时空旅行真的可以实现？真的可以，广义相对论带你回到过去

booohr

时空旅行一直是科幻的永恒主题，在我记忆里，最早关于时空旅行的科幻作品应该就是藤子不二雄的《哆啦A梦》了……没错，就是那只粉蓝色来自未来的机器猫……

不过其实在看《哆啦A梦》之前，我就经常幻想过时空旅行的问题，假如能回到过去，又或者穿越未来，那是多么有趣的一件事情。特别是做错事的时候，这种感觉特别的强烈……但随着慢慢长大，发现这好像不是一件可能的事情，我们宇宙的因果律似乎是牢不可破的，不会允许这样的事情发生。

不过后来从书里看到了关于相对论的介绍，穿越过去未来居然是可能的！你没看错，是可能的！

在爱因斯坦的相对论里面，其实并没有限制时间的方向，相对论的时间在物理上并不是单向的，它允许有两个方向。其实不单是相对论，绝大部分的物理定律都没有限制时间的方向。但是由于科学家普遍相信宇宙存在因果律，特别是相对论的提出者爱因斯坦本人是坚决因果律拥护者，因此即使相对论本身能推出一些关于时间可逆的结果，在起初时都没有受到特别的重视。

虽然过去的众多物理理论都没有限制时间的方向，都不反对时空旅行，但有一条定律却牢牢守住了因果律的底线，那就是热力学第二定律——熵增定律。它指出一个孤立的系统内，热量总是从高温物体流向低温物体，系统的熵总是在增加。用人话说就是：一个孤立的系统内总是从有序变成混乱，这个过程不会反过来发生。科学家普遍认为这就是时间的箭头，称之为热力学时间箭头，它决定了时间的不可逆性。

然而相对论却给出了一个能绕过热力学时间箭头的方案！这方案最早竟是相对论的提出者，因果律的坚定拥护者，曾说出“上帝不掷骰子”的爱因斯坦。他在1935年研究引力场方程的史瓦西解时发现一个弯曲时空的特殊结构，两个相距遥远的黑洞的中心可以连通，这样就产生了通过黑洞瞬间穿越到遥远的时空的可能，这就是后来我们所说的虫洞。不过基于个人的信念，爱因斯坦认为这种特殊的通道是不能穿越的。

爱因斯坦的坚持是有道理的，因为任何人落入黑洞中心的奇点后就不可能再出来了，即使他穿越到遥远时空另一头的黑洞奇点里，他依旧是出不来的，这样，通过穿越虫洞进行时空穿越的可能性就被否定了。

不过后来有人提出，黑洞的另一头也许不是另一个黑洞，而是是一个白洞，白洞也是根据史瓦西解提出来的一种与黑洞性质相反的天体，黑洞是只吸不吐，而白洞是只吐不吸，按照理论物质能量会不停从中心奇点出向外辐射。但是这种天体只是存在可能性，它的形成过程没有任何可信的理论模型。另外更重要一点是白洞奇点出来的辐射需要逆时运动，这是史瓦西解里的结果，在黑洞里，物质是顺着时间方向落向奇点的，因此，在白洞里，物质就需要逆着时间方向出来……这样依然绕不过时间箭头问题……

后来更多的研究者对广义相对论进行研究，发现了虫洞并不是黑洞所特有的，它不止有一种，还有更多的可能下，虫洞并不依赖于黑洞而存在。对于虫洞研究最为深入的可能是诺贝尔物理学奖获得者基普·索恩，他曾经把他的虫洞理论先后应用到两部科幻片中，一部是上世纪90年代的《超时空接触》，另一部是前几年的《星际穿越》。两部电影都通过一个可穿越虫洞连通了两个遥远的时空，并以此构筑了整个故事。

在广义相对论里，虫洞是弯曲时空的一种特殊结构，在四维时空里它即可连接两个不同的空间区域，也可连接两个不同的时间区域，当虫洞连接了两个不同的时间区域，时空旅行便有了可实现的途径了。那它是怎么实现的呢？这个实现的方法有很多种，我们就讲索恩提出的一只相对简单的方法。（注：这个相对简单也是相对的……实际上还是比较烧脑，请做好准备……）

首先制造一个瞬时虫洞，虫洞的两个互通的出口，分别是A和B，我们把A留在地球上，然后用一艘亚光速飞船把洞口B带着接近光速飞一圈回来，根据狭义相对论，A、B两个洞口的时间会发生差异，亚光速飞船带着飞的洞口B会到了洞口A的未来。这就是狭义相对论里的双生子佯谬。

如果看到有点晕，请重复看上面黑体字部分，直到看明白为止，然后见证奇迹的时候来了！当你从洞口B进去会怎么样？你会从洞口A出来，然而此时洞口B处在洞口A的未来，但当你穿越虫洞的时候，并不会穿越到虫洞的未来，因此，你会从与洞口B时间同步的洞口A出来，结果是你穿越到了洞口A的过去！

如果没看明白，请重复再多看几次，如果你一次就看明白，那恭喜你，你是个聪明宝宝！

你看，这个过程里，并没有违反热力学第二定律——熵增定律，因为人在这个过程中会正常老去，即使是飞船上的人，时间过得相对比较慢，但老去的过程依然是不可逆的，但他确实通过虫洞穿越到过去。而且这个虫洞是那时的地球上任何人都可以超越的。

虽然时间穿越在理论上是可行的但它要面临外祖母悖论等诸多时间悖论，这些问题如果和解决？我们以后有机会再探讨吧。

原文地址：今日头条