“秘境追蹤”之“終極幻想”：時空之旅

2003年9月，《牛頓科學世界》以“時間機器何時起程”為題，報道澳大利亞物理學家保羅·戴維斯提出的時間機器制造方法。

2004年4月20日，美國宇航局將一顆名叫“引力探測-B”的科學衛(wèi)星發(fā)射上天，用以驗證愛因斯坦的廣義相對論中所預言的時空扭曲是否真的存在。“引力探測-B”研發(fā)歷時45年，耗資7億美元，在距地面640公里的地球極地軌道飛行20個月。

“引力探測-B”會給愛因斯坦的理論再添一塊基石，還是將從根本上改變我們對宇宙及時空的認識？

時間機器

□當人們開始科學地觀測宇宙時，天文學家告訴我們：宇宙之大我們幾乎無法想像。

銀河系中像太陽一樣的恒星約有2000億顆，而宇宙中的星系，人類目前能觀測到的大概為500億到1000億個。

專家認為，如果想遨游宇宙，靠目前的航天手段，甚至我們能夠想像的航天手段都是不可能的，只能靠時空旅行。因為即便航天器提速到接近光速，要想到離銀河系最近的仙女座星系，也要走230萬年。

1997年，根據(jù)美國天文物理學家卡爾·薩根的科幻作品改編的電影《接觸未來》被搬上銀幕。

薩根講述了一個人類與外星人接觸的故事。外星文明通過無線電傳授給地球人一種制造時間機器的方法，以在地球與天琴座α星之間建立通道。影片中，女主人公乘坐時間機器，飛速進入一條五彩斑斕的隧道中，來到天琴座α星。

天琴座α星即織女星，從地球到織女星以光速要走26年。而電影里所描述的旅程只有1秒鐘，這就是利用了時空旅行的手段。

時間機器最早出現(xiàn)在1895年威爾斯的小說《時間機器》里，那時的設想只是作者的幻想。但10年后狹義相對論問世，又10年后廣義相對論問世，這一設想開始有了一定的物理學根據(jù)。

狹義相對論

□100年前，愛因斯坦提出狹義相對論，并推斷：如果人以接近光速旅行，那么時間對他來說就會停滯。

從古希臘甚至更早，人們就對時間進行了很多思考，但真正從科學上把時間和空間聯(lián)系在一起，并提出一種時空理論，還是從1905年愛因斯坦的狹義相對論開始。

他首次提出，時間和空間不是彼此無關的。狹義相對論的核心是光速恒定。所有運動，甚至時間本身都必須與之相對應，由此愛因斯坦首次提出時間是相對的。

時間機器

假設保羅正以光速的一半前進，奇妙的事情出現(xiàn)了，保羅前面的光波被壓縮，他的影像變成藍色，同時，保羅在運動方向中還會變瘦，這并不是視覺錯誤，接近光速時真會這樣。當保羅駕摩托車向郊外駛去，他看到的一切都壓縮到前方的小洞中去，減速時又一切恢復正常。接近光速還會有最奇特的現(xiàn)象，就是時間減慢。若我們以接近光速的速度前進，衰老的速度會比正常人緩慢。保羅感覺僅離開了幾分鐘，但在朋友眼中卻已過了幾十年。

時間變慢

1971年，愛因斯坦在理論上的假想被科學家證實了。

1971年，物理學家理查德·基廷和喬伊·哈夫勒將4個極為精確的原子鐘放在一架航行的飛機上。飛行之后，這些原子鐘與地面的原子鐘相比，的確慢了59納秒。

這一實驗不僅證明狹義相對論完全正確，也說明人們通過坐飛機來長壽，理論上是可行的，只是效果太微弱了。因為據(jù)計算，如果一個人一年都在飛機上飛行，他可以賺得5微秒。假設他活了80歲，從出生就在飛機上這樣生活，當80歲死去時一共可以賺得400微秒，即0.0004秒。80年的飛行才賺得連一眨眼都不到的時間，實在是有點得不償失。

但在粒子加速器里，狹義相對論所預言的時間膨脹效應就不那么微弱了。在美國有長達40公里的粒子加速器，當次原子粒子穿越這個巨大裝置時，它們可以被加速到光速的90%以上。在這樣的速度下，時間變化十分明顯。疾馳的粒子質量增加了，而在正常情況下壽命很短的粒子存在時間也大大增長。

回到未來

□表現(xiàn)時空旅行的科幻電影和小說層出不窮，大多對時間機器如何制造一筆帶過。

但也有例外，如科幻喜劇《回到未來》可以說是時間機器制造大全。故事講述高中生馬丁和布朗博士是忘年交，博士為制造時間機器，偷了核原料作動力。就在實驗時間機器時，博士不幸被恐怖分子殺害，而馬丁則在逃命時駕著時間機器從1985年誤回到1955年。由于時間機器損壞，馬丁只好向30年前的博士求助，博士用閃電的能量把馬丁送回1985年。

《回到未來》第三集中，博士和馬丁在1885年重逢，決定使用火車頭推動時間機器，他們又成功了，不過這在物理原理上是不可能的，因為按狹義相對論，你不可能超過光速，提供再大能量也只能接近光速。如果把10噸重的物體加速到光速的99.9%，需要100億億焦耳的能量，相當于世界上幾個月所耗能量總和！無法超越光速，意味著沒辦法回到過去。關于時空旅行的理論依據(jù)，要在廣義相對論的時候才出現(xiàn)。

蟲洞理論

廣義相對論提供了蟲洞理論，蟲洞是溝通宇宙之間的細長時空管道。

1915年，愛因斯坦更為深奧的廣義相對論問世，把引力、空間、時間這幾者聯(lián)系起來，預言引力會使時空發(fā)生彎曲。

1919年，人們通過觀察日食發(fā)生時星光的變化，發(fā)現(xiàn)太陽引力的確會使星體光線發(fā)生彎曲。

對于時空旅行來說，廣義相對論出現(xiàn)后產生的最重要影響就是提供了允許回到過去的蟲洞理論。蟲洞其實只是一個數(shù)學模型，關于它的各種設想都被視為是對愛因斯坦引力場方程的不同解答。

1935年，愛因斯坦和羅森在論文中根據(jù)場方程推出的通道，被稱為愛因斯坦-羅森橋。在論文里這座橋是無法通過的，當飛船想通過橋時，橋就會斷裂。

但1949年，奧地利數(shù)學家戈德爾通過計算發(fā)現(xiàn)，在某些特定情況下，橋不會斷裂，廣義相對論是允許人們可以回到過去的，這令愛因斯坦非常吃驚。

祖母悖論

然而，如果我們能夠回到過去，就可能破壞因果律。

物理學家最早設想的例子就是祖母悖論：說你如果回到過去遇見祖母，不慎害死了她，你就無法出生了。既然你不能出生，又怎么可能害死祖母呢？這樣就構成一個悖論。