时间旅行：科学还是科幻？

伤我心太深

在忙碌的生活当中，我们一直在追逐时间，永远想要节省一点时间。我们将自己当成时间的奴隶，人们已经习惯了快节奏的生活，但是我们对速度的追求是时间旅行的关键吗？这样我们就能一探遥远的未来？我们真的有可能成为时间的主宰吗？

时间旅行


科学的发展实现了古人神话中的飞天梦，21世纪人类的思想更是飞得更高更远了。在有限的生命时间里漫游宇宙，为了实现一个心愿回到过去或走进未来，也就成为人类殷切期望实现的下一个梦想。爱因斯坦在科学理论上曾经告慰人们说，回到过去和走进未来是可能的，只要有一个稳定的虫洞，即一条贯穿空间和时间的隧道，人就可以跨越时间和空间。然而，跨越时空的旅行真的有可能实现吗?幻想里的时间机器能够制造出来吗?许多人对时间旅行在理论上可行的说法都表示怀疑。

　　真假莫辨的时光隧道
　　时光倒流！这样的奇闻真的会发生吗？


　　在一些诸如《千古奇谜》、《未解之谜大全》之类的所谓畅销书中，我们不时会看到以下耸人听闻的内容。
　　1971年8月的一天，前苏联飞行员亚历山大·斯诺夫驾驶米格21型飞机在做例行飞行时，无意中“闯入”了古埃及。于是，他看到了金字塔建造的壮观场面：在一望无际的荒漠中，一座金字塔巍然矗立，另一座金字塔则刚刚开始动工。
　　物理学家马西教授则向世人展示了来自北约的绝密报告：1982年，一位北约飞行员在一次从北欧起飞的飞行训练中，他的视野里竟然出现了数百只恐龙！飞机竟然来到了史前的非洲大陆。




　　1986年，一位美国飞行员驾驶SR71型高速侦察机飞越佛罗里达州中心城区时，突破”时空屏障”，来到了中世纪的欧洲上空，他不无惊骇地看到了欧洲历史上著名的瘟疫——“黑死病”所造成的令人毛骨悚然的恐怖情景，成堆的尸体倒毙街头，令人触目惊心。
　　1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行时，突然从地面控制室的雷达屏幕上消失了。正当地面工作人员深感焦急之际，客机又在原来的空域出现了，雷达又追踪到它的讯号。最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。可是客机上的机组人员和315名乘客，对他们曾经“失踪”这事却是一无所知。
　　机长巴达里疑惑地说：“我们的飞机一切正常。”然而事实却不容争辩：到达机场时每个乘客的手表都慢了20分钟！无独有偶。1970年，一架波音727喷气客机在飞往美国迈阿密国际机场的旅途中，也无故“失踪”了10分钟。10分钟以后，客机也在原来的地方出现，接着安全飞抵目的地。客机上所有的人也都不知道发生了什么事，而最终使他们相信的理由，也是因为所有人的手表都慢了10分钟。


　　对这些十分奇怪的现象，有关专家认为唯一的解释是：在事件发生的一刹那，这些飞机进入了“时光隧道”。什么是“时光隧道”？用通俗的语言解释就是：时间为我们架起了一座金桥，它既可以使我们回到数千年前的过去，又可以让我们进入几百年甚至几千年以后的将来。那么时光真的可以倒流吗？有的科学家认为，从理论上来说，时光倒流、回到从前并非绝对不可能。根据爱因斯坦的相对论，物体运行速度超过光速时，便可能回溯到过去的时间。


　　我们知道：地球和其他星球的距离，一般用光年来计算。例如，天狼星距地球有8.7光年。按一般理解，人们即使乘坐光速飞船，往返一次也要17年以上。但事实上并不是这样。当飞船的速度越快时，时间流逝就越慢。当飞船速度达到光速的99.99999999％时，坐在飞船上的你，无论心跳、呼吸、消化和思维，都比平常慢7万倍。所以对于你本人来说，到天狼星观光一次只不过用了两个多小时而已。可是地球上的亲友，就必须在17年后才能看到你从天而降。


　　根据同样的道理，当飞船的速度达到光速时，时间就会完全停止！那么，当飞船的速度超过光速后会发生什么情况呢？试想有一艘超光速飞船，到数千万光年远的星球上去。又假如飞船上有一只特制的望远镜，能清楚地看到地球。那么当飞船以超光速飞行时，便会掠过地球在20世纪发出的光像，就像赛车超车一样，追上19世纪的光像，这样飞船上的你就看到了19世纪地球上所发生的事情。再往前飞行，你不仅可以看到三国时刘关张桃园三结义的情景，而且可以追上7000万年前古老地球发出的光像，回到恐龙称霸地球的侏罗纪……
　　然而，这仅仅是纯理论的论证，以目前人类的科学技术能力尚无操作的条件。而且上述事件中的飞机速度虽然比较快，但比光速还是要慢得多。那么，它们又是怎样进入“时光隧道”的呢？这是一个谜。



　　斯蒂芬·霍金的惊人言论



　　2010年5月3日，有着“爱因斯坦之后世界上最杰出的脑子”之称的英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金在《每日邮报》网站上发表了一篇文章，题为《如何建造时光机器》。霍金在文章中详细分析了人类如何利用自然规律来建造时间机器的伟大梦想，声称人类驾驭时光在理论上是可行的，我们只需要一个”虫洞”、一个超大强子对撞机，或者一个飞行速度很快很快、接近光速的宇宙飞船。





　　1935年，阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森写了一篇论文，指出了一个被广义相对论称为“爱因斯坦—罗森桥”、而我们现在多称为“虫洞”的东西，这是连接时空中两个不同地点的假想“隧道”或捷径。当空间折叠之后，折叠的两点中间打开一个洞相通的话，就可能走一个空间的捷径，也就是“虫洞”。因为人类对于周围世界的感受通常局限于三维，所以要理解这个情况，我们只能在脑海中构想用手把时空卷曲起来。举例来说：在一张白纸上的一条AB直线，直线的最短距离就是A到B，但如果能把白纸卷起来，那么A到B之间的距离就更近了。“虫洞”就像捷径中的AB距离。换句话说，只要能够建造一个稳定的”虫洞”，就可以跨越时间和空间。



　　当然，“虫洞”至今仍是一种假设，因为从没有人见过，但在一些电影中早巳被描述成时间旅行的通道，比如1981年版的电影《时光大盗》和1994年的《星际奇兵》。但在霍金看来，虫洞其实无处不在，只是因为太小，我们肉眼看不到罢了。虫洞非常小，存在于时空的隐蔽处和缝隙里，它们可以连接两个隔离的空间以及两个不同的时间。不幸的是，现实生活中这种时光隧道非常狭小，即使发现了它们，我们也不能从这个缝隙穿过。部分科学家认为，或许有一天捕捉到一个虫洞，将它放大数万亿倍，令其足够大，能让人甚至飞船进入。如果我们拥有足够的能量和先进的技术，将来或许能在太空中建造一个巨型虫洞。


　　另一种时间旅行方式，就是人类建造货真价实的时间机器。霍金认为：“无论是否相信，以接近于光速的速度旅行可以将你送达未来世界。”在他看来，虽然位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机、费米实验室的粒子加速器能使粒子做到这一点，但建造一列达到这种速度的火车的可能性微乎其微。然而，这已经是霍金口中“最有希望”的方式了。




形形色色的“时间机器”构想



　　1895年，英国著名作家威尔斯发表了他的第一部科幻小说《未来世纪历险记》，讲的是一位科学家借助“时间机器”，去到公元802701年的世界中历险的故事。
　　既然存在超光速现象，那么真的能造出时间机器吗？爱因斯坦的广义相对论看来并不排斥这种可能。近几十年来，许多物理学家也热衷于研究理论上的时间机器。他们设想，可利用一个能够穿越的“虫洞”(即假设存在的时空隧道)来制造一台时间机器，从而将两个相距很远的区域连接起来。由于运动着的时间将变慢，因此只要设法将虫洞的两个入口放在一起，让其中的一个以接近光速的速度围绕另一个运动，就将获得一个时间差。当两者慢慢停下来并相互靠拢的时候，时空轨迹就会形成一个封闭的“拟时间圈”。这样，沿着这一虫洞圈旅行，太空人就可回到他出发的地点和时间。






　　现年62岁的马利特是美国康涅狄格大学物理学教授。马利特的父亲在他10岁时去世，在年幼的马利特看来，父亲的死与吸烟酗酒的习惯有关。如果能够回到过去提醒父亲，这一切或许会改写。为了重新见到父亲，马利特开始了对时间的研究，他的时光机器以爱因斯坦的广义相对论为基础。阿尔伯特·爱因斯坦的理论是，空间和时间是连在一起的，引力可以像扭曲空间一样扭曲时间。马利特认为，如果他可以创造一个引力漩涡，强大的引力场能令光线变曲并减缓时间的流逝。马利特的构想看上去像一个圆柱形光线漩涡，实际上是由一系列激光束光环所制造的巨大引力场，场中心的强度足以扭曲时空。因此，若将一个粒子放在光环中间，粒子便会被引力场拉扯。若接近引力场，时钟和生物钟都会变慢。如果一个人走进这个“时光隧道”，就可能出现在过去的某个点。


　　在马利特之前，很多科学家在“相对论”的启发下已经提出过几个“时间机器”构想。1974年，美国新奥尔良杜兰大学的物理学家弗兰克·蒂普勒设想建造一个巨大的圆柱体并令其旋转，它就可能将周围的时空扭曲，出现很多进入过去的“时间入口”，你跳进去就会时光倒流。但是根据他的计算，这个圆柱体的重量至少要与太阳相当，又必须被装在一个长约100千米、直径65千米的管子里。这显然是无法实现的。


　　上世纪80年代，美国加州理工大学的理论物理学教授基普·索恩提出了著名的“虫洞”理论——连接两个时空地点的时光隧道，这两个地点可能处于完全不同的宇宙，也可能是同一宇宙中的两个地方，物质可以通过一个“虫洞”的入口，迅速抵达另一处时空目的地。不过，在时空结构中制造出一个“虫洞”，可能需要一颗恒星或相当于几十颗原子弹的能量，甚至还需要掌控负能量，这也不是现代科技可以办到的事情。


　　然而，就算技术上的诸多难题都被解决了：“时间机器”的产生还会打开一个充满逻辑悖论的潘多拉盒子。如果我们假定只有一个单一的宇宙，随着时间向前推进，任何一个想进入过去或前往未来的尝试都会导致逻辑上的混乱。一个科学家在建造虫洞，仅需一分钟就回到过去，通过虫洞，科学家可以看到一分钟前的自己。如果这位科学家利用虫洞向以前的自己开枪，会发生什么情况呢？他现在已经一命呜呼。那又是谁开的枪呢？这便是悖论。在某种程度上，这种时间机器会违反整个宇宙所遵循的基本规则。
　　据此，霍金认为任何通过虫洞和其他方式回到过去的时间旅行或许都是不可能的。但这并不意味着所有的时间旅行都不可行。1997年时霍金还猜测，物理定律一定会“禁止”时间旅行。现在他对时间旅行似乎深信不疑，对通向未来的时间旅行就更深信不疑。
　毫无疑问，霍金是我们这个时代最伟大的科学家之一。但大师的预言就一定正确吗？好像不一定。




　　时间旅行真的美梦难圆吗



　　如果你一直以来梦想着有一天能乘坐“时间机器”回到过去，那么最近的一项科学研究可能要泼你一盆冷水了。美国马里兰大学科研人员的研究显示，时空旅行是不可能实现的，永远只能出现在好莱坞电影的剧情之中。科学家表示，新研究将有助于科学家解释一直盘旋在人们脑海中的问题，为什么我们不断老去而不是越来越年轻？为什么破镜不能重圆？


　　据英国《每日邮报》2011年4月15日报道，美国科学家在实验室模拟出了137亿年前宇宙大爆炸时光和时间流动的情景。同时，发表在《物理评论快报》杂志上的实验结果表明，时间旅行不可能实现。科学家在实捡中使用了由丙烯酸（腈纶）和黄金合成的超颖材料具有新奇人工结构和自然界材料所没有的超常物理材质的材料)，并采用一种独特的方式让光发生扭曲，已模拟出宇宙中发生的事件，诸如行星自传以及光在黑洞中的一举一动等。当一束激光射向这种超颖材料时，激光会激发该材料表面的等离子体波，而这种等离子体波仅朝一个方向移动。这种运动模式和大爆炸发生时大质量粒子在时空中的运动模式一样，从而模拟出了宇宙大爆炸时的情景。科学家起初以为，让光在这种超颖材料中沿环形轨道运动(在数学上与宇宙大爆炸时大质量粒子在时间中的运动一致)，接着再朝一个环形轨道发送一束等离子体，并将其带回到起始点，他们就能创造出时间旅行。但实验结果却比预想的要复杂很多。研究发现，与在时间中运行的粒子相互作用的特定波长的光无法进入一个环形轨道。科学家斯莫亚尼诺夫表示：“似乎在这一模型中，时间旅行无法实现。”



　　美国华盛顿大学的马特·维色也证明，这种时间机器绝无存在的可能。他的计算表明，量子真空(即一个粒子—反粒子对的“海洋”，粒子—反粒子对不断地产生，又不断地湮灭，使得其中充满了能量)的物理效应将阻止虫洞口相互靠近，并会改变其能量分布。而一个入口附近的真空能量，将变得比保持这个入口开着的外来(反引力)能量大，因此在时间机器形成之前，虫洞就已“破裂”了。


　　马特·维色认为，宇宙是“抵制”时间旅行的。事实上，迄今我们也从未发现过来自未来世界的时间旅行者。



　　时间旅行：一个永远难解的谜


　　对此，德国EMAT物理研究所的科学家认为，因为时间机器的科幻性质，其中既有娱乐消遣的因素，也有严肃探究的部分。尽管时间机器的具体装置确实让人摸不着头脑，但对这一理论嗤之以鼻也是没有道理的。“逝者如斯夫！”时间原本不存在方向性，它能给人以“向前流逝”之感，是因为我们所处的宇宙是在不断演化的。大爆炸模拟实验显示时间旅行不可能，但研究小组也承认这一结论无法绝对地回答“时间旅行是否可行”。任何模拟实验只可能无限地接近真相，却无法让真相再现。一次实验证明“不可能”，也不能抹杀其在条件更加接近真相时成为“可能”的机会。


　　科学家承认，对于宏观世界里的时间旅行，人类的技术水平的确连掌握了皮毛都称不上。正因为如此，现在就确认其中任何一个环节在真实世界不可能实现，未免有点为时过早。也许“时间旅行”将成为一道永远难解的谜题，伴随着我们漫长的宇宙探索之路。





　　时间旅行充满了诱惑力。遗憾的是，一直以来时间机器都只是一种幻想，因而处于主流科学的边缘。但是在最近几年，时间旅行开始成为一些理论物理学家的个人研究爱好。其中，享有盛名的理论物理学家保罗・戴维斯就颇有把握地向人们宣告：“时间旅行是可行的，而且我知道如何去完成它。”对于制造时间机器，我们首先需要弄清楚的问题是，你是想回到过去还是飞到未来。理论上到未来旅行是很容易的，当你以接近于光速运动或者身处强大的引力场中时，你就会感到时间走得比其他人更缓慢，这就使得你有机会进入到他们的未来。因此，戴维斯在《怎样制造时间机器》一书中非常肯定地指出，飞向未来的“有限时间旅行”是可行的，但回到任何时代的“无限时间旅行”只是“有可能可行”。


　　为此，戴维斯满怀信心地决定去尝试设计和制造出时间机器。他把建造虫洞的梦想分为三步。首先是寻找或建立一个虫洞，开辟一个隧道把太空中的两个不同区域联结起来。第二步是使虫洞稳定下来，由量子产生的负能量可以使虫洞允许信号和物体安全地穿越它。负能量会使虫洞变为密度无穷大或接近无穷大，也就是说，它能阻止虫洞演变成黑洞。最后一步是牵引虫洞，用一艘具有高度先进技术的太空船将虫洞的入口互相分离。如果两个端口都放置在空间中合适的地方，那么时间差将保持恒定状态。假设这一差值是10年，一名宇航员从一个方向穿越虫洞，他将跳到10年后的未来；反之，宇航员若是从相反的方向穿越虫洞，他将跳到10年前的过去。


　根据科学家的描述，虫洞是弯曲时空中连接两地的一条假想捷径，它有两个洞口。如果假设一个洞口在地球附近，另一个洞口在26光年外织女星轨道附近，那么这两个洞口间通过超空间的隧道连接而成的虫洞，其长度可能只有1000米。也就是说，假如我们从地球附近的洞口走进隧道前往织女星，我们只需经过1000米的路程即可到达目的地。对这一条理想化的时间旅行捷径，有不少物理学家表示怀疑。因为，按照爱因斯坦场方程的预言，虫洞的寿命非常短暂，而且在强大辐射的轰击下，它会比以往收缩、关闭得更快，快得就像根本不曾存在过一样。此外，物理学家还没有弄清楚虫洞的曲率是否真的能够通过扭曲作用让真空涨落成为奇点，从而打开虫洞。在自然界中，物理学家并没有发现类似的虫洞生成的方式，他们找不到什么理由去相信宇宙包含了任何会产生虫洞的奇点。即使存在这样的奇点，也无法理解两个奇点能在遥远的超空间里相遇而形成理想化的虫洞。



　　物理学家的这种怀疑不无道理。理想中假设的在两奇点间出现的超空间，以及可以贯穿虫洞的具有负能量密度的奇异物，都是很难实现的、理想化的难题。既然时空曲率相当于引力，那我们大致上可以这样理解：两个奇点的引力相互作用导致了时空曲率，或者说两奇点间的时空被压缩了。例如，织女星远在26光年外，地球与织女星的这段路程是直线距离，通常的航天器要飞抵织女星，它的航程实际上并不是直线的。如果织女星与地球间的距离被弯曲到1000米，那么，两个洞口处的引力之大是非常惊人的。这就难以想象，处于洞口附近的地球是如何抵御虫洞(尽管它不会演变成黑洞)引力而不被它吞噬掉的呢?至于负能量问题，根据物理学家在最近十几年来所做的一些理论研究显示，由量子效应产生的负能量物质是不可能无限制地加以会聚的，它们会聚得越多，存在的时间就越短。如此说来，虫洞没有负能量物质则不能稳定，有了太多的负能量物质也会不稳定。



　　对于建造虫洞，有的科学家并不乐观。法国的黑洞专家约翰・皮尔・卢米涅把它喻为“图形游戏”时指出，“我们必须重新考察真实世界与其数学表述之间的关系，或者说土地与地图之间的关系这个微妙问题”。这是因为，物理方程的解并不是一定在真实世界中存在的。他认为，虽然科学史曾多次证明，今天看来是荒谬的东西明天可能成为普遍接受的事实，但时间倒退的旅行简直是对常识的侮辱。


　　除了技术上存在如何开通安全的虫洞通道以及能否造出时间机器的难题外，时间旅行中遭遇到的“外祖母悖论”也是人们热衷于谈论的话题。那么，时间旅行者究竟能不能干预历史呢?霍金认为，物理定律会制止你干预历史，即使你要把外祖母推下悬崖，她也不会掉下去。有的人则认为时间旅行者可以干预历史，一切都可以重来。例如，戴维斯便认为可以用多宇宙理论来解决“外祖母悖论”出现的矛盾。在戴维斯看来，世界不仅仅只有一个，而是有许多个平行的世界。当你回到过去，你所看到的并不是你自己的世界，而是和你的历史相似的另一个世界。所以，即使你在那个世界打死了自己的母亲，但当你回到自己的现实世界时，她不但依然活着，而且还生下了已经长大成人的你。


　　诚然，平行宇宙的说法看起来是一个很不错的理论，在许多个各自运行的平行宇宙里，几乎每一个时空中都有一个不同的“我”，那个时空的“我”虽然死了，但这个时空的“我”仍然是活着的。或者可以这样说，在现实中死去的人，在地狱里有一个“他”，在天堂里也有一个“他”，在别的什么时空里还有另一个身份和年龄都有所不同的“他”。这种事情听起来很荒唐，但有不少物理学家却相信平行宇宙是存在的，而且还认为它的存在是有科学依据的。20世纪50年代，物理学家在观察量子的时候发现，他们每次观察的量子状态都不相同，这就是量子的不确定性。由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成的，科学家由此推测，既然每个量子都有不同的状态，那么宇宙也有可能不是只有一个，而是由多个类似的宇宙组成。但是，如此类推进行假设的话，上帝、神仙以及妖魔的存在也是可能的了?在古人的描述中，上帝、神仙以及妖魔的行为不是更具有量子的特征吗?


　　以实验结果为依据进行推测并不是放诸四海而皆准的。在做出上述假设之前，我们应该严谨地思考我们能找到多少可信的依据来支持这种假设的成立。由于实验对象的本质差异，物理学(或者在其他科学领域)中的许多实验是可以重复并且能够在时间上连续进行的。可是，自然界的发展历史或人类社会的发展史却无法进行类似的实验。此外，一个电子在通过双缝实验装置后可以显示出多个数目以及不可思议的位置分布，可我们是否也能由此推测：一个人在通过双缝门之后，也能使我们观测到类似一个电子在双缝实验中所显示出的多个数目吗?

　　宇宙或许是对称的，对应于“我们的”宇宙，可能还存在着一个或不止一个“他们的”宇宙。之所以划分为“我们的”和“他们的”宇宙，不仅因为人需要在认识对象身上找出“相互关系”来获得知识，也因为“他们”和“我们”并不是同一类群。因此，这种一分为二的划分并不等同把宇宙看成是多宇宙，对称的宇宙(假设对称)实际上是一个完整的系统。


　　事实上，时间旅行所遇到的难题非常明显。宇宙是如何收藏真实历史的动态时空的呢?组成宇宙天体演化过程(含人类社会发展史)的每个片断，是一个信息量大得惊人且操作起来极其复杂的时空系统。宇宙不可能以量子化的形式将所有过去的历史隐藏起来，以便在某个时刻重现某段历史的真实片断来满足时间旅行者的意愿。何况，若是按照戴维斯的多宇宙理论去推测，既然人的世界可以有多个，那么，太阳系、银河系以及本超星系团也应该有多个。以观测到的10000个星系团去推测，观测宇宙到底有多大呢?


　　由量子特征得出存在多个平行世界的科学推测，多宇宙理论不禁使人觉得它充满了神的意味。而对于时间旅行和制造时间机器的科学设想，引用丹尼斯・萨顿所说的一句话也许是贴切的：“科学的前沿总是一种由新的真实、合理的假设和轻狂的猜想组成的古怪混合。”