一位偉大的科學家利用現在為人所知的技朮設計了這樣一台機器：

它能在宇宙中開辟通向遙遠時光的道路。本文中，他向讀者解釋了

如何在過去與將來的時間旅行中使用這台機器。那么，我們真的能

夠穿越時光，回到過去或邁向未來嗎？

作者/Paola Catapano

編譯/曹金剛

“時間旅行是可行的，而且我們知道如何去完成它。”保羅-戴維

斯(Paul Davies)，這位或許是繼斯蒂芬-霍金(Stephen Hawking)

之后最知名的物理學家一邊這樣說，一邊把我們請進他位于悉尼的

辦公室，他目前在澳洲工作和生活。為了與他會面，本刊記者一直

飛到了澳大利亞，因為這位英國科學家已經構想出了世界上第一台

時間機器，并在他最新出版的書中描述了制造這台機器的方法。

時間機器當然還沒有被造出來，因為還有一些尚待解決的技朮和政

治問題。不過這部機器所需的大部分零件已經散布在世界上最先進

的研究實驗室里了。

保羅-戴維斯身著方格襯衫，頭發和胡子梳理得整齊講究，表情堅

定自信，讓人一眼就能看出是個典型的英國人。他在談起時間旅行

就像在談論一個人們僅僅因為懶惰而沒有去充分利用的機會，好像

這台機器已經准備就緒，只等首批“時間旅行家”去駕馭它。

相關理論源自這樣一個觀念：像三維空間一樣，時間是一個可變的

維數。這也是1905年愛因斯坦提出的《相對論》的核心思想，在戴

維斯看來，正因為這樣，我們已經掌握了時間旅行的公式將近一個

世紀。


人們如何才能進行時間旅行呢？

“相對論為我們提供了在未來時光中旅行的兩種方法。一個是以高

速進行運動，由于這種運動而造成的時間扭曲，狹義相對論對此做

出了解釋。如果我們有一艘速度達到光速99.99999%的飛船，就可

以在6個月內進入公元3000年。”這種旅行是相對論的結果，它與

著名的“雙生子佯謬”有關，也是愛因斯坦理論的一個直接結果。

孿生兄弟中的哥哥以接近光速開始其太空旅行，而弟弟留在家里。

哥哥到達10光年以外的目的地之后立即以同樣的速度返航。

對于留在地球上的弟弟來說，時光流逝了20年，也就是哥哥以近光

速旅行所花去的時間。但對于旅行中的哥哥來說，時光流逝的速度

卻要慢得多。事實上，相對論告訴我們，時間會隨著速度的增加而

放慢步伐。對于哥哥來說時間僅僅過去了3年，當他回到地球上時

，就會發現自己已經跨進了17年后的未來時光中。

按照這些理論，人們能夠以非常接近光速的速度旅行，但實際上可

以達到這么高的速度嗎？

在這方面沒有任何禁區，只是一個成本問題。為了把一個10噸重的

負載加速到光速的99.9%，需要使用100億億焦耳，這相當于全人類

几個月的能源生產總量。”

進一步接近每秒30萬公里速度的成本當然會更高。

因此，只要我們擁有必要的資本就可以向未來出發？

“我不排除我們能做到這一點，在太空中有取之不盡用之不竭的能

源，只要我們去開發它們。這實際上成了一個政治問題：做出對太

空進行必要的技朮研究和開發的決定，以便使人類能夠利用宇宙中

大量的能源。但是還有另外一個問題：以高速系統進行的時間旅行

或許只能進入未來卻沒有辦法回來。事實上，假如我們的超級宇宙

飛船到達了公元3000年后再返航，有可能只會在地球的未來時光中

又跨出了一大步。”

這是因為時間旅行并不取決于運動的方向，而只取決于它的速度。

相對論提供的另一個時間旅行的方法是什么？

“這個方法是愛因斯坦1908年以廣義相對論提出來的，這個理論將

狹義相對論進行擴展，其中包含了重力對時光產生的多種效應。新

理論令人驚訝的結論在于重力會使時間放慢，而我們也可以驗証這

一點，比如地球的重力每300年可以讓鐘表慢1微秒。1976年，物理

學家羅伯特-維索特(Robert Vissot)和馬丁-列文(Martin Levine)

向太空中發射了一枚載有時鐘的火箭，他們觀察到這個時鐘與放置

在地球上同樣的時鐘相比，多獲得了1/10微秒。為了在未來的時光

中旅行，只要利用那些強度遠高于地球重力的引力場，比如中子星

的引力場。中子星是那些在耗盡自身的燃料之后，由于受自身質量

的影響而收縮到只相當于原來體積很小一部分的天體，但它們的總

體質量仍維持在一個很高的水平﹔其中一些中子星僅比地球上的一

座城市大一點兒，但其質量卻超過了太陽。它們自身強大的重力使

其原子變成了一堆中子，這種重力作用會產生比地球重力影響要明

顯得多的時間扭曲：中子星上的7年相當于地球上的10年，因此，

只要讓我們的飛船到達這樣一顆中子星上(比如位于巨蟹星云中的

那一顆)就會在未來的時光中邁出一大步。但問題是我們如何能造

出一艘能抵抗中子星附近極其惡劣條件的飛船來。在這種情況下，

我們同樣也無法從未來時光中返航。”

假如我們想進入過去的時光中呢？

“相對論也允許在過去的時光中旅行。對于廣義相對論來說，時空

可以被彎曲到與其自身聯接的地步，因此可以在時間和空間中創造

‘封閉曲線’。

第一個勾划出封閉時間曲線的人是愛因斯坦的一個朋友、奧地利數

學家庫爾特﹒戈德爾(Kurt Goedel)。他在解算相對論中關于引力場

的方程式時，發現在空間中可以找到一條通向旋轉著的宇宙的螺旋

體軌道。不過他解出的方程式答案需要假定宇宙處于旋轉狀態，而

今天人們卻認為宇宙并不旋轉。但他的功勞在于証明了相對論并不

排除物質的一個粒子，從理論上也包括人類，可以到達過去的時光

以及從將來的時光中返回。”

事實上，戈德爾寫道：“乘座一艘飛船沿著一條足夠寬廣的航線往

返旅行，我們可以到達過去、現在以及未來時光中的任一個地區并

返回。”在看完朋友解方程式的結果后，愛因斯坦也承認，在構思

廣義相對論的過程中，這種時空中存在可讓人回到過去的封閉曲線

的可能性曾折磨了他很久。

但是戈德爾的想法建立在一個錯誤的前提上，即宇宙是旋轉的。這

樣的話，我們又該如何進入到過去的時光中呢？

“戈德爾提出的旋轉說法并不是我們拜訪祖先的惟一手段。最新的

理論當中就有‘虫洞’說(wormhole)，這是給黑洞起名的美國天文

物理學家約翰﹒維勒(John Wheeler)提出來的。虫洞是空間結構中

的一條捷徑，它可以在光到達之前將兩個非常遙遠的點聯接起來，

因此這也是通過一條捷徑進入過去時光的一個方法。”

光速實際上是一個無法逾越的極限，任何物體，甚至包括信息也無

法以更快的速度運動。所以，如果我們能夠搶先在出發地的信息到

來之前到達某個地方，那我們就可以說完成了一個進入過去時光的

旅行，這是因為我們剛到目的地不久，我們的過去就會追上我們，

或者更精確地說，是我們出發時那個時刻的信息追上了我們。可是

如果信息是以光速旅行，我們又能如何在它之前到達某個地點呢？

我們走一條光不認識的捷徑，走更短的路。這就是虫洞的含義所在

：它是聯結宇宙中兩點的、光無法通行的捷徑。但是人們能隨心所

欲地制造虫洞嗎？


從科學幻想到科學

在由美國天文物理學家卡爾﹒薩根(Carl Sagan)于上世紀80年代創

作的小說《接觸未來》(Contact)中，一組科學們收到了一個來自外

星人更先進文明的無線電信息，這個信息包含的內容指導人類制造

一台機器，它可在地球與相距26光年的天琴座α星之間建立一個虫

洞。這部小說后來被改編為同名電影，由朱迪-福斯特(Judy Foster)

擔任主角。

在電影中，女主人公登上了一艘飛船，它被一個類似巨型離心機的

渦輪吞沒，然后飛船飛速穿過一條隧道，在几分鐘內就來到了天琴

座α星所處的銀河系中心。在小說中，薩根并沒有進一步描述制造

那樣一條時光隧道的細節，為此他請教自己的朋友、加州理工學院

的理論物理學家基普﹒索恩(Kip Thorne)，自己在小說中關于利用

虫洞作為穿越時空捷徑的幻想是否有理論依據。在薩根科學幻想的

激勵之下，索恩及其合作者們開始研究這種可聯接兩個遙遠時空區

域的虫洞的功能細節。最后他們成功地創建了虫洞的理論模型，這

些虫洞保持開放的時間，足以讓“時光飛船”穿越它們而又不會讓

其內部巨大的重力將飛船摧毀。

需要某種能抵抗重力、保持虫洞暢通的東西。索恩的解決辦法就是

反重力，反重力物質(廣義相對論實際上對此也有過論述)可以讓虫

洞保持暢通。索恩及其同事們創建的模型與眾所周知的物理學理論

沒有任何對立之處，這項探索還引發了大量延續至今的研究。

在這些研究中就包括保羅﹒戴維斯的構思，他想制造一台能在實驗

室里創造虫洞的機器，它們是進行時間旅行所必需的通道。


時間旅行的悖論

可在過去的時光中旅行的可能性引發了一些真正的、令人著迷的、

從表面上看又無法解決的矛盾。最簡單的就是：一名時間旅行者回

到了過去，殺死了當時還是個女孩的親生母親，可這樣一來，他卻

無法出生也就無法完成這個謀殺了。這些矛盾讓因果關系概念陷入

困境，建立在因果邏輯關系上的科學也同樣難以立足。斯蒂芬﹒霍

金以他的“時序保護臆測”給這個問題划上了一個句號：自然界總

會找到一個阻止人們到過去的時光中去旅行的辦法。

保羅﹒戴維斯則相信隨后的事件可以影響先前的事件，但前提是只

有那些沒有因果關系的事件之間才能形成一些閉合的時間線。比如

，一位富豪的財富來自于1個世紀前幫助過他曾祖母的施恩者，他

乘時光飛船到過去的時光中去尋找這位好心人，在見到曾祖母之后

他向對方說明自己是個時間旅行者，為使對方相信，他給曾祖母看

了一張他從未來時光帶來的報紙，曾祖母看到了報紙上面的股票價

格后開始投資股市并因此而給后代帶來巨大財富，富商終于明白自

己就是那位施恩者。這個例子對于戴維斯來說并不是一個問題，但

弒母的那位時間旅行者帶來的難題就無法解決了，任何人都不可能

殺死自己的先輩。時間旅行問題專家大衛﹒多伊奇(David Deutsch)

則用量子物量學的一些定律來解答這些矛盾。在亞原子世界里，量

子的不確定性占主導地位：一個電子撞擊一個質子既可能轉向左邊

也可能轉向右邊，其間并無規律可循。在一些物理學家看來，這種

不確定性造成了宇宙的多重性，每次一個電子轉向右邊的時候就和

一個轉向左邊的電子形成一個新的宇宙。在多伊奇看來，前述的矛

盾可以同樣的方式來解決：如果時間旅行者干預了歷史，宇宙就會

分成兩個或更多的分支，那個被殺死的母親就會到另一個平行的宇

宙里，而不會進入到弒母者歸屬的那個宇宙中。

(來源:科學世界雜志)    編輯:唐政棟