時空穿梭到底能不能實現？

從上世紀的電影《回到未來》到現在《異星戰場》，從用汽車飛速穿越時空到用特殊「神器」完成異地穿梭。時空穿越一直是科幻電影創作經久不衰的話題，那麼——

時間旅行曾一度被認為是科學狂想，許多研究它的科學家被認為是不務正業。在繼警告人類勿主動與外星人接觸以後，英國著名物理學家斯蒂芬·霍金又拋出驚人言論。在一篇探討如何建造「時間機器」的文章中，詳細分析了人類如何利用自然規律實現「時間旅行」的可能。那麼時空穿梭能實現嗎?

極速可以穿越到未來

「在牛頓的時空觀里，時間和空間不受任何物質及運動的影響。很明顯，在這樣的絕對時空觀里，時間旅行不具有理論基礎，它的存在只是一種幻想。 但是狹義相對論的提出，對牛頓的絕對時空觀產生了一次重大變革。」 物理學博士、科普作家盧昌海在《時間旅行: 科學還是幻想？》一文中談到，「在狹義相對論中，時間和空間不再是絕對的概念，而是與參照系的選擇密切相關。特別是，在運動參照系中時間的流逝會變慢，這是著名的時間延緩效應，它的存在已經被物理實驗所證實。狹義相對論所帶來的這種新結果，為時間旅行開啟了第一種具有理論依據的可能性， 那就是面向未來的時間旅行成為了可能。」

據盧昌海介紹：按照狹義相對論，如果有人想要到未來去旅行，他所需要的時間機器就是一艘能夠以接近光速的高速運行的飛船。比如他想在二十年的飛行時間後能夠到達兩萬年後的地球上，他所要做的就是讓飛船以相當於光速99.99995%的速度飛行十年，然後以相同的速度往回飛。那麼二十年後，當他回到地球上時，地球上的日曆已經翻過了整整兩萬年，「他可以如願以償地看到兩萬年後的人類社會 。」

回到過去困難重重

與穿越到未來不同，在狹義相對論的框架下回到過去沒有理論上的可行性。

盧昌海說：「如果一定要對狹義相對論的數學框架做廣義詮釋的話，那麼只有超光速的運動才可能導致某一類參照系中時序的顛倒。但是狹義相對論本身在亞光速與超光速之間設置了一個光速壁壘，沒有任何已知的物理過程能夠使原本亞光速運動的物體 (包括人) 進入超光速運動狀態。因此在狹義相對論的時空框架內，時間旅行家可以到達未來，但卻不能重返過去，這與我們在空間中自由自在的運動相比，顯然還差得很遠。」

那麼我們還有可能回到過去嗎？

盧昌海說：「在狹義相對論之後又過了十年，愛因斯坦提出了廣義相對論。在廣義相對論中，時間和空間不僅如狹義相對論中一樣與參照系的選擇密切相關，而且還有賴於物質的分布與運動。由此產生的一個不同於狹義相對論的重要結果是：我們對『未來』的定義不再是絕對的了，它會受到物質運動的影響。在不同時刻、不同地點，『未來』有可能指向不同的方向。」

「這是一個奇妙的結果，它表明時空在某種意義上就像流體一樣會受到運動物質的拖曳，甚至連時間的方向都有可能因拖曳而改變。」盧昌海解釋道，「既然時間的方向可以被物質的運動所拖曳，那麼有沒有可能存在某種物質的分布與運動，它對時間方向的拖曳如此顯著，以至於把未來方向拖曳成過去方向，甚至讓不同的時間方向首尾相接， 連成一條閉合曲線呢？這樣的閉合曲線如果存在，無疑就是一種時間機器。」

但如何才能實現那樣的時間機器呢？盧昌海介紹說, 物理學家們提出了很多設想，我們常常在科幻小說和科幻片中看到的蟲洞就是其中之一。

蟲洞是捷徑也是死路

那麼究竟什麼是蟲洞？它又為什麼會被科幻小說家視為星際旅行的工具呢？

盧昌海舉例說：「在一個蘋果的表面上從一個點到另一個點需要走一條弧線，但如果有一條蛀蟲在這兩個點之間蛀出了一個蟲洞，通過蟲洞就可以在這兩個點之間走直線，這顯然要比原先的弧線來得近。把這個類比從二維的蘋果表面推廣到三維的物理空間，就是物理學家們所說的蟲洞。」更有意思的是，「蟲洞不僅是空間旅行的通道，而且還可以作為時間旅行的工具。只要讓蟲洞的出入口以接近光速的速度作適當的運動，就可以將蟲洞轉變成時間機器」。

但是要想直接通過蟲洞穿越並不簡單，首先得建立起蟲洞。科學家研究發現蟲洞中必須存在某種能量為負的奇特物質。「但不幸的是，迄今所知的所有這些負能量物質都是由量子效應產生的，數量極其微小。」盧昌海說，「而為了維持一個半徑為一公里的蟲洞所需要的負能量物質的數量相當於整個太陽系的質量。」

但這還不夠，因為這樣大小的蟲洞並不適合星際旅行。盧昌海在《蟲洞: 旅行家的天堂還是探險者的地獄？》一文中介紹說：「按照廣義相對論，物質在通過像蟲洞這樣空間結構高度彎曲的區域，會遇到一個十分棘手的問題， 那就是張力。這是由於引力場在空間各處的分布不均勻所造成的，它的一種大家熟悉的表現形式就是海洋中的潮汐。由於這種張力的作用，當星際飛船接近蟲洞的時候，飛船上的乘員會漸漸感覺到自己的身體在沿蟲洞的方向上有被拉伸的感覺，而在與之垂直的方向上則有被擠壓的感覺。當飛船距離蟲洞還有1000公里的時候，這種張力已經超出了人體所能承受的極限，所有的乘員都將在致命的張力作用下喪命。再往前飛一段距離，飛船本身將在可怕的張力作用下解體，最終瘋狂增加的張力將把已經成為碎片的飛船及乘員撕成一長串亞原子粒子。」因為張力的問題，蟲洞的半徑需要達到一光年以上，否則人是無法從蟲洞中穿越的。

此外，當我們將蟲洞轉變為時間機器時，還會遇到另一個棘手的問題，那就是蟲洞的自激效應。

盧昌海說：「蟲洞一旦成為時間機器，任何微小的量子漲落都有可能通過這樣的蟲洞返回過去，與它本身產生疊加。這種疊加過程可以在零時間內重複無窮多次，由此產生的自激效應足以在瞬息之間將時間機器徹底摧毀。」因此，用蟲洞作為時間機器的前景是不容樂觀的。

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