□作者: 李龙臣

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　　能到过去的时间中去旅行吗？可能性有多大？如果因此有人谋杀了幼年的华盛顿，美国乃至世界近200年的历史年表将被完全破坏，怎么办？让我们慢慢说来。
　　
　　令人迷惘的时间
　　
　　时间是司空见惯的，也是最难捉摸的。不仅普通人对时间感到迷惘，也令科学家迷惘。
　　在现代自然科学诞生以前，除哲学家以外，自然科学家一般都回避对时间的研究。人们对时间的感受是从主观心理上得来的，那就是时间不断向前流逝，一去而不复返；它有无限的过去，也有无限的未来；时间是普遍的、绝对的；时间是宇宙中万事万物发生、发展的舞台背景，独立于万事万物之外；宇宙中各处的时间都是同步的；时间和空间是相互分离的。
　　现代自然科学有意无意地接触到时间。牛顿在研究物体的运动速度和速度变化时，接触到了时间，并首先给出了时间和空间的数学模型。在牛顿的数学模型中，时间仍然是事件发生的背景，不受事件影响，而且独立于空间，时间向两端无限延伸，是无限的；爱因斯坦狭义相对论客观上打破了绝对时间的观念，因为每个人都有自己的时间度量尺度，运动速度不同，所度量的时间不同，时间是弹性的，可以伸长和压缩；广义相对论把时间维和空间的三维合并成四维时空，时空是弯曲的并难分难解地纠缠在一起，时空不再只是事件发生的背景，而是动力，是参与者；在量子力学中，时间可以创生。但无论是在牛顿力学、爱因斯坦相对论中，还是在海森堡和薛定谔的量子力学中，时间方向无关紧要，在他们的方程中，时间向前向后都成立。1927年，英国天体物理学家爱丁顿首先提出“时间箭头”的观念，时间是有方向的。
　　
　　
　　你到时间中旅行过吗
　　
　　人人都在时间中旅行，时间有长有短，时序有先有后，其旅程，有的波澜壮阔，有的平淡无奇。从1564年旅行到1642年的伽利略，旅程充满着革新和磨难；从1642 年旅行到1727年的牛顿，旅程中竖立起里程碑式的成就；从1879年旅行到1955年的爱因斯坦，旅程中充满着辉煌和自我矛盾；从1942年开始时间旅行的史蒂芬·霍金，则充满着智慧、艰辛和毅力。
　　但是，人们向往的时间旅行，绝不是这种属于自己人生经历中的时间旅行，就像在长城、故宫工作的人，在张家界、九寨沟生长的人不认为那是在旅行一样。时间旅行是指超越时空，到未来的时空中去旅行；使时间倒流，到过去的时空中旅行。
　　早在1733年，一个叫塞缪尔·马敦的人，就在名为《20世纪备忘录》的科幻小说中提出了时间旅行的概念。
　　这里，暂时不讨论到未来的时间中去旅行，而集中讨论到过去的时间中旅行的问题。
　　回到过去，看一看祖辈们生活的山河世界，会见梦想中的祖先，这多么令人向往！回到过去，万一有一个杂种作了搅乱历史的蠢事，比如说帮助德、日法西斯杀害别人的祖父和父亲，并使法西斯赢得第二次世界大战的胜利，那现时人类的状况将是多么悲惨！凡此种种，都需要我们对时间旅行给予关注，它是科幻还是科学？在现时的科学水平上，时间旅行的可能性到底有多大？
　　
　　
　　广义相对论的弯曲时空
　　
　　有一种说法认为，超光速可以使时间倒流，如果乘坐超光速飞船飞行，就可以回到过去。但是，相对论指出，任何物体的运动速度不可能达到和超过光速，因为能量和质量等价，高速运动物体的动能使它的质量增加，当无限接近光速时，物体的质量趋向无限大，要使无限大的质量加速是不可能的。因此，相对论禁止超光速。时间旅行必须在低于光速的速度下进行。
　　要在低于光速的速度下达到去过去时空旅行的目的，目前唯一可借助的是弯曲时空理论。因此，广义相对论是时间旅行的基础。
　　牛顿指出，物质具有引力。爱因斯坦则进一步指出，引力只不过是时空弯曲的表现。
　　宇宙中充满物质，而物质使时空弯曲，弯曲时空使一些物质集中在一起，形成恒星等天体。这就像在一块被绷紧的有弹性的布上，一块较大的物质压出一个较大的坑，结果使它周围的小物质不断落入它的坑中一样。
　　如果找到或制造一个弯曲得足够厉害的时空，就可以到过去的时间中旅行。因为在那里你的飞船在出发之前，就可能已处在过去的时空中，你当然可以乘飞船在过去的时空中旅行了。
　　
　　黑洞和虫洞
　　
　　
　　使时空产生最大弯曲的是黑洞。我们知道，黑洞吞食包括光线在内的一切物质，那正是由于黑洞使时空向内弯曲得特别厉害，因而连光线都向内运动的结果。光线和其它物质不断向内集中，形成物质密度和时空曲率都无限大的奇点，也就是时间和空间在黑洞奇点处终结。
　　一艘向黑洞靠近的飞船，其上的航天员以相同的时间间隔向我们发出联络信号，但我们收到联络信号的时间间隔却越来越长，在飞船非常接近黑洞时，时间几乎凝滞，当我们再也收不到联络信号时，那就是飞船进入黑洞，联络信号也被黑洞吞食了。当飞船到达奇点时，可怜的航天员的时间结束了。
　　但是，理论研究证明，旋转黑洞中心不是一个空间为零的奇点，而是一个奇异环。奇异环连着虫洞，它是虫洞的出入口。
　　虫洞是物理学家约翰·惠勒首先提出来的，它是广义相对论方程的一个解。现代著名物理学家罗杰·彭罗斯的研究表明，旋转黑洞把无数个虫洞连接在时空的不同部分上。这样，虫洞就是连接不同时空区域的时空管道。如果找到一条连接过去时空的虫洞，那么，就可以通过它到过去的时空中去旅行了。
　　时间圈环和宇宙弦
　　那么，虫洞在哪里？特别是，连接过去时空的虫洞存在吗？连接过去时空的虫洞，必然是一条封闭的类时曲线，即一次又一次地返回出发点的时间圈环。
　　狭义相对论不允许时间旅行。包含引力、有弯曲时空的广义相对论也行不通。但到1949年，著名哲学家库尔特·哥德尔找到广义相对论方程的一个数学解，发现一个充满旋转物质的转动宇宙模型，在那里，每一点都有时间圈环存在。
　　
　　但是，哥德尔解需要一个宇宙常数。在当时，宇宙常数是否存在还不清楚。同时，哥德尔用可能发生“新生儿自谋杀”这种荒谬的事作为反证，证明回到过去是不可能的。其他人也认为转动宇宙模型与我们生活的宇宙没有任何相似之处，因而只把哥德尔解作为广义相对论方程的一个没有物理意义的解。多数人都同意牛津大学天文学家C· 雷西的意见，“时间旅行在任何合理的宇宙模型中都是不容许的”，当然，必须在我们的宇宙中被排除。
　　可是，接着又找到其它不需要宇宙常数的解，其中一个是两条宇宙弦相互快速穿越时空，就会形成时间圈环。
　　粒子理论暗示，宇宙弦是在宇宙早期阶段产生的，它是具有微小截面的重物体，后来随宇宙膨胀而伸展，现时的一根单独宇宙弦，可以横贯整个宇宙。
　　
　　时间机器
　　
　　斯蒂芬·霍金对此提出怀疑：“这种产生时间圈环的卷曲，一直延伸到空间的无穷处，并且回到时间的无限过去。这样，这些时空是和在其中的时间旅行一同被创生的。我们没有理由相信我们的宇宙是以这种卷曲的方式创生的，况且我们也没有来自将来的访客的可靠证据。”
　　在霍金看来，利用天然的时间圈环进行时间旅行的可能性不大。由此，霍金转而提出：“某个先进的文明能建造时间机器，进行时间旅行吗？”
　　1895年，英国人赫伯·乔治·威尔斯发表了名为《时间机器》的科幻小说。不过，那时相对论、黑洞和虫洞等科学理论还没有诞生，他的时间机器没有物理学基础。
　　80年代初，著名天文学家和科普作家卡尔·萨根，在写科幻小说《接触》时遇到一个难题，就是如何能迅速地与外星人接触，他去向老朋友、加州理工学院的基帕·索恩教授求教。索恩教授在1988年设想了一种时间机器，他是利用速度效应（速度增加，时间膨胀）和虫洞理论，让虫洞一端的出入口以近光速运动，然后减速，回到原来的地方。这样，它与虫洞另一端的出入口就产生了时间延迟，飞船如果以近光速的速度在两个出入口之间飞行，就可以回到过去的时间中去旅行。其实，索恩教授本人并不认同时间旅行。

文章作者:李龙臣
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