时空旅行离我们有多远时空旅行基础指南

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　　要说起人类尝试进行时空旅行的历史，谁也说不出来个准确时间，但毫无疑问，这是人类长久以来一直想解决的重大命题之一。

　　自打人类产生后悔情绪起，时空旅行这一概念就已经悄然在人们的心目中产生了。当第一次有人懊悔地说出：“我当时要是……”这样的话时，人类的时空旅行史就开始了，虽然只是在口头上和心里尝试，但也算得上是开了先河。而我们的指南也要从这里讲起。

　　人类是地球上所有爱折腾的生物中最爱折腾的一种。大约二十万年前，人类的祖先在非洲诞生（注1），从此地球成为了人类想要征服的最大目标。虽然至今为止，人类仍未完全征服地球的每个角落，但眼界逐渐开阔的人类已经不再局限于“小小的”地球，而是将目光投向更加遥远的宇宙的深处，和更神秘的时间的始末。

　　无论宇宙多么广阔，毕竟也只是空间上的极大尺度，探索宇宙的深处本质上和你出门旅游没有太大区别（反正都是走路，不过是走的远近不同而已啊）。然而对时间的探索却处于完全不同的范畴。在大多数人的认知之中，“时间”一词完全是一种形而上的概念，时间似乎是世界的最顽固的固有属性，任何事物都无法对其产生影响。

　　但物理学家们可能是这个世界上最倔强的人了。他们觉得既然时间和空间一样，只是世界的一个维度而已，为什么我们可以在空间的维度上任意前进后退，却对时间无可奈何，任其摆布呢？

　　他们自然不会屈服于时间的顽固，他们像古代最早的航海家打造独木舟那样，一斧一凿地打造着自己用来探索时间的航船。

　　牛顿在《自然哲学的数学原理》中这样描述绝对时间：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何其它外界事物无关的流逝着”，虽然在许多人的观念中，牛顿就像是科学界的“上帝”，所有牛顿的理论都是正确的，但在时间这个概念上，牛顿和“永远是错的一方”的亚里士多德（注2）的观点一样，坚信绝对时间的存在。这次他错了。

　　我相信大部分人都有这样一种经历：在一节自己完全不感兴趣的课上，你无所事事，东张西望。当你感觉这节课差不多要结束的时候，看了一眼手表，发现才十分钟过去。而一旁很感兴趣的舍友却会惊叹竟然已经十分钟过去了。实际上，时间的“流速”并没有因为你和你舍友的感受而改变，而且永远不会因此而改变。

　　我们的经验告诉我们，绝大多数行为（或者我说全部大概也没有人会来反驳）对时间并不会造成任何影响，时间的绝对性似乎从宇宙伊始就自然而然的存在着。但残酷的是，人们关于物理学的大部分经验都是错误的。

　　1905年，某专利局职员发文声称时间的绝对性或许并不存在，这一观点迅速在物理学界掀起了轩然大波，因为这一结论是完全反直觉、反常识的，于是这位职员也遭受到了许多指责、讥讽和谩骂。但不过几周之后，一位伟大的数学家——亨利·庞加莱也从数学角度计算得到了相同的结论。此后来越多的研究都指出绝对时间这一概念的存在并非必要，甚至它不存在的话会解决更多的物理问题。于是物理学家心中坚持多年的时间绝对性信仰逐渐开始动摇了。

　　相信大家也都猜得出来，这位职员就是伟大的物理学家爱因斯坦，而这篇文章叫作《论动体的电动力学》，狭义相对论的基本原理即在此文中被首次提及。

　　一颗子弹穿过镜子时并不只留下一颗弹孔，而是将整个镜面炸得稀烂。爱因斯坦的这颗子弹已经穿过绝对时间的镜面，等待其完全崩塌的人已经可以开始读秒了。

　　绝对时间的概念不复存在，时空旅行思想的全面普及也失去了最后的阻碍。倒不是说人们已经可以进行时空旅行了——事实上还差得远。但起码，人们已经越来越敢于想象时空旅行了。

　　接下来的几章中，我会给你们详细介绍我们时空旅行者至今为止发现的各种时空旅行的可能方法，少年郎，希望你能努力成为一名优秀的时空旅行者，打造自己时间的航船。

　　注1：很多人可能会觉得奇怪，为什么我说人类起源于20万年前，北京猿人不是五十多万年前就有了吗？而元谋人甚至生活在170万年前。然而北京猿人、元谋人（或者你愿意换成任何中国发现的猿人都可以）和如今的中国人并没有什么亲缘关系。事实上早在现代人出现之前，其他的古人类已经灭绝很久了。所以世界上所有的现代人都起源于非洲，而非起源于各种猿人。猿人和我们的关系和大猩猩和我们的关系类似，都是“近亲”物种

　　注2：我们大家可能在高中的物理书上对亚里士多德产生了一种刻板的印象，即他所说的都是错的。但事实上亚里士多德是一位伟大的科学（哲学、思想）家，是科学发展的先驱者之一。虽然他的很多观点都逐渐被证伪，也不能改变他为科学的发展做出了重大贡献的事实。科学本身就是在不断的证实和证伪的过程中向前发展的。
　　自然，世界上有很多发明发现是纯属偶然，但绝大多数发明还是先在脑中有了异想天开的脑洞，才一步一步实现的。想象是科学技术进步的先行者，它在人类发展的历史上起到了至关重要的作用。
　　时空旅行首先也是靠“幻想家”来实现的，不过是在大脑和作品中。
　　如果把时空旅行这个概念放宽一点的话，最早涉及这方面内容的作品或许来自中国。
　　南朝梁国人任昉在其编写的书《述异记》中记录了这样一个故事：信安珺石室山，晋时王质伐木至，见童子数人棋而歌，质因听之。童子以一物与质，如枣核，质含之而不觉饥。俄顷，童子谓曰：“何不去？”质起视，斧柯尽烂。既归，无复时人。
　　这个故事的大意是晋朝有个叫王质的砍柴人，有天上石室山砍柴，看见几个小孩在下棋，王质就在一边观看。他吃了小孩给的一颗像桃核一样的东西，就不感觉饿了。过了一会小孩问：“你咋还不走？”王质起身一看，发现自己的斧头和柴火都腐烂了。回家才发现，时过境迁，家人已不存在了。
　　这分明就是进行了一次时空旅行啊！震惊！我国竟在一千五百年前就掌握了时空旅行技术！
　　类似的故事在中国古代的文学创作中有不少，虽然完全谈不上有任何科学思想在内，甚至连科幻也算不上，只能说是单纯的幻想。但类似故事的出现无疑展示出中国人在“时空旅行”方面产生的思想萌芽。当然，你要是觉得这只是中国古代劳动人民“朴素的唯心主义时空旅行”，也成，毕竟类似“天上一天，地上一年”的思想深受宗教的影响。
　　随着科学的发展，尤其在绝对时间的概念被打破之后，人们的想象力不再受到类似观念的束缚，时空旅行的相关作品开始井喷式出现并且越来越追求科学性。
　　1955年，伟大的科幻大师阿西莫夫出版了《永恒的终结》这部被称为其最高杰作的长篇小说。诚然，相较于基地和机器人系列，这本书无疑要“不知名”许多，但这本书在时空旅行上的思考和探索是空前的。就像《让子弹飞》给姜文带来了名气，但《鬼子来了》才是姜文最好的作品！《永恒的终结》不是科幻历史上第一部有关时空旅行的作品，但它成为了有关时空旅行的科幻标杆，后来的无数时空旅行小说中都有它的影子。
　　1969年，由两位日本漫画家（注1）创作的漫画《哆啦A梦》开始在杂志中连载，并深受孩子们的喜爱。时光机这一科幻构想逐渐深入人心。科幻不能直接引导科学的发展，但科幻可以让更多人关注科学的发展并尝试投身去其中。《哆啦A梦》这一系列作品在孩子们之间产生的深刻影响，也许会使不少孩子选择成为研究时空相关的物理学者。在这一点上我并没有证据能证明我的观点，但我想这正是科幻的一大现实作用。

　　哆啦A梦

　　1984年《终结者》上映，掀起了一股科幻热潮。时空旅行的设定已经在科幻电影中展现了它独有的魅力。《终结者》系列电影的第一部巧妙地设计了一个“时空旅行环”这样的剧情：反抗军领袖派遣保卫者回到过去保护自己的母亲不被杀害，结果保卫者和女主相爱后来生下了反抗军领袖。这样一个类似外祖母悖论的设定真的非常巧妙。

　　1993年上映的《土拨鼠之日》开创了一个新的时空旅行类型：Time Loop。男主角被困在同一天里，把这一天经历了无数次，无论做出任何选择，时间一到又会回到这天早上。结果……大家都去感叹爱情故事多么感人，还是少有人注意时间循环这个设定多么优秀！

　　2017年崔罗石所著《时空旅行基础指南》发行，将时空旅行这一概念彻底引入高潮，世界各国领导人开始把时空旅行列为改善民生下一步计划的重要一环……

　　咳咳咳……开玩笑开玩笑。

　　总之，人类，尤其是我们时空旅行者（注2），尝试最多的方式就是想象了。这种方式是所有方法之中最简单的，需要的只不过是运气而已。

　　如果你好运结识了一只带有时光机的哆啦A梦或者就恰好遇到了玄幻小说中那种劈不死人但是能把人带回几年前的那种闪电，那么恭喜你，伟大的时空旅行者，你成功了。这种方法只有一个显而易见的缺点，就是，嗯……不科学。

　　所以至今为止并没有切实可信的记录证明现实中有人通过这种方法成功进行了时空旅行。

　　但，不开玩笑的说，千万不要小看这个方法，这是人类在时空旅行方面做过的最伟大的突破，它是所有时空旅行尝试的第一步。在以后的日子里，人类在对时间的探索上越走越远，发现了更多有可能有希望的时空旅行方式，而这是一切的开始。

　　注1：这两位漫画家就是藤本弘（笔名藤子·F·不二雄）和安孙子素雄（笔名藤子不二雄A），但后来安孙子素雄退出，就由藤本弘人单独创作《哆啦A梦》系列。因此你在大部分《哆啦A梦》系列作品上只会看到藤子·F·不二雄的名字。顺便提一句，这位漫画家为成年人创作的科幻短篇漫画异色短篇合集系列看起来也颇有一番趣味。

　　注2：虽然我们之中还并没有人成功，但并不能否认我们旅行者的身份！
　　有句俗话：只要我跑得足够快，我的忧伤就追不上我。这句话不仅是一句鸡汤而已，而是有着深刻的道理和科学依据。只要你能够回到忧伤发生的时间节点之前阻止让你难过的事情发生，你就永远也不会感到忧伤。而要回到过去，我们想出了一个绝妙的方法，就是超过光速。
　　这也是人类继“朴素的唯心主义时空旅行”之后想出的第二种时空旅行方式。
　　17世纪以前，人们一直认为光速是无限的，甚至有很多人并未想过光还有速度这件事情。
　　伽利略也许是第一个尝试测量光速的人。他和他的助手站在两个山顶上，每个人拿一盏灯。伽利略先打开灯，当助手看到灯光时，立即打开手里的灯，伽利略再次看到灯光时停止计时。这次尝试毫无疑问的失败了，我想读者们应该都明白为什么。伽利略根本无法想象光速是那样一个庞大的数字，因此，在这段距离中，光的传播时间甚至比两个人的反应时间还要短，他自然就不可能得到一个正确的结果。
　　但人们并没有放弃尝试测量光速。随着技术手段的进步，测量工具的发展和测量方法的突破，人们在一步一步接近真理。1849年，法国物理学家A.H.L.菲佐用旋转齿轮法测得的光速为c=315000千米/秒。1862年，法国实验物理学家J.-B.-L.傅科测得更精确的数据应为c=(298000±500)千米/秒。
　　光速的测量是一项永远无法结束的工作，物理学家们只能一点一点的接近真理。在科学家们争相发布出光速的更准确结果的同时，又一个问题突然打破了平静。
　　1865年，麦克斯韦成功的将电和磁的部分理论统一到了一个体系之下，也就是我们所熟知的麦克斯韦方程。麦克斯韦的理论预言，光速是固定的一个数值。学过中学物理的同学们应该都知道，牛顿告诉我们，运动和静止都是相对的，任何物体的速度都必定是相对于某一参考系来说的。如果说光速是固定不变的，那在宇宙中势必存在一个固定的参考系。可是，这参考系又是什么呢？为了让整个理论自洽，科学家们认为在空间中充满了一种叫做“以太”的物质，光的速度就是以以太为参考系来测量的。这种说法受到了很多科学家的支持。但是以太这种物质无色无味，也从未以任何方式被人所感知到，听起来就很像是该被奥卡姆剃刀（注1）削掉的东西。因此也有不少科学家对以太的存在表示怀疑。
　　我们来一起思考这样一个问题：如果光速是以以太为参考系运动，那么，相对于以太保持不同运动状态的人应该对同一束光测出不同的相对速度，对吧。基于这个问题，有两位物理学家阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷设计了一个实验来验证。如果上面的以太理论成立，当地球绕太阳公转时，沿地球公转方向的光速和垂直于地球公转方向的光速应当是不同的。打个不太恰当的比方：你在马路上跑步，有一辆车迎面撞向你，有一辆车以同样的速度从侧面撞向你，你肯定会觉得迎面而来的车比较快吧。
　　可是当两人做完这个实验，却发现无论怎么测，光速都是相同的！这就好像是有一条光速狗在追你，于是你拼命向前跑，却发现狗还是用和你静止不动时完全相同的时间追上你咬了你一口，那你还有什么必要跑呢。
　　在之后的十几年中，物理学家们尝试了很多种解释，但是都不够简洁，缺少美感。直到1905年爱因斯坦从另一个角度解释这个问题，才终于结束了这场关于光速的理论战争。
　　可绝对时空不存在，和光速又有什么关系吗？当然是有的，不然我干嘛说啊。
　　首先，我希望你能明白爱因斯坦理论中的一个原则：光速不变。虽然我之前已经提到过了，但我还是要再说一次，因为这是我们这一章最重要的一条原则。想象一下，你拿着一只手电筒，以5m/s的速度向前行走，而光速是299792458m/s，你觉得这个时候手电筒光的速度应该是299792463m/s，但实际上，还是299792458m/s。这也就是说，光速不会因为任何物体的相对运动而改变。这时，另一个问题出现了：速度的定义是物体在单位时间内于空间中的位移，如果光速要保持不变，那么只能是时间和空间出了变化。
　　在宏观低速的情况下，运动和不运动的你除了喘气和流汗之外，不会有什么大的变化。但假设你是以接近光速的速度在运动呢？
　　如果我的视力是鹰眼的几万亿倍，而且居然不会受到你达到光速所带来的一切影响，我就会发现一个奇异的现象：你会变得很扁，就像是《猫和老鼠》里经常被压扁的汤姆一样。同时你的手表指针会转得极慢，我甚至会觉得你的手表根本就没有在走时间，而你自己却不会觉得有任何问题。这就是著名的“尺缩效应 ”和“钟慢效应”。当然，物理学家们不会这样解释这个现象，他们会给你几个公式，但我想你大概也不会喜欢这些，就不把公式列出来给你看了。
　　或许你还是不能理解这个现象，没关系，我们换一个角度讲给你。
　　首先，为了方便理解，我们先把三维空间简化成一维，然后把时间添加为另外一维。
　　就像这样。

　　时空坐标系

　　这张图是什么意思呢，我来简单解释一下。这是一张时空坐标系的图，坐标轴的横轴是将三维的空间压缩为一维，因为这张图中并不讨论物体在空间中的位置，所以这样做也不会有什么影响。而纵轴代表的是时间。在空间坐标系中，我们可能有不同的速度，但在时空坐标系中，我们每个人，每个生物甚至说每个基本粒子的速度都是光速。如果我在空间轴上的速度为零，也就是说坐着不动什么的，那么我在时间轴上的速度就是光速。我想你现在大概就是在某处坐着读这篇教程吧，仔细感受一下，在时间轴上以光速运行就是这种感觉。当你在空间中的速度逐渐提高，比如说你尿急走去上厕所，然后忍不住了开始跑，相应的，你在时间中的速度就会降低。说简单一点，就是你的时间流逝会变慢。当你的空间速度再次提高，甚至一步步接近光速的时候，你的时间流逝会越来越慢，直至最后，空间速度达到光速，时间速度降至零。时间在你身上停止了。

　　我相信大部分人都会注意到这样一件事：那如果我跑得比光还快，我岂不是就能回到过去了吗？（终于到正题了，开心不！）

　　看起来好像很有道理，但高中数学学过的知识不能忘记：归纳法是不一定正确的。刚巧，这一次它不正确了。

　　作为一本有良心有节操的指南，不能只告诉读者路在哪，还要贴心的告诉读者；路上有什么坑。

　　首先，要通过超光速进行时空旅行的难度在于，你跑不了那么快。你可能觉得我说的是废话，跑不了那么快骑自行车呗。我不是这个意思，我是说，无论如何，你都没办法超过光速，甚至连达到光速都不太可能。

　　别不信，我们来看看至今人类能达到的速度。

　　到现在为止，地球上速度最快的人造飞行器是Helios 2探测器，它环日的平均速度达到了惊人的70000m/s，这已经是人类所达到的极限了，但是如果和光速比起来呢？嗯……仅仅是光速的0.023%。而你的目的是超过光速，也就是说要把现在的最高速度提高四千多倍！或许你最近在看一些关于宇宙尺度或者微生物数量方面的文章，读到了不少巨大的数字，觉得四千倍只是小意思，可能过个几十年就能做到。那么我们来再看一张图。

　　速度与质量

　　无论技术如何变化，物理定律是一定的。

　　这张图比起上一张要难懂一些，我来简单解释一下。横轴代表速度，纵轴是一个与质量正相关的因子。当速度逐渐提高时，根据狭义相对论，它的质量（在图中标示为γ因子，意思差不多）上涨速率越来越快，当速度趋近于光速时，质量几乎是无限大的！在这里有必要说明一下的是，这里所说的速度啊质量啊都是对观察者而言的（毕竟利用的是相对论嘛），物体本身并不会“感觉”到自己有任何变化，瘦子也并不会变成大胖子。而根据我们日常的经验，一个物体的质量越大，它就越难以被推动，如果一个物体的质量接近无限大，那么就需要接近无限大的能量来驱动它，毫无疑问，这是不可能的。而且我想有很多读者注意到了，这张图里并未将物体的原本质量包含在内，也就是说，物体本身质量的大小根本不会影响结果，即使一个质量小到可以忽略不计的电子（注2），要加速到光速也需要无限大的能量。这是几乎不可能做到的事情。而想要超越光速？甚至比我减肥还要难。

　　那光为什么能达到光速呢？好问题，不愧是我自己问的。事实上，光子是没有静止质量的，假设光子静止不动，那么它的质量就是零，根据小学学到的乘法，零乘以任何数都为零，它的质量变化不会和图中一样指数级增大，因此它就可以达到光速了。但一定要记住，光子的质量并不是零，它在运动时具有有限的动质量，根据最新的研究表明（截止2017年底），光子的总质量不会大于10-54kg。既然说到这了，我顺便提一句，相对论并不禁止超光速的存在，而是禁止有质量的物体超越光速。光速就想是一道围城，低于光速的别想高于光速，而高于光速的也别想慢下来。由此，科学家们还假设了一类叫快子的粒子，这类粒子的速度均大于光速，而且不可能降到光速之下。

　　也许你甚至不愿意看上面这一段麻烦又不知所谓的内容，那我再换一个角度给你解释一下为什么不行。

　　根据相对论，物体的速度越接近光速，它的时间就越慢；根据相对论，光速是不可被（任何有质量的物质）超越的（因此波的相速度（注3）可以超越光速就可以理解了，毕竟其不带有任何信息，因此并不违背相对论）。这其中的问题就在于，你希望通过超越光速来使时光倒流，但是如果你真的超越了光速，则证明了相对论是错误的，那么第一条就是错误的，那么你就无法使用这一条理论来回到过去。

　　说到这里，不得不提到一部伟大的科幻作品——《三体》。在《三体》的结尾部分，人类成功制造出了曲率引擎飞船，飞船能以无限接近光速的速度前进，程心和艾AA得以成功的躲过二向箔的打击。

　　曲率引擎这个概念并不是大刘凭空捏造出来的，虽然是科幻故事中的设想，但它有比较扎实的科学依据。刘慈欣在《三体》中是这样解释的：一艘处于太空中的飞船，如果能够用某种方式把它后面的一部分空间熨平，减小其曲率，那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去，这就是曲率驱动。曲率驱动不可能像空间折叠那样瞬间到达目的地，但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。

　　地球引力

　　我借用这一张并不严谨的解释引力的图示来解释一下。

　　假设时空是一张二维的膜，有质量的物体会使时空的曲率变大，引力也来自于此。有点类似于地球在这张膜上使膜下陷，然后月球就会绕着地球公转，因为在弯曲的时空之中，月球所走的这一条轨道才是最近的“直线”。但事实上，空间本身就不是平滑的，而是拥有一定的曲率。大刘所描述的曲率引擎即是利用了此原理，把飞船身后的时空“熨平”，飞船前面的时空曲率较大，因此飞船就会被引力“拉着”向前运动。

　　这种方法倒是真的有可能把飞船加速到接近光速啦，但是要超越光速，这种引擎还不够强大。

　　但并不是没有人想到更好的办法。刘慈欣在书中所描述的曲率引擎并不是他所独创的，早在1994年，物理学家Miguel Alcubierre（我查了很多资料，对这位物理学家名字有很多种翻译，我就选择其中我最喜欢的一种好了：米格尔·阿库比瑞）就曾做出一个理论解，如果能依照该理论解制造出阿库比瑞引擎，就可能达到超光速的效果。

　　等等，我刚刚是不是说过相对论禁止超光速来着？这个阿库比瑞引擎岂不是违背了相对论？

　　当然不可能啦！我是作者啊，我怎么可能写出前后矛盾的东西来。

　　阿库比瑞引擎通过波动方式展延空间，使飞船后部空间扩张而前部空间收缩，导致飞船所在范围内由一段平直时空构成“曲率泡”，曲率泡带着飞船前行。由于运动的定义是：一个物体相对于另一个物体的位置，或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置随着时间而变化，空间本身的位置变化并不被定义为运动。搭载阿库比瑞引擎的飞船在曲率泡之中并未移动，所以并不会违反广义相对论的任何原则，也就存在超光速飞行的可能。

　　阿库比瑞引擎

　　但是1994年到2017年（说清楚一点，也许十年后还有人能看到这本指南呢），已经过去了23年了，还是没有任何一个时空旅行者成功制作出这样一台引擎来，你就明白事情不是这么简单了。

　　虽然阿库比瑞引擎在数学上是可行的，但要制作这种引擎，事实上还有很多路要走，而且还不知道是不是死路一条。这个计算结果很可能并不具有物理上的意义。

　　首先，要制作和使用这种引擎，我们需要一种性质正确的奇异物质（注4），但如果我们所需的这种奇异物质在本宇宙之中并不存在的话，那么GG，阿库比瑞引擎并不能被制造出来。其次，这种引擎的计算过程中包含量子力学理论，但广义相对论并不包含量子力学，所以这个引擎是否真的能实现时空旅行，还是个未知数。

　　这一章的内容已经差不多完了，细心的读者可能已经发现了，读完这一章，你还是不能进行时空旅行，这就对了，要不为什么叫基础指南呢。进阶指南部分要你自己摸索的嘛，师傅领进门，穿越靠个人嘛。加油哦！如果你觉得这个方法太难了，你可能这辈子也做不到，别急着放弃，我们来看看下一种，或许你会喜欢。

　　注1：奥卡姆剃刀原则是14世纪逻辑学家奥卡姆的威廉（是的，这个人就叫奥卡姆的威廉）提出的一种思维原则，其内容可以简单概括为“如非必要，勿增实体”。这把剃刀在判断两种理论哪种更贴近真相时十分好用。举一个经典的例子：现在有两种说法，1.我家车库里有一条火龙，但你看不到它，听不到它，触碰不到它，也无法用任何方式来探知到它的存在2.我家车库里没有龙。你会相信哪一种呢？我相信大部分人都会相信第二种说法，然后小部分人会相信我家根本就没有车库……你们都对了。事实上你在判断这个问题时，就无意中使用了奥卡姆剃刀，如果我家车库（先假设我家有车库嘛）里有一条无论如何都不能被感受到的火龙，那就是没有。

　　注2：电子是一种轻子，顾名思义，电子的质量非常小，仅有9.10 × 10-31 kg。作为比较，一个质子的质量为1.6726231 × 10-27 kg，大约是电子质量的1836.5倍。

　　注3：波的相速度是指波的相位在空间中传递的速度，与之相对的是波的群速度。简单来说，我想很多人可能观察过马陆（就是那种有无数条腿的类似蜈蚣的虫子）爬行，就是从最后一对足开始，呈波浪形向前运动，总是某几对足摆动而其他步足不动，直到最前面的一对足落地，才完成一次完整的运动。马陆腿的摆动速度就像是波的相速度，而马陆整体的运动速度就像是波的群速度。或者再换一种说法，用电钻在墙上打孔的时候，电钻上的螺纹会比钻头实际前进的速度快很多。电钻螺纹的旋转速度就类似于波的相速度，而电钻整体的前进速度就相当于波的群速度。

　　注4：奇异物质就是，emmmmmm，一种很奇怪的物质。它有很多性质和我们所熟悉的物质迥然不同，其中最重要的一点是它的质量是负的吧，其他的性质和我们时空旅行关系不大，就不说了。
　　有质量的物体会使时空的曲率变大，还记得吗？那个时候我们只用到了有关空间的部分，但既然时间也被影响了，结果会是什么呢？
　　在《列子·汤问》中记载了一个大家耳熟能详的寓言故事——《愚公移山》。故事中愚公的家被两座大山挡住，一家人出门回家要走很长的路，非常苦恼。于是愚公打算把山铲平，这样要走的路就短多了。我想这之中的道理大家都懂的，两点之间直线段最短（注1）。这一点不只是在空间上管用，时间也是。
　　具有质量的物体使时空的曲率变大，时间的扭曲程度也就变大了，要通过同样长的距离，时间要走的“路程”也就变长了，对于人类的感受来说，就是时间变久了。

　　时间弯曲

　　虽然这张图很丑，但是是我自己画的，我喜欢，而且它也足够解释清楚问题了。假设上面那条直线代表你正常经历的时间，下面那条直线中弯曲的一段代表将某某大质量物体放在你旁边后（比如说你同桌是一个巨胖的胖子）你的时间。你能清楚地发现，在两条竖线之间，也就是你身边坐了一个胖子的时候，你的时间被弯曲了，要经过同样的时间“宽度”，时间要走比以前更长的路。现在可能会有人窃喜：我同桌就是个胖子，我能长寿了！但事实上并不是如此。假设世界上真的有神（科普里面假设有神？有点意思），神给你安排的寿命是八十岁，如果你身边胖子多，你就能活八十一岁吗？不可能，无论你在任何大质量物体周围，你也都只能活八十岁。你时间的弯曲是相对于其他人而言的，对于其他人来说，你的时间变慢了，你可能能活几十年几百年甚至更多，可是对于你自己来说，你依然只活了八十岁。
　　别失望，虽然通过和胖子交朋友延长寿命的愿望破灭了，但是对于我们时空旅行者来说，似乎发现了一个旅行到未来的方法呢。
　　质量越大的物体，对于时空扭曲的程度就越高（注2），临近物体的时间就“走得越慢”。如果我们能够找到一个质量极大的物体，使靠近它的物体时间完全“静止”，外界经过了一段时间之后他再出来，不就相当于向未来时空旅行了吗？
　　那……那这种大质量物质，能找到得吗？能，而且还不算太稀有。
　　黑洞。
　　提到黑洞，可能很多人的第一个想到的是某个戴着眼镜，略有点可爱肥胖的睿智的老人——史蒂芬霍金。
　　事实上，黑洞这一概念是很早之前的产物（虽然最开始并不叫这个名字）。1783年，英国的自然哲学家米切尔（事实上就是科学家，但是当时并没有这个称谓，而且你不觉得自然哲学家很酷吗）根据牛顿的引力定律做出了这样一个推论：对于某个星体来说，它的逃逸速度是光速，因此这个星体所发射的光微粒也会被它拉回其表面，因此，外界无法通过直接观察来发现这个星体的存在，米切尔给这类星体起名为暗星。米切尔的这一推论在当时也产生了不小的影响，有很多自然哲学家在他们的著作中也会提到米切尔的暗星推论。但彼时人们对于光的本质仍未有一个全面的认识，光的微粒说和波动说在对抗中各有胜负。在米切尔时代，光的粒子说占据高位，暗星理论自然深受喜爱。几十年之后，光的波动说重新占领了真理高地，暗星推论也因此不再被提起了。
　　直到1915年爱因斯坦建立了广义相对论的引力定律，物理学家们才重新开始重视天体对光的引力作用。其中，有一位叫做史瓦西的天文学家做出了重大的贡献。当他第一次看到爱因斯坦的广义相对论之后，就被其深深地吸引了，于是他立即开始下笔写一封关于弯曲几何的“情书”。几个月后，他将自己的情书寄给爱因斯坦，后来，他的这封情书被人们称为——史瓦西几何。
　　史瓦西几何告诉我们，每个天体都存在一个和其质量有关的临界周长，当天体的实际周长无限逼近甚至等于其临界周长时，它的引力就足以将它发射出的光子拉回其表面，同时，它对于时空曲率的影响作用之大，能将它表面上的时间停止下来。这是黑洞理论的第二次出现。
　　然而，虽然20世纪的科学家们非常喜欢史瓦西几何，它确实能解决不少时空弯曲方面的问题，但几乎所有人都对它在极端情况下的推论（也就是说黑洞，或者你愿意，叫史瓦西奇点也行）嗤之以鼻。物理理论的进步使物理学家们得以摆脱关于光本质的争论重新提出黑洞理论（虽然是以一个不同的角度），但也同时使物理学家们开始抵触黑洞的存在。甚至连爱因斯坦也不太相信黑洞是真实存在的，即使他非常喜欢史瓦西几何。大多数物理学家都对黑洞有一种像是本能的“厌恶”，因为黑洞实在是太极端了，它的密度达到了一种难以想象的地步，似乎和空旷的宇宙的其他部分格格不入。
　　于是中间经历了漫长的争论、计算和探讨，黑洞理论的拥护者和反对者针锋相对，不断提出关于黑洞的新的猜想和计算，黑洞理论的战场硝烟弥漫，虽然不如光的本质争论那样宏大而残酷，但也同样扣人心弦。但这部分和我们时空旅行者关系不大，仔细讲的话需要很多篇幅，又没什么意思，所以我们略过这一部分。
　　总之，结果就是，科学界承认黑洞的存在了。
　　在米切尔暗星时代，人们所理解的暗星和其他天体并没有什么本质上的不同：一种质量巨大的球形星体，样子大约也就是地球或是太阳的翻版。
　　但事实上，黑洞之所以被称为黑洞而不是暗星，就是因为它和我们传统认知中的星体大不相同。
　　和其他星体不同，黑洞不是从无到有创生的。恒星并不能一直生存，和生物一样，恒星也有一定的寿命。
　　质量较小的恒星（说具体一点的话就是小于等于太阳质量1.4倍的恒星）在其生命的最后阶段，它自身的“燃料”已经不够用了，于是氢核聚变结束，而开始在核心进行更“重”的氦核聚变，恒星也逐渐开始膨胀为一颗红巨星。它的外部会迅速膨胀，而内部的核却会急剧缩小，直到内部密度达到大约每立方厘米十吨。又经过一段动荡的年代，红巨星内部矛盾达到顶峰，开始爆发革命。核心之外的所有外部物质都会被喷射出去，向外扩散形成一片星云，而核心就形成了白矮星。白矮星的密度非常大，但对于我们来说，还不够，我们需要质量更大的恒星死亡。
　　理论上来讲，当一个恒星的质量大于两个太阳时，它就具备了成为一个黑洞的最基础条件。但事实上，绝大多数质量在20倍太阳质量以下的恒星在坍缩时会喷射出大部分质量，使其最终低于临界质量而无法形成黑洞。奇怪的是，绝大多数质量在20倍太阳质量以上的恒星并不会经历这样的过程，即使在成为黑洞之后也会是差不多的质量。
　　总之，一个质量合适的恒星进入老年时期，它的核心部分也会进入一种类似的过程：开始坍缩。由于它的质量较白矮星来说要大得多，自身引力也就大得多，所以它的理想已经不再只是成为一颗白矮星了。它的引力大到连电子简并力都无法阻止它，因此，构成这颗恒星的原子结构也就破碎了，电子被“压”到质子中，使原子核中所有的粒子都变成了中子，紧密排列在一起，此时恒星就变成了一颗中子星。有一部分恒星的变化就到此结束了，，但剩下的一部分还不满足，它们的引力足够大，以至于还会继续压缩自己，直至最后成为一个奇点。
　　遗憾的是，没有人能真正完整的观看这一部分过程。史瓦西几何不仅推测了黑洞的存在，它同时计算出了一个星体要成为黑洞的临界半径，称为史瓦西半径。当某质量的星体半径小于等于它的史瓦西半径时，它就会成为黑洞。顺便提一句，地球的史瓦西半径仅有大约八毫米。此时黑洞的形成过程仍在继续，星体依然在坍缩，可是你已经看不到了。小于临界半径的星体，其引力已经足以将它自身发射出来的光完全吸引回它的表面。所以如果一个人有幸看到合适质量的恒星坍缩，大概是这样的过程：一颗恒星突然爆发，发出剧烈的光芒并喷射出巨量的物质，然后其核心显露出来，逐渐变得暗淡，逐渐缩小，当缩小到某个大小时，就完全看不见了，之后的过程全凭你想象。这个你看不见的范围就是黑洞的视界。
　　但如果你偏要看到后面这段过程呢？也不是不行，你得进入视界之内。
　　你驾驶一艘科技树点满的宇宙飞船，进入了黑洞的视界，然后亲眼见证了黑洞变成质点的过程。然后你再飞出视界，却发现物是人非，早已是无数年之后了，但你感觉自己不过是在视界内待了一小会儿而已。你转念一想，唉呀妈呀，我这不是就完成了时空旅行了吗？看来黑洞果然是旅行到未来的实用工具啊！
　　如果你真的完成了上述操作，那么说明你可能是某部很差劲的科幻小说的主角。
　　诚然，黑洞能将视界内的时间“冻结”。一个物体在进入黑洞的视界内以后，对于外界来说，它就永远处于落向奇点的过程，几百年几千年几万年之后，它都还在落向奇点，如果它在这个时候逃出视界，就相当于是进行了一次通往未来的时空旅行。
　　可对于它自己来说，在黑洞的视界中，只经过了一瞬间它就已经被强大的引力拉着向前，湮灭于奇点了。
　　假如你真的驾驶一艘宇宙飞船飞入黑洞的视界，湮灭于黑洞是你唯一的归宿。因为你的速度绝不可能超过光速，你就绝不可能逃脱出黑洞的引力场。速度再快，也不过只能让你在视界内奇点外多留存一段时间而已。
　　不过事情也是有转机的，你也不一定会死于奇点哦！
　　别急着高兴，我不过是玩了个文字游戏而已。

　　你知道大海的潮汐是如何形成的吗？是因为月球距离地球上每一点的距离不同，对每一点引力大小也就不同。对大陆来说倒也没什么影响，可是对海水来说，撕扯作用就很强烈了，由此产生了一层一层的潮汐。这种力被称为潮汐力。但事实上潮汐力并不只代表月球对海水的吸引力，任何性质类似的力都被称为潮汐力。这也就是说，当你驾驶飞船进入视界之后，由于黑洞无比巨大的引力，你会受到巨大的潮汐力撕扯，在一瞬间就会被撕扯成碎片，所以其实你也不一定死于奇点，但最终的归宿是奇点倒是没什么变化。除此之外，黑洞中也存在非常危险的高能粒子辐射，飞船中的你就好像是微波炉里的爆米花豆一样，一瞬间就会炸成烟花。不过我想，要是连潮汐力的问题你都能解决的话，辐射的问题应该也算不上什么。

　　所以真实情况应该是这样的：你驾驶一艘科技树点满的宇宙飞船，横冲直撞进入黑洞的视界，抵御住了高能粒子的轰击，也解决了潮汐力的撕扯，在无比巨大的引力作用下垂死挣扎，最后还是无可奈何地落入奇点，在欢声笑语之中打出了GG。

　　利用黑洞进行时空旅行的尝试看来又失败了。但烦请各位时空旅行爱好者不要对本指南失去信心，我们是专业的！

　　注1：两点之间直线段最短，这一点无论是在平直的还是弯曲的空间中都是适用的，但如果空间是弯曲的，在这样的空间中的直线在外界平直时空来看却是弯曲的。假如你在一张平放的白纸上画一条直线，然后把纸弯折，就会觉得直线弯曲了，但在白纸平面空间上，直线还是直线。所以与其说是太阳的引力把地球吸引在轨道内，不如说是太阳的引力改变了时空曲率，欺骗了地球，导致它还以为自己在走直线。

　　注2：其实准确的说呢，应该说是密度对时空曲率的影响，密度越大影响越大。但因为在宇宙中的质量集中程度很小，绝大部分空间几乎是绝对的真空，空无一物，所以质量较集中的地方也就是密度较大的地方。因此在很多科普之中就直接用质量来代替密度了。本指南紧跟潮流，也用质量一词来代替密度。但还是要明确一下，不要以为黑洞就是宇宙中质量最大的天体，它们只是密度最大的。
　　在下面这部分指南里，最重要的道具的名字你会经常听到。
　　如果你是一个早起的人的话，那么你大概率会见到这样一种情况。
　　每天清晨，天刚蒙蒙亮的时候，会有无数老头老太太在街道上出现，他们手提布袋，行动迅速，整齐划一，目的明确。他们一般会打着去买菜的幌子，成群结队走到菜市场，假装对蔬菜挑挑拣拣，然后趁人不备的时候，拿起一把青菜，和伪装成卖菜小贩的人对出暗号：老板，你这个菜叶上有……
　　虫洞。
　　玩笑归玩笑，但显而易见，上面那个故事中的虫洞并不是我们需要的。
　　我们所需要的虫洞，学名叫做爱因斯坦-罗森桥，顾名思义，是爱因斯坦和罗森爱情（好吧好吧，智慧）的结晶。它是宇宙中连接两个不同时空节点的捷径。

　　真正的虫洞

　　假设有一种生活在苹果表面的虫子，原来它要到苹果的背面去，就只能绕一圈过去。这只虫子有一天突然发现自己脚下的地面是可以咬的，而且还挺好吃，于是它就啃呀啃呀，直到下一次它看到地面时，发现自己居然到了苹果的背面，而且比平时绕一圈花的时间少得多。于是后来这个苹果上就出现了一个一个的虫洞。

　　如果把这个苹果表面看做我们的宇宙时空，也有一种虫子，可以在时空的两个点之间啃出洞来，就能在时空中原本相距很远的两个点之间快速穿行。这就是虫洞的简单解释。

　　1916年，奥地利物理学家路德维希·弗莱姆第一次提出了虫洞的概念。1935年，爱因斯坦和罗森改进并完善了这个概念。但就像爱因斯坦并不相信黑洞的存在一样，他也并不相信虫洞的存在，只是把它当做一种数学伎俩。爱因斯坦的影响力之大，导致之后的几十年之中，绝大部分科学家也抱有和爱因斯坦相同的态度。

　　即使爱因斯坦坚信虫洞不过是一种数学伎俩，还是有越来越多的计算证明了虫洞存在的可能性。因此到现在为止，虽然并没有一个对于虫洞的实际观察结果，大多数物理学家也愿意相信虫洞并不只是一个数学上的想象，而是真实存在的一种神秘天体。

　　也有一小部分物理学家（或者其实是时空旅行者也说不定），自从史瓦西几何中解出了虫洞这个解，就一直在关注并研究虫洞，所以关于虫洞的研究才能慢慢的兴盛起来。在这些人的研究之中，我们发现了一些对于时空旅行者来说颇为有用的信息。

　　虫洞连接两个不同时空（注1）节点，其本身就像是一条捷径，为时空旅行者们准备的捷径。

　　在上一章关于黑洞的内容之中，我想有很多读者会有这样的疑问，黑洞无休止的“吞噬”物质，被吞噬的物质都去了哪里？物理学家们也在思考这个问题，黑洞不可能无休止的吞噬物质，就像星新一的小说《喂——出来》中的那个洞不可能无休无止的承载废物一样。为了回答这个问题，物理学家们假设（注2）了一种新的，被称为白洞（注3）的天体，它和黑洞的性质完全相反，它不吸收物质，而是一直在喷射物质。黑洞所吞噬的所有物质都会交由白洞还给宇宙本身。而连接黑洞和白洞的通道就是某种虫洞，偶尔也会被叫做灰道。

　　我们是否能通过这种虫洞来进行时空旅行呢？从某一时空节点的黑洞进入，然后从另一时空节点的白洞走出。看起来似乎是个不错的计划。但我相信，读过上一章的朋友会很确信答案是不能。我就不再重复上一章的内容了，高能粒子啦、潮汐力啦，假设你都能解决，但是当你撞上黑洞的奇点时你就化为了一些现在没人知道是什么的比基本粒子还要小的物质“碎屑”，虽然你最终会被白洞喷射回本宇宙，但你总不能指望构成你和你的飞船的那些物质自己拼接成原来的样子吧。所以通过这种虫洞，你确实能到达另一个时空节点，但可惜的是你没命活到那个时候。

　　何况还有另一个问题，通过这种方式，你肯定没法选择出口的位置（包括时间坐标哦），所以这只是一次早已预知了死亡的随缘旅行。很明显，这违背了我们时空旅行者的最初意愿。

　　我们再来考虑另一种方式。在上一章的内容之中，我描述了一种以奇点为核心的黑洞。为了简化算法，史瓦西在计算时忽略了天体的一些不太相关的性质，因此他所计算出的这种黑洞是不旋转并且不带电的，被称为史瓦西黑洞。除此之外还会有带电但不旋转、不带电但旋转、带电而且旋转的黑洞存在。

　　这些黑洞之中，最令我们感兴趣的就是不带电但旋转的克尔黑洞。这种黑洞在1962年由罗伊·克尔从爱因斯坦方程之中解出（注4）。虽然黑洞本应当是上一章的内容，但利用克尔黑洞旅行更像是一种虫洞式的旅行，所以放到这一章来讲。

　　克尔黑洞

　　就像上面那张图所展示的那样，克尔黑洞和史瓦西黑洞最大的区别就是，克尔黑洞的中央是一个奇环而非奇点。而且克尔黑洞同样也可以和白洞连接，从而形成一个形似空竹的虫洞。理论上来讲，这种虫洞是允许通过的，只要你不驾驶飞船像喝多了酒一样摇摇晃晃一头撞上克尔黑洞中心的奇环，理论上你就可以穿越空间，到达另一个不同的时间节点。但是就像菩萨告诉三藏法师走完西行路便能得真经一样“虚假”，路上的艰难险阻也不是容易解决的。

　　克尔黑洞虽然名字和史瓦西黑洞不一样，但怎么说也是一个黑洞，生抽老抽不也都是酱油嘛。因此克尔黑洞拥有史瓦西和黑洞所拥有的一切杀人利器，除了无解的奇点。虽然克尔黑洞中的潮汐力没有史瓦西黑洞那么汹涌，但也不是地球上的浪花那个量级的，要防止潮汐力把你撕成碎片仍然是一件令人头疼的事情。

　　除此之外，克尔黑洞的奇环并不是一个稳定的隧道口，物质要经过奇环进入白洞很有可能会影响到奇环的稳定性，致使奇环闭合。因此，要维持克尔黑洞中心奇环的稳定，我们也需要交大量的“养路费”——奇异物质。又提到它了，有种科学家每次没办法解决问题的时候就捞出奇异物质救场的感觉。总之，要维持奇环的稳定，你需要大量的携带负能量的“奇异物质”作为养路费，但就像我之前说过的那样，“奇异物质”之所以叫这个名字，就是因为科学家还没完全搞明白这到底是个什么玩意，所以我们肯定是没办法得到大量的“奇异物质”来稳定奇环。大概只有比我们发达许多倍的高级文明能够如此奢侈。想想看，要稳定奇环，我们至少需要一颗行星那么多的的奇异物质作为支撑，这种大手笔，自然不是我们人类目前甚至是很多年内能做到的。

　　那还有其他的虫洞吗？是有的，可是也不太好走。

　　如果我们把视线缩小到量子层面，就有可能会发现在宇宙中不时出现并湮灭的微型虫洞。这种虫洞唯一的优势就在于多，不用费尽心思去寻找，相对于大小适合通行的巨型黑洞来说，也算得上是一抓一大把了。但这种虫洞小得可怜，又非常不稳定，连基本粒子都来不及通过。就算你能用奇异物质稳定住它，你也没办法过去不是。

　　恭喜我们，又排除了一种不太可能实现的时空旅行方法！

　　题外话：近年来，有很多科幻作品中使用了虫洞这一概念，但多少有些错误（当然，毕竟是科幻作品，本身无需过多强求其科学性）。我个人认为克里斯托弗·诺兰的《星际穿越》中所展示的虫洞概念和图景相对来说最真实，这也和诺兰请来基普·索恩作为电影的科学指导有很大关系。索恩本身就是黑洞方面的专家，在20世纪八十年代，他就为卡尔萨根的小说提出过关于通过虫洞进行时空旅行方面的建议，所以在这方面他也可以称得上是顶级的专家。另外他的科普作品《黑洞与时间弯曲》在我写这两章关于黑洞与虫洞的指南时给了我很大的帮助，如果有读者更喜欢知识比较密集而且在这方面探索较深的科普，我推荐你们去看这本书。

　　注1：在这篇指南之中，你肯定见过很多次时空这个词了。但是我想你可能还没有对它有很深的理解。时空，不是时间和空间，即使在英文中也写作spacetime，中间没有空格，这就代表着，时空是一个整体，密不可分。对于某一物体，我们在描述出它的空间坐标的同时，也必须要加上其时间坐标，这样才能精确描述这个物体的存在。所谓人不能两次踏进同一条河流，即使你落脚点的空间坐标没有变化，时间坐标也和上一次不同了。在时空旅行中，时间也是描述“位置”的一个重要参量。

　　注2：对于科学家们，尤其是物理学家们来说，假设是一种非常严肃的事情。不像我们平常说话时做的假设，科学家们不可能随便假设出一种新的事物。如果科学家要假设一条喷火龙，那这条龙就必须和现有的已被承认的理论不冲突。为什么能喷火？平时吃什么？等等等等，都必须有据可依。即使这条火龙最后和所有的理论都契合了，还是要用奥卡姆剃刀去砍一刀试试这个假设是不是必要的。而且，这个假设一定是要去解释某个悬而未决的问题的，一个假设如果毫无作用，那就失去了存在的必要。

　　注3：和现在大热的黑洞不同，关于白洞的研究要少许多，也许是因为黑洞还没怎么研究清楚，也许是因为我们还没能发现任何一个白洞。总之，相对于黑洞来说，我们对白洞的存在知之甚少。白洞是黑洞的反演，黑洞吞噬物质而白洞喷射物质，但这并不是说白洞用有一种“反引力”，会将靠近它的物体推开。白洞也是一个强的引力源，会将靠近它的物质吸引但停留在其封闭的边界上（这一点类似于黑洞的视界）。白洞至今为止仍是一种猜测。

　　注4：在本指南或者其他很多物理学科普中，你会发现很多时候，对于某个现象，我们经常用算出或者解出这样的词汇而非观察到。由于我们对宇宙仍然知之甚少，无论是宏观的还是微观尺度，都有很多现象我们至今为止无法用任何手段观察到，但数学计算却可以让我们得出基本正确的答案。现代物理学中，理论物理在绝大部分领域是走在实验物理之前的，因此就会产生很多已经计算得出答案但有待实验证明的理论，这可能会花费很多时间。例如前不久引力波的发现，已经是其理论提出一百年之后了。

　　有关旅行的可能方法我已经全部告诉你们了，虽然，现在好像看起来都没办法真的实现。但是否未来也一定不能实现呢？未来会不会出现其他的可能实现时空旅行的方式呢？我们不得而知。所以，作为一篇有远见的指南，除了方法的问题，本指南还会讨论一些其他有趣的问题，以备不时之需，即使在你有生之年还是没能进行时空旅行，那在平常和朋友聊天的时候讲出来装装逼，也算是有用到。

　　在时空旅行界，有这么一个流传很广的悬疑故事：有一个杀手被雇佣回到五十年前暗杀一个人，他乘坐时间机器回到五十年前，设计了完美的暗杀方案，费劲千辛万苦终于成功完成了任务，却在目标死亡的一瞬间发现自己暗杀的人是自己的外祖母……

　　现在就会产生这样一个问题：杀手回到过去杀死了自己的外祖母，所以他就不会出生，也就不会去杀死自己的祖母。但是这样的话他又会出生，然后去杀掉自己的外祖母……这个循环会这样一直持续下去。

　　类似的表述会有很多种，但表示的思想是一样的，这个悖论被统称为“外祖母悖论”（或者外祖父或者祖母或者祖父悖论）。当杀手回到过去杀掉他的外祖母后，他又会出现怎样的变化呢？会立即消失吗？还是不会有任何变化呢？另外一个问题，假如杀手回到自己已经出生的年代，两个人会共存吗？还是其中一个会消失呢？

　　有一个外祖母悖论可以带出来很多逻辑上的问题，而针对这些问题，科学家们想出了一些可能的解释，其中有两种比较出名。

　　首先是多宇宙诠释，或者叫做平行世界猜想。在很多科幻作品之中都能看到平行世界这个设定，有些差劲的科幻甚至把平行世界当做解释剧情漏洞和推动的伎俩，导致平行世界猜想“风评不好”。但我个人认为平行世界是一个天才般的想法，只有脑洞超大的科学家才能想出这样优秀的猜想。

　　最开始的时候，多宇宙诠释并不是为了解释外祖母悖论而提出的。在量子物理学蓬勃发展的过程中，科学家们发现，每次观察量子的状态都是不同的，而我们的宇宙就是由量子构成的，因此科学家们开始思考，既然每个量子都有不同的状态，那么我们的宇宙是否是多个宇宙中的一个？

　　多元的宇宙

　　是否我们的宇宙是多重宇宙中的一个，目前我们还不得而知，以我们现有的观测手段，连本宇宙都没能观测全，更不要说另外的宇宙了。因此，平行世界到现在为止也只是个猜想而非理论。但是用来解释外祖母悖论外祖母悖论的话，这个猜想早已提现了其优秀之处。如果宇宙是多元的，那么当杀手回到过去杀死自己的外祖母时，宇宙就会进入两条不同的轨道，一条是没有他的世界，另一条是他存在的世界。这样就会绕过逻辑上的悖论。但是这是否是世界的真实情况呢？那我就不清楚了，还没有人真的做过这样的实验，或者做过但是没人告诉我也说不定……

　　如果宇宙并不是多元的，我们只是唯一的一个宇宙，也有另外一种角度来解释外祖母悖论，即我们是否拥有自由意志。自由意志的意思是一个人意识的主动性，也就是说，我们能否自主决定我们自己的行动？

　　我想可能大部分人都觉得这个问题很可笑：我做出的所有选择难道不是我自己的选择吗？我选择看这篇指南，或者我选择现在就关掉它，难道不是我依靠自己的意愿做出的选择吗？

　　还真有可能不是。1981年希拉里·普特南在他的著作《理性，真理与历史》中阐述了这样一个假设：“一个人(可以假设是你自己)被邪恶科学家施行了手术，他的脑被从身体上切了下来，放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。脑的神经末梢连接在计算机上，这台计算机按照程序向脑传送信息，以使他保持一切完全正常的幻觉。对于他来说，似乎人、物体、天空还都存在，自身的运动、身体感觉都可以输入。这个脑还可以被输入或截取记忆(截取掉大脑手术的记忆，然后输入他可能经历的各种环境、日常生活)。他甚至可以被输入代码，感觉到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字。”这个思想实验（注1）被称为缸中之脑。假设我们真的都只是泡在营养液中的大脑，我们有办法从假象中醒来，从而看到真实世界吗？

　　答案是没有。我们所有的感觉和决定都是由大脑做出的，如果大脑被欺骗那我们没有任何挣扎的机会。再进一步，如果我们所看到听到感觉到的都可以是假象的话，那么我们所做出的决定是否也会被左右呢？杀手回到过去杀死自己的外祖母，就会产生一个悖论，而这个宇宙是不可能允许这个悖论存在的，所以宇宙可能会通过各种各样的事情来“阻止”杀手杀掉外祖母呢，从而防止悖论的发生。

　　从这个角度解释外祖母悖论似乎也是一个不错的选择，但由此，另外科学家波尔钦斯基又设计了这样一个思想实验：把一个台球打向虫洞的入口，然后把虫洞的出口放在一个合适的位置，使飞出的台球回到几秒钟以前而且刚好能碰撞到之前的自己，让它偏离虫洞入口，这样的话，台球就不能进入洞口然后打偏自己……这个思想实验和外祖母悖论如出一辙，但台球和人不一样的地方就在于，台球是没有意识的，不会有自由意志这种不确定性的因素影响。那么宇宙会用何种方法来阻止这个悖论的发生呢？科学家们依然设想了很多种可能的解释，最靠谱的应该就是时间保护机制假说了，其核心思想和之前所说的差不多，就是说宇宙会想方设法组织这些事情的发生，比如桌子不平坦啦，有只小虫子出现啦什么的意外来阻止台球回到过去打到自己。可是我想对于很多人来说，这样的解释未免太勉强了一些。

　　2017年初，有一部非同寻常的科幻电影上映——《降临》。有很多冲着“鹰眼”去看这部电影的人观影后大失所望，因为这部电影并无惊心动魄的大战外星人场面，也没有炫酷的高科技装备出现，所以对很多只是想看一部爆米花电影的人来说，这是一部很烂的科幻片。但是对于很多资深科幻迷来说并非如此。这部电影实际上来头不小，其故事改编于科幻大牛特德·姜的短篇小说《你一生的故事》，而这部小说在我心目中是数一数二的科幻。

　　这篇小说对我们提出了一个新的问题：时间是线性的吗？因果是真实存在的吗？对于我们来说，两件有因果关系的事情一定是这样的，首先原因发生了，从而导致了结果的发生。在这个过程之中，我们所经历的时间是线性发展的。有没有可能，时间其实是另外一种形态的呢？

　　如果我们要在一张白纸上写下自己的名字，那么我们肯定是从姓的第一划写起，到名的最后一划终止，那如果我有一个印章的话，我就可以在同一时间把自己的姓名全部印在纸上。时间也有可能是这样一种形态：所有的事情其实都已经决定好了，从你出生到你的死亡都是在同一个瞬间确定的，你只是连续的去感受它们。这听起来有点像是宿命，但其实完全不同。所谓宿命，是你无论如何都改变不了未来的走向，只能眼睁睁地看着自己走向既定的结局。但非线性时间代表着，你的努力与否都是在时间上记录过的。你有选择，但你的选择是既定的。如果你看了这篇指南，决定改变你在某件事情上的选择，那对不起，这件事情也是既定的。这种既定有一种马后炮的感觉，永远告诉你“我早就知道”，但在结果出现之前，什么也不会告诉你。

　　虽然至今为止，人类并没有任何进行时空旅行的有效方法，但却曾经举行过一个给时空旅行者的宴会。2009年6月8日，史蒂芬霍金在家里举办了一场“盛大的”时空旅行者宴会，他却在宴会结束之后才发布了邀请函。如果真的有时空旅行者的话，他就能在看到这个邀请函之后回到过去参加史蒂芬霍金举办的宴会。不出所料，盛大的宴会上空无一人，没有任何一个时空旅行者来到这个宴会。那么，时空旅行真的就不可能了吗？

　　时空旅行者宴会

　　别沮丧啊旅行者们，这个实验并不能笃定时空旅行不可能。或许只是近年来不会实现，或者也有可能现在就已经有人可以进行时空旅行了，但碍于某种原因或受困于某种约束不能去参加这次宴会。总之，作为《时空旅行基础指南》的作者，我是不会放弃探寻时空旅行的可能性的。

　　注1：思想实验简单来讲就是在大脑中进行想象实验。由于有些实验是现实中无法做到的，但在脑子里想一想就能得出实验结果或是推出矛盾来。历史上很多定律就是被思想实验推翻的。例如亚里士多德认为自由落体运动中，质量越大的物体下落的速度越快。伽利略提出了这样一个思想实验：把一个大金属球和一个小金属球绑在一起，一方面小金属球下落慢大金属球下落快，绑在一起的速度应该介于大小金属球的速度中间；但另一方面，绑在一起之后质量更大了，应该下落最快。由此推出的矛盾证明了亚里士多德的错误。另外一个著名的思想实验就是薛定谔的猫了：一只猫被关在一个密闭无窗的盒子里，盒子里有一些放射性物质。一旦放射性物质衰变，有一个装置就会使锤子砸碎毒药瓶，将猫毒死。反之，衰变未发生，猫便能活下来，而衰变的概率是50%。在你打开盒子之前，猫既有可能活着也有可能死了，根据量子物理的理论，此时猫处于生与死的叠加态，又活着又死了。这个现象很难理解，但是如果用上多宇宙诠释来解释，就容易接受多了：并不是猫处于叠加态，在盒子打开之后，宇宙会“分裂”成两个平行的宇宙，猫死了和猫活着的宇宙分别独立的发展下去。
　　这篇指南已经到了结尾的时间了，我相信大多数读了这篇指南的读者都会想找作者谈谈心，交流一下人生。因为读完这篇指南，不但并没有收获任何靠谱的时空旅行途径，反而每一种可能的途径都有各种各样难以逾越的困难。
　　但是不要灰心啊各位。物理与数学定律不可改变，但现有的定律并没有否定时空旅行的可能性，所以时空旅行的路就还可以往下走。即使最后发现是死路一条，那也没关系，至少沿途的岔路能带给世界的进步也足以让人类感到欣慰。
　　自从宇宙诞生以来，世界每一个瞬间都在向未来时空旅行，时间每过一秒，宇宙就向未来旅行了一秒。从这个角度来讲，我们每个人都是时空旅行者。
　　真正的时空旅行能否真正实现，我不得而知，但是我相信会有无数人会前赴后继的去尝试证明它可行或不可行。人类的过去只有大概二十万年，但未来还有很久，我们有足够久的时间去了解时间。
　　未来如果有某个时空旅行者看到这篇指南，希望您能在百忙之中告诉我这个消息。不过当我打完这句话还没有人来告诉我，那应该是没有时空旅行者看到了。有点遗憾，我的《时空旅行基础指南》最终还是没能名留青史啊！
　　最后，本着科学的精神，我再提出一个问题给你们，问题的来源是一篇叫做《第一个时空旅行者》的科幻。
　　如果你时空旅行回到了你时空旅行开始的前一瞬间，而你已近无法阻止时空旅行的开始了，你会不会被永远困在这个时间的牢笼内？

本文选自：今日头条