《新京报》的《新知周刊》两个礼拜前让我写一篇关于时光机器和虫洞的茶座文章，一直拖到今天深夜才找到时间写。文章要求1500字，所以写出来的东西对这个博客的读者来说肯定显得太浅，因为没有空间展开。下面是这篇刚刚速成的文章。

时光机器和虫洞

自从有了爱因斯坦的广义相对论以来，时光机器成了物理学家的一个严肃的研究对象。在此之前，科幻小说作者赫伯特·乔治·威尔斯在1895年写了一部小说《时光机器》，小说的主角是一个业余发明家，发明了一部可以在时间中旅行的机器。将时间看成第四维：如同我们可以从空间的一点走到另一点，时光机器可以帮助他从一个时间走到另一个时间，既可以走到未来，也可以回到过去。

《时光机器》与其说是一部科幻小说，不如说是一部政治小说，因为作者想通过时间旅行者传达一个观点，资本主义的发展可以使得人类和社会退化，就像时间旅行者旅行到未来所看到的那样，富有阶层在80万年后演化成没有智力、不会生病、不需要工作从而虚弱的人种，而劳动阶层演化成野性十足的类似大猩猩的人种。在更加遥远的未来，地球停止自转，水星和金星被太阳吞食，
渐渐地太阳变成红巨星，地球上不再存在生物。

在物理学中，走向未来并不困难，因为我们每个人都在走向未来。问题是，我们能不能在有生之年走向遥远的、超过我们寿命的未来？这在狭义相对论中也不困难。所谓的双生子佯谬，说的就是这种可以发生的事，只要我们乘上速度接近光速的飞船，飞完一圈后回到地球，我们就会发现本来和我们同时的人比我们老很多，甚至不存在了，这是相对论时间缩短效应，我们的时钟相对地球的时钟变慢了，从而我们也显得年轻了（我们身体内部的一切过程都变慢了）。引力场也会起到同样的作用，假如我们能够到一个黑洞的边缘旅行一次再回来，也能在有生之年走到遥远的未来。当然，现代技术还不能够实现这个理论上是可能的事。

要想回到过去就很困难了，至少在狭义相对论中这是不允许的事。因为这个理论有两个基本限制，第一我们的速度不能超过光速，第二我们不能回到过去。其实，稍微想一下，回到过去要求一个奇怪的现象发生，就是我会遇上过去的我。如果我们将空间和时间想象成一个四维空间，我的生命轨迹就是一个闭合线，这是狭义相对论所禁止的。广义相对论就不同了，表面上看，这个物理理论允许闭合线存在。这里我们必须强调一点，这种允许时间了旅行的闭合线的一个特点让我们称其为类时闭合线。理由是这样的：三维空间中当然存在闭合线，这样的闭合线叫做类空闭合线。要求我们的生命轨迹是闭合线就要求顺着这条线，主要是时间在变化，而不是空间在变化，这就是类时闭合线了。广义相对论认为时间和空间是弯曲的，原则上类时闭合线就存在了。如果类时闭合线存在，就会引起无数荒谬的事情发生，例如，当一个人回到过去遇到早年的自己时，也许他会发疯杀死早年的那个自己，自然也就不会有将来的自己，也就不可能回到过去，再杀死自己。

不过，在爱因斯坦的理论中，时空弯曲是物质引起的，就像电磁场的存在是电荷和电流引起的一样。爱因斯坦的方程到底允许不允许类时闭合线的存在？在非常特殊的情况下，的确可以，例如在一个旋转的黑洞内部。就存在类时闭合线。有些人认为，当我们将量子力学的效应包括进来的时候，类时闭合线就不再存在了，也就不会发生前面提到的荒诞的事件。

公众感兴趣的另一个话题是虫洞。虫洞其实就是一种从空间一点到另一点的捷径。如果相对论不允许超光速存在，那么我们就不可能访问远离我们的天体。想象一下，银河系的最大直径是10万光年，也就是说，光从一端走到另一端要化10万年时间，所以人类在有生之年不可能访问哪怕是银河系内的足够远的星球。将相对论的时间缩短效应加进来，也许旅行者自己可以访问那个星球，当他回来时，早已物是人非了，这种旅行对没有旅行的人没有任何意义。如果虫洞存在，也许我们就可以做到这一点了。的确很难在我们生活的三度空间中想象虫洞，下面我们用一个两维的平面的例子类比虫洞。取一张白纸，将白纸弯曲过来，如下图。很明显，一个平面动物沿着红线指示的方向走，从一点走到另一个相对的点可能会很远。如果我们在这两个相对的点加上一个同样是两维（也可以是纸做的）的圆筒，现在平面动物顺着绿线指示的方向沿着圆筒走，路途就近多了。我们常常说到的虫洞就是三维空间中的这样的“圆筒”。

与时间旅行相反，即使是爱因斯坦的理论也不允许虫洞的存在。当然，现在还没有人能够严格证明这一点，但人们在研究方程的时候常常发现负能量才能够产生虫洞。虫洞如果存在，也能够被利用制造时光机器。将虫洞的一个出口相对另一个出口加速绕一圈再回来，就能形成时光机器了。

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编辑徐德芳兄还附来一篇新浪科技的稿子，我将它贴在下面

注：下面提到的米奇奥-卡库其实是日裔美国人，人名不该这么翻译。

科学家称人类无法通过时光机器回到过去(图)

http://www.sina.com.cn 2007年03月09日 15:13 新浪科技

　　据美国有关媒体3月9日报道，在各种科幻小说中，时光旅行是最令人激动的设想之一。人们设想在登上时光机器后，可以在瞬间回到他所希望前往的那个时代。那么，人类是否真的进行时空旅行？是否真的可以通过机器回到过去？美国科学家近日表示，时光旅行只是一种美好的想法，在现实中是根本不可能实现的。

　　美国哥伦比亚大学物理学家、畅销书作者布莱恩-格林说，很多人都有过进行时光旅行的想法，他们或者是为了与故去的亲密爱人重逢，或者是希望能制止惨绝人寰的杀戮等。时光旅行不失为一种美好的愿望，它为各种科幻小说提供了绝妙的素材。关于如何回到过去，人们曾进行了无数的设想。”这些设想，如果仔细推敲，都是在跟物理学打擦边球。我们认为，所有这些设想，几乎无一成立。”

　　第四度空间

　　在物理学上，时间被认为是除了长、宽、高之外的第四度空间。当你从家里走到零售店时，你在空间的三个维度都作了位移：长度、宽度、高度。其实，你也在第四维度–时间维度–进行了运动。

　　美国纽约城市大学天体物理学家、《空间：我们在宇宙中的家》一书的作者查尔斯说，”时间和空间在时空四维构造中密不可分”。查尔斯进一步解释说，时空可以看作是一块四维的弹性纤维。”当任何有质量的物体–你、我、以至一颗行星或其它星星–落到这块纤维上时，它就会激起一片涟漪。这个涟漪，相当于由带质量的物体引起的时空弯曲”。时空弯曲使物体沿着一条弯曲的路线运动，空间的曲率就是我们所熟知的重力加速度。

　　查尔斯还表示，根据天体物理学理论进行的推测表明，对于空间上的三个维度，人们可以来去自如。但对于时间维度，人们就无法如此自由了。在四维时空中，对于时间维，人们只能向前，不可能向后倒退。

　　回到过去的时光隧道

　　关于时光旅行，人们有过很多美丽的遐想，最成熟的一个设想是通过虫洞。人们设想，通过虫洞，可以将两个不同的时空连接在一起。相连的两个时空，可以是两个完全不同的宇宙，也可以是同一宇宙的两个不同地方。任何物体都可以通过虫洞，从一个时空自由出入另一个时空。

　　美国纽约城市大学物理学家、《自由空间》和《平行世界》两本书的作者米奇奥-卡库说，”虫洞连接着将来，也连接着过去。但我们别太乐观了，因为供应时间机器的燃料绝不是人类目前的技术所能达到的”。卡库说，在时空这个物体上”钻孔”，需要一颗星星那么大的能量，或者相反，需要来自比”无”还要少的其它星体上的”负能量”。

　　超弦理论专家格林对上述设想提出质疑。超弦理论主张宇宙万物都是由一连串紧密排列的微细能量组成，随着它们不同的震动模式而衍生出不同的状态和现象。

　　格林说，”很多人对这种做法是否管用持怀疑态度。最乐观的估计是，如果你能打开这样一个孔，你就能从一个地点快速到达另一个地点，或者从一个时刻迅速赶往另一个时刻。”

　　宇宙弦理论

　　另外一个时空旅行爱好者津津乐道的理论是宇宙弦理论。宇宙弦理论说的是，在不断膨胀的宇宙中，有贯穿整个宇宙的能量管。这些细细的管子，是早期宇宙的残留，据说质量非常之大，可以造成周围时空的巨大弯曲。

　　里查德-格特是美国普林斯顿大学的天文物理学家，曾著有《在爱因斯坦的宇宙中作时空旅行》一书。里查德-格特说，”宇宙弦或者是无限长，或者是成环形，它们没有起始点。它们就像意大利面条那样，或者是围成圆形的意大利面条。两种弦理论是互不干涉的。由于它们都能给时空带来巨大弯曲，因此它们在理论上都给时光旅行提供了可能性。这是一个只有超级文明才有可能达到的目标，这远不是目前的我们所能做到的。我们甚至连自己星球上的能源都控制不了。”

　　但是，仍有一些科学家认为，回到过去在理论上是可能的，虽然这不大符合实际。里查德-格特同时也认为，人类可以在地球上看到某些短暂的宇宙粒子。对于人类来说，这些粒子的行程大约有数千年，但粒子感觉其穿越太空、到达地球的过程仅仅用了几分钟时间。实际上，这些宇宙粒子已经进入了未来。基于爱因斯坦的理论，可以将空间充分扭曲来制造一个局部的重力场，就如同一个能够以任意大小呈现的炸面包圈一样。重力场绕着这一炸面包圈围成一个圆圈，这样就使得空间和时间都能紧紧地”弯曲”到过去。尽管很难描述这一”炸面包圈”在现实生活中的样子，但数学公式显示，时光机器中每一阶段的时间都将在”炸面包圈” 内的某一个空间内产生。

　　理论上说，在时光机器制成后回到过去的任一时间都是可能的。但到目前为止仍然有一个小小的障碍还未得到解决，那就是如何产生重力”炸面包圈”。科学家们进行过大量研究和思考，发现可能需要推动一个高质量物体做高速圆周运动。

　　时光旅行难成现实

　　查尔斯在接受记者采访时说，从数学上讲，你当然可以说某种东西正沿着时间轴往后退。但在实际上，无论是你还是我，都无法回到过去。

　　卡库也表示了相同的观点，他说，如果存在一个万能理论的话，人类就可以通过时间隧道解决所有的上述难题，看时间旅行是否真的可行。”但这需要比我们目前的科技能力要先进得多得多的技术。不要幻想明天就有一个年轻天才在报纸上发表声明，说自己已经发明出了什么时间机器。”

　　格特目前正在担任一部关于时光旅行的电影《超时空效应》的科学顾问。他在接受记者采访时表示，目前，关于在时间维度进行旅行，唯一确定的是每过去一分钟，我们就向未来迈出了一步。所以，对于那些想知道地球在一百万年之后是什么样子的人，科学家们有好消息等着他们。”如果你想知道地球在一百万年以后是什么样子，我可以告诉你怎么做”。格特给出的方法是：建造一艘宇宙飞船。以光速行驶一定的时间，然后再回到地球。当你走出飞船的那一刻，你可能就在一百万年之后的地球上了，而你本人，可能才只长了一岁。这样，你去未来地球旅行的愿望就实现了。

(刘妍)