哈利波特有魔法，我們有科學
「如果一個人申請經費去研究時間旅行，他立刻就被解僱了。」 霍金在他最後一本著作《對大問題的簡明回答》（Brief Answers to the Big Questions）中寫道。霍金對現實的看法無疑是對的，然而，他對這一問題的追尋也是對的——時間旅行是否不僅僅存在於魔法世界中，而是一個可以通過科學的路徑逐漸接近的嚴肅問題。
霍金認為，我們目前對於時間本質的理解並不能排除時間旅行的可能性，他對此抱著謹慎的樂觀態度。所以，雖然我們現在還不能建造一個時間機器，但是在未來呢？
在日常生活中，我們理所當然的給家人和朋友打電話，隨時隨地跟他們閑聊此刻正在發生的事情，無論他們處於天涯還是海角。然而事實上，我們永遠無法知道他們的「此刻」，通訊信號攜帶著聲音和圖像以不可思議的速度傳播，但是要抵達我們，仍然需要有限的時間。
無法抵達另一個人的「此刻」，是愛因斯坦時空理論的核心。
光速是絕對的，然後時空呢？
愛因斯坦告訴我們，時間和空間都是時空的一部分，我們應該像思考空間的距離一樣，來思考時間的距離。這聽起來似乎有些奇怪，當有人問我們北京離上海有多遠，我們會回答說「坐高鐵大約5小時」，也就是說，高鐵需要大約5個小時的時間才能走完這段距離。
正如物理學家Brian Cox和Jeff Forshaw在他們的書《為什麼E = mc2？》中寫道的那樣，時間和空間可以通過光速互相轉換。愛因斯坦的智慧的飛躍是，假定從時間到空間的轉換率在宇宙中是普遍的，而這個速度就是光速。
光速是任何信號可以達到的最快傳播速度，為我們能夠多快地知道宇宙中其它地方正在發生什麼設定了一個基本限制，也產生了我們感知到的因果關係——結果總是發生在原因之後，先有因，後有果。對於時間旅行來說，這是一個嚴重的理論阻礙。因為如果一個人能夠穿越時間回到過去，他就可以讓一些事件發生，例如阻止自己的出生，而這就將果（這個人的存在）置於因（這個人的出生）之前。
如果光速在整個宇宙中是相同的，那麼我們測量到的光速必然是相同的——真空中為299792458米每秒——無論我們自身在以多快的速度行進。愛因斯坦意識到，如果（聯繫時間和空間的）光的速度是絕對的，那麼時間和空間本身將不可能是絕對的。事實證明，運動的時鐘必然比靜止的時鐘走的更慢。
你移動的速度越快，那麼相對於經過的那些時鐘，你手中的時鐘將走得更慢。「相對」是問題的關鍵：對你而言，時間似乎仍然一如往常地流逝；然而對於靜止的其他人，你都將處於慢動作狀態。如果你是以光速移動，那麼你將彷彿凍結在時間裡——而在你眼中，其他人都處於快進模式。
如果我們超過光速移動會怎麼樣呢？會像科幻小說中所說的那樣，時間將會倒流嗎？
不幸的是，需要無限大的能量，才能將人類加速到光速，更不要說超越光速了。然而，即便我們可以超越光速，時間也不會簡單地倒流，而是無論談論時間是向前還是向後流淌，都將變得毫無意義。因果律被違反，因和果的概念也將失去意義。
蟲洞
愛因斯坦還告訴我們，質量扭曲時間和空間的方式導致了引力。向一個區域內塞入的質量越多，時空彎曲的越嚴重，附近的時鐘走的更慢。如果塞入足夠的質量，時空將變得如此彎曲，以至於光也無法逃離它的引力拉拽，於是，一個黑洞就形成了。如果靠近黑洞的邊緣——黑洞的視界，那麼相對於無限遠處的時鐘，黑洞附近的時鐘將會走的無限緩慢。
所以，我們能夠以恰好正確的方式讓時空彎曲，以至於讓時空逆轉回自身，逆著時間行進嗎？
答案是，也許可以，我們需要的彎曲是一個可以通行的蟲洞。但是，我們也需要產生一處具有負能量密度的區域讓蟲洞穩定存在，19世紀的經典物理學阻止這一點的實現，而現代的量子力學或許不會。
根據量子力學，真空不空，相反，真空中充滿了不斷產生和湮滅的粒子對。如果我們可以讓一個區域比其他地方有較少的粒子對產生和湮滅，這個區域將具有負的能量密度。
然而，找到一個結合量子力學與愛因斯坦的引力理論的一致理論仍然是理論物理學中最大的挑戰之一。弦理論——或者更準確地說是M理論，或許會提供另一種可能性。
M理論要求時空有11個維度：我們生存於其中的一個時間維和三個空間維，還有其他七個維度，蜷縮到小的難以看見的程度。我們能夠利用剩餘的維度作為時間和空間的捷徑嗎？至少霍金是抱有希望的。
所以時間旅行真的有可能嗎？我們目前的理解不能排除這種可能性，但答案或許是否定的。
愛因斯坦的理論無法在非常小的尺度上描述時空的結構。儘管自然法則常常與我們的日常經驗完全衝突，這些理論卻總是自洽的——只為在時間旅行中混淆因果這樣大量存在的悖論留下很小的空間。
儘管霍金對時間旅行有著玩笑般的樂觀態度，他也承認，未被發現的物理定律終有一天會取代愛因斯坦的理論，這些新的理論或許會阻止像你我這樣的大型物體順著（或是逆著）因果定律在時間中來回跳轉。這被稱之為「時序保護猜想」（chronology protection conjecture）。
無論未來的商店內是否有時間機器，我們仍然可以以這些知識聊以自慰——當我們攀登高山或者在汽車內飛速前行時，我們改變了時間流淌的速度。
所以，我們並非在假裝自己是一個時間旅行者，我們事實上已經在時間中旅行，只是並非如希望的那樣而已。
譯：北方的狼
圖：Pany
文：Peter Millington（諾丁漢大學天文與物理學院，粒子宇宙學研究員）
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