時間旅行可能嗎？

知識 06-27

（作者：王一，香港科技大學物理系助理教授）

導語

穿梭時間的旅行聽起來很炫酷，不少科幻作品、影視作品中也有關於時間旅行的浪漫想像。講真......人類是否能突破時間的限制，任意穿梭遊走於時空之中呢？

十萬個為什麼：

讓專家告訴你吧！

每個人每時每刻，都不斷地從過去經由現在，走向未來。你是否想過，能不能用比別人更快的方式去未來旅行？比如說能不能現在就去看看1萬年後的地球是什麼樣子？

漫遊未來，在原則上是可能實現的。發現這一點，是狹義相對論的功勞。狹義相對論建立在兩個假設之上：光速不變原理——光在真空中的速度對每個觀測者都一樣；相對性原理——不能探測絕對運動。

光速不變這樣令人吃驚的事實，會導致令人吃驚的推論。讓我們想像有一架「光子火箭」，正在以接近光速的速度與我們擦肩而過。這時，我們會發現，光子火箭上的時間變慢了！

時間旅行（藝術想像圖）

為了弄清楚「鐘慢」效應，我們來設計一種簡單的「光鍾」：光線在兩面鏡子之間反射，一個來回算作一個時間單位。假如光子火箭上有一隻這樣的光鍾，那麼我們發現光鍾在運動，可是光的速度不變。於是光的路徑變長，光鐘的周期也相應變慢。進一步，相對性原理告訴我們，變慢的不僅是這隻簡單的光鍾，火箭上的所有鍾在我們看來都變慢了。否則，光子火箭上的乘客不向外看，只憑時鐘速度的不同就能測出火箭的速度，這是與相對性原理矛盾的。

由於「鐘慢」效應，光子火箭就成了漫遊未來的交通工具。假如一對年輕雙胞胎中，哥哥坐上光子火箭旅行，而弟弟在地球上等他回來。當弟弟成為白髮蒼蒼的老人時，會發現返回地球的哥哥還是像出發時那麼年輕。而哥哥並沒感覺旅行花費很長時間。也就是說，哥哥漫遊到了未來！這被稱為「雙生子佯謬」。

好奇的讀者可能會問：既然運動是相對的，火箭上的哥哥認為弟弟也是運動的。那麼為什麼不是弟弟更年輕呢？這是因為，哥哥從離開到返回，中間必須經過一個改變速度的階段。在這一瞬間，哥哥會發現弟弟迅速變老！

儘管從原理上是可能的，當代技術還難以實現時間旅行：比如飛機的速度只有光的一百萬分之一。坐飛機環球旅行，造成的「鐘慢」效應只有一千萬分之一秒（同時還有同樣數量級的廣義相對論效應）。製造「光子火箭」，讓人直觀地感受時間，目前還遠不能實現。