一個人，真的能「同時」存在嗎？
- 《橡樹街末日》兩位珍妮特
《橡樹街末日》最後最有趣的一幕，是主角一家與鄰居舉辦烤肉聚會時，畫面裡竟然同時出現了兩個一模一樣的鄰居女兒珍妮特？！電影雖然沒有解釋她們的身分，但答案並不難猜：其中一個是經歷恐龍襲擊、從蟲洞回到二十分鐘前的版本；另一個則是這條新歷史中，還沒有被傳送到史前世界的版本。
首先必須釐清，同一個人的兩個版本同時出現在一個時空，並不必然構成邏輯悖論。假設一名 40 歲的人乘坐時間機器回到 20 年前，他完全可能在街上遇見 20 歲的自己。從外部觀察者的角度來看，同一個房間裡出現兩個人；但從時間旅行者自己的生命歷程來看，他依然是從 20 歲活到 40 歲，再透過時間機器返回過去。他的「世界線」只是彎回來，與較年輕的自己在同一段時間重疊，並不是無中生有製造出另一個人。
- 《橡樹街末日》的時空悖論能否成立，解法為何
真正的問題，是兩個版本接觸後會不會改變造成時間旅行的歷史？例如，回到過去的人殺死年輕的自己，他便不可能活到未來並搭乘時間機器；但如果他沒有活到未來，又是誰回來殺人？這就是著名的「祖父悖論」或一致性悖論。另一類是「自舉悖論」：未來的人把一份時間機器設計圖帶回過去交給科學家，科學家依照設計圖製造時間機器，數十年後再由旅行者把同一張圖帶回去。這份設計圖在因果循環裡不斷傳遞，卻找不到真正的創作者。
面對這些問題，第一種解法是「固定時間線」。依照「自洽性原則」所說的，「時間旅行者可以回到過去，但他所做的一切早已包含在歷史之中，任何會造成矛盾的行動都不可能成功」。例如，你可以對年輕的自己開槍，但槍可能卡彈或打偏，甚至正是這次攻擊促使年輕的你在未來研發時間機器。你的自由選擇仍然存在，只是所有選擇最後都必須構成同一段自洽歷史。
研究團隊曾用撞球進行思想實驗：一顆球進入時間機器後回到幾秒以前，撞上較早的自己，似乎會使自己無法進入時間機器，但計算卻顯示，它可能只以特定角度擦撞過去的自己，不但沒有阻止旅程，反而把自己推向當初進入時間機器所需的方向，整個事件看似奇怪，卻沒有發生邏輯矛盾。
第二種常見解法是一條可以被修改的「單一時間線」，在這類電影裡，旅行者回到過去後，未來會隨著他的行動重新改寫，但時間旅行者本人通常暫時不受影響，因此仍保留舊歷史的記憶，這正是《橡樹街末日》表面上呈現的模式，丹妮絲記得格雷格遭異特龍殺死，珍妮特也記得父母遇害，可是當她們回到過去發出警告後，格雷格與珍妮特的父母都活了下來。問題在於，如果原始災難已經被消除，她們又為什麼會回到過去？新時間線裡的珍妮特沒有失去父母，也不會跟著布萊恩逃亡、跳進屋頂上的蟲洞；既然她沒有進入蟲洞，未來那位回來警告大家的珍妮特理應消失，但電影卻讓兩個版本一起生活到兩年後，等於假設時間旅行者能在歷史改寫後繼續存在，成為上一個版本宇宙留下的「因果遺物」。
第三種解法，也是最適合解釋電影結局的方法，就是「分支時間線」（簡單來說就是漫威宇宙一直在說的「多重宇宙」）。在「分支時間線」理論中，時間旅行者沒有真正改寫過去，而是在抵達過去時進入或創造一條新的歷史分支。原始時間線 A 裡，橡樹街居民被送往史前世界，格雷格與珍妮特的父母死亡；珍妮特穿過蟲洞後，來到時間線 B 的 1982 年，在 B 時間線中，原本便存在一個尚未經歷災難的珍妮特，因此當 A 時間線的珍妮特現身後，同一個世界自然會暫時擁有兩個版本。
如此一來，A 時間線的珍妮特不會因改變歷史而消失，因為她的出生、成長與穿越都發生在另一條時間線；B 時間線的珍妮特則擁有完全獨立的未來。兩人基因相同，也共享回到過去以前的大部分人生，但從分支出現的那一刻開始，她們便接收不同經驗、形成不同記憶，嚴格來說已經是兩個獨立的人了。