超光速、时空旅行有可能成为现实吗

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作者

加来道雄，日裔美国人，理论物理学家，弦理论的共同创立者，纽约城市大学研究生中心的理论物理学教授。他还是著名的科普作家、电视人。

关于本书

《不可能的物理》是加来道雄在2008年出版的科普作品代表作。从时空旅行、光炮到力场等等，作者通过讨论这些只在科幻电影中出现过的技术，为我们讲述了什么是物理学中的可能与不可能。

如果我们回顾历史，就会发现很多伟大的科学革命都是突破了不可能的界限才实现的。从不可能到可能，这就是科学在不断迭代进化的路径。

题外话：相遇变成了种可能

福利

接下来，我将随着作者的思路，分三个重点来为你讲述三个等级的不可能：“一等不可能”，它们是目前不可能、但不违反已知物理学定律的科技；“二等不可能”，属于游走在我们对于物理世界认知边缘的科技；“三等不可能”，则是违反已知物理定律的科技。后两种不可能，就是我们刚刚说的，虽然以人类现在的认知还认为它们实现不了，但一旦我们能证明它们是有可能实现的，那将意味着我们对物理学的认识会发生根本性的转变。

我们从这三个等级的不可能之中，也可以理解三个主要的知识点：第一，人类根据已经掌握的物理学知识，还可以将哪些看似科幻的场景和技术变成现实；第二，类似于超光速旅行、时空旅行等等幻想场景，到底有多大可能成为现实；第三，人类现在认识到的物理定律是否真的不可违反，人类的物理学知识有没有可能发生根本性转变。

第二部分（第一部分已经在另外篇幅讲解）

接下来介绍第二个重点内容，也就是“二等不可能”，这种不可能所挑战的是我们对于物理世界认知边缘的科技究竟能不能实现，并没有十足的把握。

比如说，运动的速度能不能比光更快呢？以我们目前所掌握的物理学理论来说，这是不可能的。我们知道大物理学家爱因斯坦的狭义相对论有一个基本假设，就是真空中的光速是速度的极限，没有任何速度能超过它。狭义相对论已经诞生了一百多年的时间，它关于光速限制的假设始终没有被打破。人类进行粒子对撞实验的粒子对撞机，里边的粒子以非常接近光速的速度运行，但是没有办法超越光速。但是，爱因斯坦还有另一个理论叫做广义相对论，在这个理论里，时空就像是一种柔软的织物一样可以被扭曲，改变形状，而且空间自身的膨胀是可以超越光速的。

所以，加来道雄认为有两种方式可能可以实现超光速。比如你可以拉伸你身后的空间，和你前面的空间相接触，这就会让你产生自己移动得比光快的错觉，而实际上你根本就不用动，空间自己变形了。还有一种可能就是撕裂空间。我们在理论上或许可以制造出虫洞，把空间中遥远的两点连接起来，穿过这个虫洞，我们就能迅速到达遥远的其他星系。

宇宙虫洞，空间旅行的概念，可以与另一个连接一个宇宙的漏斗状隧道。3d 渲染

这种在科幻电影里才会出现的场景真的有可能实现吗？在理论上，想要创造出可以穿越的虫洞，必须能够制造出剧烈的时空扭曲，人类就需要找到数量巨大的正物质和负物质。正物质就是我们平常说的物质，而所谓的负物质，是一种只在理论上存在的拥有负能量的物质，它的存在有可能造成时空剧烈的扭曲。我们从名字就可以看出来，它和正物质是恰好相反的，因为我们目前在现实中发现的一切物质都具有正能量，至于具有负能量的负物质，人类还从来没有在现实中发现过，我们也不知道它到底是不是真的存在，所以说，我们到底是不是能够真的制造出拥有负能量的物质，并且利用它制造出足以撕裂空间的虫洞，还不清楚。

我们既然谈到了超光速旅行，那么紧接着就有了下一个问题：有没有可能进行时空旅行呢？这也被加来道雄列入了“二等不可能”的领域。

我们要知道，相对论把时间和空间连接在了一起，相对于其他人来说，时间在一个人身上流逝的快慢，是与他相对于其他人的运动速度相关的，速度越快，时间就越慢。也就是说，根据相对论，人类可以很容易地制造出去未来旅行的时间机器，只要这个人相对于别人快速运动就可以了。假设有一位宇航员以接近光速的速度旅行一分钟的时间，虽然对他来说时间仅仅过去了一分钟，但是对于地球来说时间就已经过去了四年——但是这样的速度人类是达不到的。地球上的宇航员乘坐火箭飞到太空中，再回到地面上，实际上他们就等于已经进入到了未来，只不过因为人类的火箭速度跟光速来比就太慢了，所造成的相对论效应非常微小，进入未来的时间微小到可以忽略不计，我们都感觉不到罢了。

去未来是有可能，那到底能不能通过时空旅行回到过去呢？通过时空旅行到达过去，这个话题以前一直都是科幻作家的领域，但是从20世纪末开始，它逐渐成为了物理学家们认真研究的学术课题。因为人们发现，在广义相对论里并没有限制人们不能进行时空旅行回到过去，爱因斯坦的方程起码在理论上允许很多种时间机器的存在。

想要回到过去，有几种理论上的可能，通过不同的可能性，人类可以建造不同的时间机器。第一种时间机器就是我们刚刚提到的虫洞。因为在相对论中，时间和空间是密不可分的，虫洞可能连接空间的两点，也有可能连接时间的两点。掉进虫洞，你在理论上就可能游历过去。通过时空旅行回到过去还有其它的一些可能，这都是源于一些关于宇宙的物理学假说，比如说弦理论，也提供了进行时空旅行回到过去的理论可能。

当然，进行时空旅行可能会引起各种逻辑上的悖论，甚至是伦理、法律、道德上的争议。比如说，一个人回到过去，有没有可能改变历史？一个人如果回到过去杀死自己的父母会发生什么现象呢？实际上，关于这些理论上的悖论，物理学家们都提供了解释，比如说一个人回到过去只能重复历史，不具有自由意志；或者也有可能改变历史，但是只能在一定限度之内；或者也有可能宇宙分裂为两个平行世界，比如说这个人通过改变历史而创造出了一个全新的宇宙，但并不影响在原来宇宙里事情的发展。

加来道雄认为，进行时空旅行回到过去，目前看来最有可能的办法就是制造出可以进行穿越的、连接着时空不同位置的虫洞，而我们刚刚提到，制造虫洞的关键就是负能量，但是我们还不知道能不能发现真正具有负能量的物质。另一方面，在进行时空旅行的时候，在虫洞的入口处正是物理学的广义相对论和量子力学交汇的地方，在这个位置会发生什么现象，我们只有在融合了这两种理论，获得一种可以完整地描述时空和所有相互作用的理论之后才能知道，可要实现这个目标，人类可能还需要几百年的时间。

总结一下这部分的内容。加来道雄所说的“二等不可能”都处于人类知识的边缘，比如超光速旅行、时空旅行等等。加来道雄预测，这些科技可能需要数千年甚至数万年的时间才有可能实现。前苏联的天文学家卡尔达谢夫曾经把宇宙中的文明分成三个类型：一型文明的能源消耗是以一颗行星为基础的；二型文明的能源消耗是以一颗恒星为基础的，这个消耗大概是一型文明的100亿倍；而三型文明还要比二型文明的能源消耗多100亿倍，它需要动用整个星系的资源。人类现在大概还只是“0型文明”，加来道雄就认为，如果我们能让“二等不可能”梦想成真，这些技术可能会成为让我们成为三型文明的科技基础。

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本文选自：今日头条