“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”的科學衛星發射上天，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。

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，要在廣義相對論的時候才出現。

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、時間這幾者聯系起來，預言引力會使時空發生彎曲。

1919年，人們通過觀察日食發生時星光的變化，發現太陽引力的確會使星體光線發生彎曲。

對于時空旅行來說，廣義相對論出現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，奧地利數學家戈德爾通過計算發現，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。