时空旅行是如何实现的？

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我们经常在科幻作品中看到时空旅行这个词。但是要进行几年的短途时间之旅并不需要时间机器或者虫洞——我们一直在进行时空旅行。时间最根本的性质是变化率，而我们一直都在变化。我们在变老，地球围绕太阳运行，宇宙天体彼此越来越远。

我们用秒、分钟、小时和年来衡量时间，但是这并不意味着时间流逝的速度是不变的。就像水流会因为河道的宽窄而时急时缓一样，在不同的地方，时间流逝的速度也是不一样的。换句话说，时间是相对的。

时间是有延展性的

但是，是什么让时间沿着从摇篮到坟墓这样的单程路流动呢？这都要归结为时间与空间之间的关系。人类生活在长、宽、高构成的三维空间里，而时间则构成了最重要的第四维。时间不能脱离空间而存在，空间的存在也离不开时间，二者共同构成了时空连续体。在宇宙中发生的任何事件都涉及到时间和空间两个方面。

在本文中，我们将讨论在现实生活中进行时空旅行的方法，以及一些不那么现实的、在第四维中跳跃的方法。

通向未来的时空旅行

现实世界的旅行

如果你想比周围的人更快地度过几年，你就需要利用时间与空间的关系。全球定位卫星每天都在这么做，它们每天都比地球上的物体多十亿分之三秒。在卫星运行轨道上的时间过得更快，因为卫星离地球比较远。而在地球的表面，地球的质量会使时间变慢。

我们把这种效应叫做引力时间膨胀。根据爱因斯坦的广义相对论，引力在时空坐标系中是弯曲的。天文学家在研究光经过质量极大的天体时，会观测到这种现象。比如太阳，就会因为引力透镜效应，而使直线光束变得弯曲。

这和时间有什么关系呢？记住：宇宙中发生的任何事件都涉及到时间和空间两个方面。引力不仅会拉动空间，也会拉动时间。

你可能注意不到时间流动过程中的微小变化，但是质量足够大的物体会造成比较大的影响——比如说，银河系中心巨大的人马座A黑洞。在这里，相当于400万个太阳的质量存在于一个单一的、密度无限大的奇点上。围绕这个黑洞一段时间（不掉进去），你经历的时间将只有地球上的一半。换句话说，你进行一次为期五年的旅行，回来后会发现地球上已经过了十年。

时间过得快慢，与你的速度也有重大关系。你的速度越接近光速，时间过得越慢。例如，在一列飞速行驶的火车上，钟表的指针移动得就比在站台上的钟表慢。人类旅行者感觉不懂这种差异，但是在旅途结束时，随着火车快速移动过的钟会慢十亿分之几秒。如果这列火车的速度能够达到光速的99.999%，只要坐火车旅行一年，站台上的时间就已经过了223年。

实际上，这种假设的旅行会让人进入未来。但是怎么回到过去呢？速度最快的星际飞船能够让时钟倒转吗？

通往过去的时空旅行

我们已经说过了，穿越到未来的时空旅行时刻都在发生。科学家已经在实验中证明了这一点，这也是爱因斯坦的相对论的基本观点。你可以穿越到未来，只不过是速度对快的问题。但是怎么回到过去呢？看看夜晚的天空也许可以找到答案。

银河系大约有10万光年宽，所以银河系最边缘的恒星的光可能要经过几万年的时间才能到达地球。遥望星空，你就是在看着时间倒流。天文学家在衡量宇宙背景微波射线时，他们关注的是100亿年以前的原始宇宙。但是，我们还能更进一步吗？

星空的景象其实呈现的是过去的时间

爱因斯坦的相对论并没有说我们不能回到过去，但是按一个按钮就能回到过去这种事，是违反因果法则的。宇宙中发生了一件事情，就会导致另一件事情发生，这种因果关系是永无止境的，而且是单向的。因总是先于果的。你可以想象一下不同的现实，比如，被枪击的人在开枪之前就因为枪伤而死去，就会觉得将因果反过来是不可能的。因此，许多科学家都认为回到过去的时空旅行是不可能的。

有些科学家提出，可以用比光速还快的速度回到过去。毕竟，如果随着物体的速度接近光速，时间会变慢，那么当物体的速度超过光速时，时间是不是就会倒流了呢？当然，随着物体的速度接近光速，它的相对质量会增加，直到在光速时达到无限大。而要使质量无限大的物体加速，是不可能的。

但是，如果穿越到过去或未来的时空旅行不靠人为的太空推进技术，而是依靠已经存在的宇宙现象呢？比如黑洞。

黑洞和克尔环

围绕一个黑洞运行足够长时间，引力时间膨胀效应就会把你带到未来。但是如果你飞到黑洞的核心去会怎么样呢？大多数科学家都人为，黑洞可能会把你压碎，但是只有一种黑洞不会，那就是克尔黑洞，或者叫克尔环。

黑洞的另外一侧是什么？

1963年，新西兰数学家Roy Kerr提出了首个关于旋转黑洞的现实理论。这个概念立足于中子星，中子星是一种庞大的已坍塌恒星，其体积只有曼哈顿岛那么大，但是质量相当于整个太阳。克尔假设，如果濒死的恒星坍塌成一个中子星构成的旋转环，这些恒星的离心力将阻止它们滑向奇点。由于这个黑洞没有奇点，克尔认为，进入它是安全的，不用害怕被巨大的引力拉向黑洞的中心。

科学家推测，如果真的存在克尔黑洞，我们就可以穿过它，从一个白洞退出来。白洞不会把每个物体都拉进自己的引力场，而是推动每个物体远离自己——有可能推到另一个时间，甚至另一个宇宙。

克尔黑洞纯粹是理论性的，但是如果它们确实存在，将是一个不错的穿越到过去或将来的单向时间穿梭机。虽然极度发达的文明可能会开发出一些手段，使借助克尔黑洞的时间穿梭变得非常精确，但是我们并不知道哪里存在一个“天然的”克尔黑洞。

虫洞

理论上的克尔黑洞不是时间穿梭的唯一捷径。很多科幻作品都提到了另一种东西——爱因斯坦-罗森桥，当然它更通俗的名字叫虫洞。

想象空间是一个二维平面，那么虫洞就是能连接相聚很远亮点的快捷通道

根据爱因斯坦的广义相对论，虫洞是可以存在的，因为任何质量都可以使时空发生弯曲。要理解这种弯曲，你可以想象一下，有两个人，分别拎着床单的四个角，并把它拽紧。如果一个人在床单上放了一个垒球，这个垒球会滚到床单的中间，并使床单在这个点上发生弯曲。这时，如果你再将一个弹球放在这个床单的边缘，它就会由于床单的弯曲向垒球滚过去。

这是一个简化了的例子，宇宙是四维的，而不是二维的。你可以想象将这个床单折叠起来，中间就会出现一个空间。在上面的一层放一个垒球，会使床单发生弯曲。如果本来在下面一层对应的位置就有一个同样质量的物体，垒球就会逐渐与这个物体相遇。这就类似于虫洞形成的过程。

在空间里，位于宇宙不同部分的物体可能最终会相遇，形成一个通道。在理论上，这个通道连接着两个独立的时间，物体可以在这两个时间中穿梭。当然，也有可能存在一些我们不知道的物理或量子性质会阻碍虫洞的形成。而且即使虫洞真的存在，可能也是非常不稳定的。

史蒂芬霍金说，虫洞可能存在于量子泡沫里，也就是宇宙中最小的环境。在那里，会有细小的通道不时出现和消失，在瞬间将两个独立的时空连接在一起。

这样的虫洞可能太小，存在的时间也太短暂，人类无法通过它们完成时空旅行，但是我们能否在将来捕捉到它们，使它们稳定下来，并将它们扩大呢？史蒂芬霍金说，当然可以，如果你准备好承受某些代价的话。如果我们人为地延长连接折叠时空的通道存在的时间，就可能出现一个辐射反馈环，毁掉时间通道，就像音频反馈毁掉扬声器一样。

宇宙弦

出了黑洞和虫洞，还有另一种理论上的宇宙现象，有可能帮助我们实现时空之旅，这就是物理学家J. Richard Gott在1991年提出的宇宙弦。顾名思义，这是一些像弦一样的物体，有些科学家认为它们是在宇宙形成初期形成的。

这些弦编织成了整个宇宙，它们比单个原子还要细，并处于极大的压力之下。自然，这就意味着，它们会对靠近的任何物体产生一种引力，使吸附到宇宙弦上的物体以不可思议的速度运动。通过将两根宇宙弦靠近在一起，或者将一根宇宙弦靠向黑洞，有可能使时空产生足够的弯曲，形成一个封闭的类时间曲线。在理论上，利用两根宇宙弦（与宇宙弦与黑洞）产生的引力，宇宙飞船可以将自己弹射会过去。为了做到这一点，飞船要围绕宇宙弦做环状飞行。

宇宙的异常可以把任何太空飞船变成时间机器

但是，量子弦过于理论化了。Gott自己也说过，为了倒退一年的时间，需要宇宙弦中具有整个银河系一半的质量和能量。换句话说，你必须用银河系中一半的原子为你的时间机器提供能量。而且对于任何时间机器来说，你都无法回到比建造这台时间机器更早的过去。

没错，这就是时间悖论。

时空旅行的悖论

我们前面提到过，回到过去这个概念有点违背因果法则。因必须早于果。即使最好的时空旅行计划也会在这个法则下显得有点站不住脚。

如果你回到了200年前，你就出现在了你出生之前的那个时间。果（你的存在）先于了因（你的出生）。

为了更好地理解我们必须应对的局面，可以考虑一下著名的祖父悖论。你是一个穿越时间的刺客，而你刺杀的目标恰好是你的祖父。你穿过虫洞，见到了你18岁的祖父。你举起枪，但是在你扣动扳机的时候会发生什么呢？

穿越空间的刺客

想一想，你肯定生不出来了。你的父亲也不存在了。如果你在过去杀死了自己的祖父，他就不会有儿子。那么也就不会有你，你也就没办法成为一个穿越空间的刺客。你就不会扣动扳机，这一连串的事情也就不存在了。我们把这叫做不一致的因果链条。

另一方面，我们还必须考虑到一致的因果链条。虽然这样的时空旅行模式同样引人深思，但是它不存在悖论。物理学家Paul Davies提出过一个这样的因果链条：一个数学教授穿越到未来，偷了一个具有开创性的数学定理。然后，这位教授将这个定理给了一个很有前途的学生。后来，这个很有前途的学生就成长为后来被教授偷了定理的那个人。

这就是时空旅行的事后选择模式。这意味着什么呢？我们再次假设你是那个穿越空间的刺客。在这种时空旅行模式下，你的祖父几乎是不会死的。你可以扣动扳机，但是枪会出故障。也可能恰好这时有一坨鸟粪落下来，扰乱了你的视线，使你没有射中，总之会发生某件事情，避免悖论的局面出现。

但是这就出现了另一种可能性：你所穿越到的过去或未来只是一个平行世界。你可以把平行世界想象成一个单独的沙盒：你可以在这个沙盒里建造城堡，也可以毁掉它，但是对你的主沙盒不会产生丝毫的影响。所以如果你所穿越到的过去存在于一条独立的时间线之中，那么杀死你的祖父就不是什么大不了的事情。当然，这可能意味着你每一次进行时空旅行都会进入一个新的平行世界，永远也回不到自己原来的沙盒里面去了。

觉得很迷糊吗？欢迎来到时空旅行的世界。

  
本文选自：今日头条