时间旅行之谜

时间就像一台推动宇宙运转的隐形机器，没有它的存在，宇宙的一切都将是静止的；时间更像一条逶迤的长河，载着我们徜徉在多彩的世间。不管我们愿不愿意，时间的洪流都将无情地将我们裹挟而去。

从古到今，时空穿梭一直都是人们的梦想。我们希望回到过去挽留一段爱情或阻止一场悲剧；我们期待进入未来，超越有限的生命。从科学角度而言，人类对于时间魔术最迷人的猜想在于爱因斯坦的相对论。变化、永恒，还有距离，去除人为的情感，它们其实都是中性的。在物理学的角度上，永恒的一定是冷寂的。“时空无时不在，无处不在。”这是一个哲学命题，也是人们通常最普遍的认识误区之一。

时间旅行的现实与悖论

时间循环在物理学上还真有人认真进行研究过。上世纪80年代，俄罗斯理论物理学家伊戈尔·诺维科夫在对时间旅行的可能性认真研究后指出，人可以回到过去，但不能因此改变历史，人将被迫以一种方式行事而不让悖论发生。换个角度说，我们的世界是已经被改变过的最终结局，这被称为“诺维科夫自洽性原则”，后来成为大量时间循环作品的理论基础。如果时间河流本身光滑地向回弯曲产生一个漩涡，他认为有某种“看不见的手”会阻止我们跳回到过去和产生时间悖论。

这种三维世界里无法理解的逻辑，在科幻电影和小说中经过种种演绎，让时间循环变成可能。除了《星际穿越》，这样的例子数不胜数。《终结者2》中，施瓦辛格扮演的T-800告诉人类反抗军首领约翰·康纳，人类最终研究出了“天网”超级计算机，是因为得到了前作中被击毁的机器人的芯片。《12只猴子》中囚徒詹姆斯·科尔被科学家送到过去，找寻散播死亡病毒的罪魁祸首，最终发现一切罪孽的形成与自己被送到过去的经历息息相关，而他孩童时代便撞见自己的死亡。

到底什么是时间？我们能否穿越到未来以及回到过去？欧洲著名的哲学家圣奥古斯丁说过：“说起时间，每个人都晓得它代表什么意思，但究竟什么是时间？如果没有人问我，我一清二楚；如果要我说明，那我就不知道了。”

事实上，就连时间概念本身也非一成不变的。对牛顿来说，时间像一支箭，一旦飞出去就绝对不会改变路径。如果地板上的碎片忽然自行聚合且从地板上跃起，组成一个完整的杯子跳回桌面上，你肯定能判断出这是录像在回放，因为日常生活中绝对遇不到这类情形。

为什么我们看不到破碎了的杯子跳回桌面上？通常给出的解释是，热力学第二定律不允许出现这类事件。热力学第二定律告诉我们，无序程度或者说熵，总是随着时间而增大。换句话说，也就是我们经常提到的墨菲定律——事物总是朝坏的方向发展。桌子上一个完好的杯子是一种有序状态，而地板上打破了的杯子则是一种无序状态。时间的单向性是物理学的基本规律，宇宙中的一切事物都是从有序状态走向无序的。宇宙不断发展，是一个不断变差的过程，从最初有秩序的状态，慢慢变得没有秩序，一片混乱。

而爱因斯坦的理论将空间和时间连接成一个不可分割的整体。在极限情况下，时间也是可以弯曲的。在相对论里，大型物体比如行星、恒心和黑洞的引力可以导致空间弯曲，空间和时间可以通过一个叫作时空的东西联系起来。这就意味着当时空被弯曲时，时间也会被弯曲。这样时间就更像一条河，当它在宇宙间漫游时逐渐加快或者减慢。但是爱因斯坦担心时间这条河也许有倒流的可能性，大概在这条河里也有漩涡和分叉。

爱因斯坦狭义相对论的主要预言之一是时间膨胀现象，它本质上说，运动着的始终比静止的时钟走得慢。如果速度接近光速，时间几乎就会停滞不前。这种想象适合所有的时钟，包括机械钟、数字钟和生物钟等等。这就意味着宇航员登上太空飞船，并加速到接近光速后，地球上每过一年，他只会衰老一秒，因为他的时钟变慢了。如果以他自己的时间为标准，经过一年重返地球时，地球已经过了3100多万年。时间膨胀不仅存在于理论，它已经被实验观测所证实了。

利用时间膨胀前往未来的问题是，没人知道怎么让你自己回去。回到过去是一个难得多的问题，目前还没有人能解决，很多科学家也不相信能够存在，但是物理学家已经提出了一些理论。

时间旅行的物理学基础

1935年，愛因斯坦和学生内森·罗森把虫洞理论引入物理世界，发现在黑洞的中心有一个“喉咙”，将时间-空间连接到另一个宇宙，这种连接两个宇宙的桥梁被称为“爱因斯坦-罗森桥”，也就是后来所称的虫洞。起初并没有“虫洞”这个术语，直到后来美国科学家约翰·惠勒把它比喻成苹果上虫子咬出的洞。通过虫洞从苹果的一边到另一边，比绕过苹果表面近多了。穿过不旋转的黑洞将是毁灭性的，但是旋转的黑洞有一个环状的奇异性，这样就有可能通过“爱因斯坦·罗森桥”穿过这个环。这样一来，爱因斯坦的理论就提供了时间旅行的可能性。

1937年，荷兰数学家威廉·范斯托克姆发现了爱因斯坦方程的一个解，指出有一个快速旋转而又无限长的柱体重力场。这样一个场将会违反因果律，它允许出现连接两个时空的“闭合类时曲线”。

何谓“闭合类时曲线”？爱因斯坦的广义相对论已表明，时空会受到类似行星等巨大运动物质的重力拖曳而改变方向。由此可见，时间的方向也会因运动物质的拖曳而改变，变得弯曲，弯曲到一定程度，便可首尾相接，形成闭合曲线。如果这样的闭合曲线存在，人们乘坐飞船沿着这种曲线进行正向时间旅行时，不仅可以访问未来，还可返回过去。

范斯托克姆从一个无限的旋转的圆柱体开始，尽管构造一个无限的物体实际上是不可能的，计算出如果这个圆柱体以接近光速旋转，就会带动时空结构和它一起转动，很像搅拌机的叶片带动蜜糖旋转一样。

任何勇敢地围绕圆柱体旅行的人都会被带动，得到巨大的速度。事实上，从远处的观察者看，这个人的速度好像超过了光速。尽管范斯托克姆本人那时候没有认识到，围绕圆柱体旅行一圈实际上是时间上倒退到你出发的时间之前。如果你是中午出发的，那么，你回到出发点的时间可能是昨天下午18点。圆柱体旋转得越快，在时间上就倒退得越多，唯一的限制是时间不能倒退到制造圆柱体之前。每次你围绕柱子跑一圈，时间就倒退得越多。事实上，不存在无限长的圆柱体，所以可以排除这个解。另一个角度说，如果这样的圆柱体能够被制造出来，由于它以接近光速旋转，圆柱体的离心力非常大，构成圆柱体的材料将飞散。

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