我們能穿越時(shí)空嗎？
我們都希望自己能夠擁有更多的時(shí)間。能夠隨心所欲地穿越時(shí)空，回到過去；或者是前往未知的百年后的未來。但是，就算是地球上最聰明的科學(xué)家也未能使人類達(dá)成這個(gè)愿望。人類還在尋求新的科學(xué)途徑，或許有一天我們能夠達(dá)成這個(gè)愿望。
穿越時(shí)空到底可能嗎？
我們?cè)撛趺慈プ龅剑?/p>
從某種程度上，地球上的男女老幼都是時(shí)空旅行者，從出生到死亡，我們?cè)跁r(shí)空中勇往向前，無法回頭。
科學(xué)是否能拆除過去與未來的壁壘，讓我們自由在兩者間穿越？
時(shí)間的特性
在我們的常識(shí)中，時(shí)間是一個(gè)單一的整體，我們隨著時(shí)間的流逝會(huì)變老。但隨著計(jì)時(shí)系統(tǒng)精確度的空前提升，我們發(fā)現(xiàn)時(shí)間并不是如我們想象的那樣流動(dòng)。時(shí)間不是一個(gè)單一的整體，真相是時(shí)間是因人而異的。比如，現(xiàn)在是幾點(diǎn)？它取決于你在哪里。
我們把時(shí)間放到一個(gè)重力場(chǎng)時(shí)，越接近重力場(chǎng)越強(qiáng)的地方，時(shí)鐘就走得越慢。事實(shí)上，地球是有彈性的。每天漲潮和落潮時(shí)，地球就會(huì)像球一樣，稍微發(fā)生變形。因此，你腳下的土地會(huì)有大約1尺的起伏變化。所以，時(shí)間也會(huì)有快慢之分，離地面越遠(yuǎn)，走得越快。
時(shí)間和空間之間是緊密相連的。
重力讓時(shí)間變慢，這就是時(shí)空旅行的關(guān)鍵之一。
的確有人可以時(shí)空旅行，比如說宇航員。當(dāng)他離開地球表面，高速移動(dòng)時(shí)，他的時(shí)間會(huì)和在地球上不同。比如以17,000里的飛行時(shí)速，在地球的重力場(chǎng)之外快速移動(dòng)，度過803天，時(shí)間就會(huì)比在地球上的我們慢1/48秒。聽起來不多？但如果給他更多的動(dòng)力，讓他能夠移動(dòng)更快，接近大約6億7千萬的光速/小時(shí)，情況將會(huì)大為不同。他如果以此速度在太空旅行1年，他回到地球?qū)?huì)發(fā)現(xiàn)在地球上時(shí)間已經(jīng)過了10年！
另一種時(shí)空機(jī)——?dú)W洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）
它是世界上最大及最快的粒子加速器。它能讓某些物質(zhì)移動(dòng)得比火箭還快。比如，他們將質(zhì)子加速到接近光速，然后讓它們碰撞到一起。由碰撞爆炸產(chǎn)生的次原子粒子，只能存在大約十億分之一秒，但在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)里，相對(duì)于我們的時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。LHC之所以被稱作時(shí)空機(jī)是由于物理學(xué)的有趣特性，速度在一般情況下是正常的，但在極高的速度下則是有極限的，所以在環(huán)管里的質(zhì)子是以接近光速的速度前進(jìn)，當(dāng)無法再快時(shí)，它們的時(shí)間會(huì)開始變慢，它們的時(shí)間距離會(huì)比我們的長(zhǎng)。在環(huán)狀管里移動(dòng)的質(zhì)子它們的時(shí)間會(huì)比我們的慢，它們就像是時(shí)空旅行者。
我們是否能回到過去？
光速是18萬6千里/秒，但某道光從一處到另一處都需要時(shí)間，這正說明你看到的一切正是過去所發(fā)生的。光線前進(jìn)一尺，耗時(shí)10億/1秒，所以你看到的事物都是在10億/1秒前的。我們凝神越遙遠(yuǎn)的星空，就是在凝視越遙遠(yuǎn)的過去。宇宙的邊際距離我們有137億光年，也就是137億年前的過去。根據(jù)愛因斯坦時(shí)間跟空間一樣，既然此刻的這里存在著空間，就意味著此刻的這里也存在著時(shí)間。
愛因斯坦意識(shí)到時(shí)間是以你所在的位置和你移動(dòng)的速度而定的。時(shí)間是第四維度，與時(shí)間緊密相連的長(zhǎng)度、寬度和深度，也就是空間維度。幾年后，愛因斯坦用重力對(duì)時(shí)空影響的概念創(chuàng)造了一個(gè)宇宙的數(shù)學(xué)地圖。他證明了空間與時(shí)間的結(jié)構(gòu)是弧形的，如果宇宙是弧形的，那可能就有方法去跨越宇宙的橋梁或去創(chuàng)造內(nèi)部實(shí)現(xiàn)時(shí)空穿越的回路。
穿越時(shí)空的設(shè)想
哥德爾在1949年得到的結(jié)論是，他發(fā)現(xiàn)如果宇宙按其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而你則是保持完全靜止的狀態(tài)，那就有可能前往宇宙中的任何時(shí)間與地點(diǎn)。只是，我們知道宇宙是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，也就沒有時(shí)空旅行這回事了。
哥德爾的大膽猜想啟發(fā)了物理學(xué)者Frank Tipler。我們無法轉(zhuǎn)動(dòng)宇宙，不論它是否真的在旋轉(zhuǎn)，但如果用模型相對(duì)較小的旋轉(zhuǎn)柱體來代替，或許就能做到，所以只要能證明旋轉(zhuǎn)柱體會(huì)產(chǎn)生那些時(shí)間的回路，我們就能回到過去。
Tipler的巨大柱體將掛在宇宙中，并以接近光速旋轉(zhuǎn)，空間會(huì)產(chǎn)生時(shí)間，時(shí)間也會(huì)形成空間，因?yàn)樵谥w周圍的時(shí)空都會(huì)扭曲，所以藉由繞著柱體向前走。你就能回到過去。但之后Tipler 發(fā)現(xiàn)他的概念有一些問題，他了解到旋轉(zhuǎn)柱體雖然是一種解答愛因斯坦方程式的簡(jiǎn)單模型，卻不切實(shí)際。因?yàn)樗仨毷菬o限延伸的柱體。而創(chuàng)造無限延伸的柱體難度和創(chuàng)造宇宙相差無幾，我們顯然辦不到。所以，他想是否有可能縮小這種結(jié)構(gòu)，后來發(fā)現(xiàn)那是不可能的。因?yàn)?，如果你想加速一個(gè)柱體，讓它變成時(shí)光機(jī)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)造出時(shí)光機(jī)之前，空間與時(shí)間就會(huì)被你扯出一個(gè)洞，你會(huì)在那里的空間與時(shí)間中，創(chuàng)造出一個(gè)奇異點(diǎn)。所以，Tipler不得不放棄去創(chuàng)造一個(gè)時(shí)空機(jī)。
黑洞&蟲洞
Tipler或許無法造出一個(gè)旋轉(zhuǎn)柱體，但宇宙中早已有一些以接近光速旋轉(zhuǎn)的巨大質(zhì)量物體---黑洞。黑洞的巨大重力將物力法則推向了極限。黑洞是小型但質(zhì)量巨大的物體，它們遍布宇宙，黑洞的強(qiáng)烈重力對(duì)時(shí)間與空間結(jié)構(gòu)的扭曲比其他我們所知的任何天體都還要強(qiáng)。我們能利用黑洞扭曲時(shí)間的特性嗎？
遺憾的是，黑洞不是時(shí)光機(jī)，當(dāng)你落入奇異點(diǎn)時(shí)，你會(huì)被壓碎。加州科技大學(xué)的Sean Carrol認(rèn)為黑洞就像是一條單行道，一旦落入，我們就回不去了。
如果黑洞不行，那宇宙中的另一種異象“蟲洞”呢？
蟲洞是連接兩處相距遙遠(yuǎn)地點(diǎn)的神奇出入口，這些宇宙天橋讓我們能跨越空間并進(jìn)行時(shí)空之旅。飛進(jìn)蟲洞，你就能走快捷方式前往另一處地點(diǎn)或時(shí)間。我們沒有證據(jù)證明蟲洞的存在，卻有許多可靠的科學(xué)支持這個(gè)理論。
蟲洞的得名
著名物力學(xué)家Kip Thorne解釋說，蟲洞就如同你有一只蘋果，有一條蟲鉆了一個(gè)洞穿過蘋果，從某側(cè)到另一側(cè)，我們可以把蘋果的表面想象成宇宙，而那條蟲則是從某個(gè)較高的維度穿透到另一邊。如果蟲洞存在，那它們將會(huì)比原子還??；如果我們想穿過它，那就必須將它們撐開撐大。撐開蟲洞需要極大的能量，不是一般的能量，而是稱為負(fù)能量的能量。
負(fù)能量是一種反重力，它會(huì)排斥空間與時(shí)間的結(jié)構(gòu)，并且防止重力壓垮蟲洞。很多人不相信有負(fù)能量的存在，但事實(shí)上在現(xiàn)代物理學(xué)中，我們知道有一些負(fù)能量的粒子是每天都會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生出來的。極少的負(fù)能量通常轉(zhuǎn)瞬即逝，但仍存在。因此不排除這樣的可能性，一個(gè)很先進(jìn)的文明是否能累積足夠的負(fù)能量并將它留在蟲洞內(nèi)部保持夠久的時(shí)間，好讓人穿過它？
宇宙弦
物理學(xué)家Richard Gott有一個(gè)大膽的想法：利用天體現(xiàn)象中的時(shí)間扭曲作用。他希望利用宇宙弦周遭的強(qiáng)大重力來創(chuàng)造時(shí)間的回路。
宇宙弦是很細(xì)小的能量束。人類目前無法打造比光速更快的宇宙飛船，但在廣義相對(duì)論中也就是時(shí)空扭曲的理論中，如果走快捷方式就能超過光速，因此這樣就能讓你環(huán)繞著宇宙弦飛行，并讓你回到過去。
沒人知道宇宙弦是否存在，但許多物理學(xué)家認(rèn)為它們存在。它是一股股高密度的真空能量，自大爆炸時(shí)就遺留至今。它們的橫截面積比原子核還窄，有些宇宙弦可能很短，有些可能無限長(zhǎng)，但它們都能產(chǎn)生極大的重力。只要有極大重力的地方，就有可能創(chuàng)造出跨越時(shí)間與空間的快捷方式。
但這理論也有個(gè)問題，首先，以高速將兩條宇宙弦推在一起時(shí)，就可能會(huì)造成一個(gè)黑洞，你或許在完成時(shí)空旅行后就會(huì)死亡。甚至死于完成時(shí)空旅行之前。另一個(gè)問題是這個(gè)回路的重量，可能會(huì)是我們整個(gè)星系質(zhì)量的一半，如果你想回到一年以前的話。所以，這項(xiàng)計(jì)劃只有極高的文明才可能嘗試。
從物理的角度思考時(shí)間旅行可行性
掌握量子力學(xué)中某些我們未知的定理，可能是避免時(shí)光機(jī)在啟動(dòng)瞬間自我毀滅的關(guān)鍵。
我們還不清楚重力在量子世界里的運(yùn)作情形，也就是超微小的波與粒子。在愛因斯坦的理論里，時(shí)空旅行幾乎是不可能的，但在另一個(gè)世界及物理學(xué)中，愛因斯坦的合理法則不一定適用。那就是原子內(nèi)部，在那里適用的是量子力學(xué)的詭異法則。
量子力學(xué)的概念就是萬物存在比你能觀察到的豐富很多，所以你在某個(gè)地方看到一個(gè)粒子時(shí)，量子力學(xué)說你沒看到時(shí)，那個(gè)粒子可能無處不在。也許很可能你在好些地方都會(huì)看到它，但其實(shí)你在哪里會(huì)看到該粒子，是有許多可能性的。
量子力學(xué)最奇怪的特性之一是非區(qū)域性。它是指兩個(gè)粒子會(huì)馬上影響彼此，即使它們相距數(shù)里或數(shù)光年也一樣。這有點(diǎn)像巫毒法術(shù)，你拿針刺木偶，被詛咒的人也會(huì)受影響。但與巫毒不同，量子的非區(qū)域性是經(jīng)過科學(xué)驗(yàn)證的。
量子力學(xué)說，不論你對(duì)一個(gè)光子做了什么事，反應(yīng)不會(huì)只在這個(gè)光子上，而是會(huì)對(duì)兩個(gè)光子產(chǎn)生整體的反應(yīng)。有人認(rèn)為，雖然兩個(gè)光子相隔的距離很遠(yuǎn)，但它們還是構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，因此整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)立刻反應(yīng)。這就是量子的非區(qū)域性。
量子物理學(xué)和光纖專家Nicolas Gisin透過延伸穿越日內(nèi)瓦的光釬纜線來傳送光子信號(hào)。一端的一對(duì)光子由鐳射活化，而另一段的光子則立刻有了反應(yīng)，沒有任何東西移動(dòng)，也沒有能量的交換。不知為何，這些粒子就是能分享訊息。愛因斯坦把這形容為幽靈般的超距作用，所以這種幽靈般的超距作用并不是在時(shí)空中發(fā)生的，時(shí)空中沒有任何情節(jié)能告訴我們這種非區(qū)域性的相互關(guān)系是如何發(fā)生，因此我們認(rèn)為它們似乎是不知怎么地從時(shí)空以外出現(xiàn)。這當(dāng)然深深地牽涉到我們對(duì)時(shí)空的了解。
有些人認(rèn)為量子的非區(qū)域性可以用來將訊息傳送到過去。華盛頓大學(xué)的John Cramer正在測(cè)試這個(gè)概念。他和Gisin一樣，他也是用糾纏的具有非區(qū)域性的光子來做實(shí)驗(yàn)。Cramer是想將光子信號(hào)從現(xiàn)在傳送回很近的過去。這些訂制的鐳射核稱為干涉儀的測(cè)量裝置，是Cramer時(shí)光機(jī)的核心。一臺(tái)叫Alice的干涉儀將光子信號(hào)傳給另一臺(tái)稱為Bob的干涉儀。如果Cramerl理論正確，且校準(zhǔn)無誤，Bob將會(huì)在Alice送出訊息前的若干分之一秒接到訊息。因果關(guān)系將會(huì)顛倒。Alice可以控制這里的粒子特性反應(yīng)或光波特性反應(yīng)。因?yàn)楣庾颖幌拗圃诳臻g中，Bob干涉儀想要收到信號(hào)，就能看看它是否同時(shí)出現(xiàn)了干涉圖形。目前這個(gè)距離只有幾公分，這段距離也可以是幾光年，而Alice還是能做同樣的事，對(duì)其產(chǎn)生同樣的效果，這就是糾纏的作用。
如果理論可行，那也只是將訊息傳回傳送之前的100萬分之1秒，不過，就算是極短時(shí)間之前的過去，也將會(huì)徹底改變我們對(duì)時(shí)間的認(rèn)知。它將會(huì)證明后因法則，即未來事件會(huì)影響過去世間的理論確實(shí)存在。如果真的成功，那將會(huì)意義非凡。
我們是否能改變過去？
我們首先想了解時(shí)空旅行的是：1.原則上物理法則是否允許。我們需要通過量子重力學(xué)的法則才能找到答案。2.如果回到過去是可能的，那大自然要如何處理所謂的祖父悖論？比如，你回到過去，在祖母還未懷父親前把祖父殺了，因此這就改變了歷史。自然又如何處理這個(gè)問題呢？
傳統(tǒng)的解釋是，時(shí)空是一個(gè)四維度的整體，它不會(huì)改變。所以如果時(shí)空旅行者回到過去，也是他過去的一部分。他們無法改變過去。換言之，如果你讓時(shí)空旅行者登上泰坦尼克號(hào)，就算你向船長(zhǎng)去做預(yù)警，他也不會(huì)理會(huì)你。因?yàn)檫@個(gè)既定事件已經(jīng)發(fā)生。所以，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為時(shí)空旅行者無法改變過去。
就算我們有一天擁有了回到過去的技術(shù)，時(shí)光機(jī)也只能從我們發(fā)明它的那一刻起生效。從創(chuàng)造出的第一個(gè)時(shí)空回路開始。你藉由移動(dòng)宇宙弦來創(chuàng)造時(shí)光機(jī)時(shí)，假設(shè)當(dāng)時(shí)是3000年你利用時(shí)空扭曲創(chuàng)造出一個(gè)時(shí)空回路，時(shí)空旅行者發(fā)現(xiàn)他永遠(yuǎn)都是朝未來前行的?；蛟S也有例外，同樣地，它也來自量子力學(xué)的詭異世界。量子物理學(xué)家認(rèn)為，有無數(shù)的平行宇宙存在。而這些平行的宇宙都在我們周圍。
每次你做決定，如擲硬幣，結(jié)果只有兩個(gè)。于是宇宙就會(huì)形成兩個(gè)單獨(dú)的分支，這就是量子力學(xué)里的多重世界理論。如果你允許替代宇宙存在，你還必須避免邏輯悖論，過去所發(fā)生的事還是會(huì)發(fā)生，但是在某個(gè)宇宙所發(fā)生的事，它不適用于新的宇宙。根據(jù)量子力學(xué)，多重世界是存在的，那么即使你回到過去殺了你祖父，你殺的人跟你祖父是同一個(gè)人，但他只是在某個(gè)平行世界里的你祖父。在那個(gè)平行世界，你祖父被來自另一個(gè)宇宙的你給殺了，因此就不可能有你父親和你出現(xiàn)。但沒關(guān)系，因?yàn)槟愀揪蛷臎]存在于那個(gè)平行的宇宙，你用你時(shí)光機(jī)所做的其實(shí)是跨越宇宙。
時(shí)空旅行似乎不太可能在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，無論是回到過去還是前往某個(gè)平行宇宙。制造時(shí)空機(jī)的科技目前遠(yuǎn)超人類目前的能力，我們現(xiàn)在的科技還太微不足道。但還是有一個(gè)方法能讓我們回到過去，我們可以計(jì)算機(jī)模擬重建過去。等我們的計(jì)算機(jī)效能夠強(qiáng)大時(shí)，它們就能模擬出龐大而復(fù)雜的世界，包括人類在過去所犯下的錯(cuò)誤。這些對(duì)過去的模擬在視覺和感覺上都會(huì)很逼真，你甚至無法察覺到它們是模擬的，雖然不是真的過去，但也是次佳選擇。
或許我們離穿越時(shí)空還有非常漫長(zhǎng)的路要走，但正是這種夢(mèng)想在不斷推動(dòng)著人類不斷實(shí)驗(yàn)探索，帶動(dòng)著我們的科技飛速進(jìn)步。
