“秘境追踪”之“终极幻想”：时空之旅

2003年9月，《牛顿科学世界》以“时间机器何时起程”为题，报道澳大利亚物理学家保罗·戴维斯提出的时间机器制造方法。

2004年4月20日，美国宇航局将一颗名叫“引力探测-B”的科学卫星发射上天，用以验证爱因斯坦的广义相对论中所预言的时空扭曲是否真的存在。“引力探测-B”研发历时45年，耗资7亿美元，在距地面640公里的地球极地轨道飞行20个月。

“引力探测-B”会给爱因斯坦的理论再添一块基石，还是将从根本上改变我们对宇宙及时空的认识？

时间机器

□当人们开始科学地观测宇宙时，天文学家告诉我们：宇宙之大我们几乎无法想像。

银河系中像太阳一样的恒星约有2000亿颗，而宇宙中的星系，人类目前能观测到的大概为500亿到1000亿个。

专家认为，如果想遨游宇宙，靠目前的航天手段，甚至我们能够想像的航天手段都是不可能的，只能靠时空旅行。因为即便航天器提速到接近光速，要想到离银河系最近的仙女座星系，也要走230万年。

1997年，根据美国天文物理学家卡尔·萨根的科幻作品改编的电影《接触未来》被搬上银幕。

萨根讲述了一个人类与外星人接触的故事。外星文明通过无线电传授给地球人一种制造时间机器的方法，以在地球与天琴座α星之间建立通道。影片中，女主人公乘坐时间机器，飞速进入一条五彩斑斓的隧道中，来到天琴座α星。

天琴座α星即织女星，从地球到织女星以光速要走26年。而电影里所描述的旅程只有1秒钟，这就是利用了时空旅行的手段。

时间机器最早出现在1895年威尔斯的小说《时间机器》里，那时的设想只是作者的幻想。但10年后狭义相对论问世，又10年后广义相对论问世，这一设想开始有了一定的物理学根据。

狭义相对论

□100年前，爱因斯坦提出狭义相对论，并推断：如果人以接近光速旅行，那么时间对他来说就会停滞。

从古希腊甚至更早，人们就对时间进行了很多思考，但真正从科学上把时间和空间联系在一起，并提出一种时空理论，还是从1905年爱因斯坦的狭义相对论开始。

他首次提出，时间和空间不是彼此无关的。狭义相对论的核心是光速恒定。所有运动，甚至时间本身都必须与之相对应，由此爱因斯坦首次提出时间是相对的。

时间机器

假设保罗正以光速的一半前进，奇妙的事情出现了，保罗前面的光波被压缩，他的影像变成蓝色，同时，保罗在运动方向中还会变瘦，这并不是视觉错误，接近光速时真会这样。当保罗驾摩托车向郊外驶去，他看到的一切都压缩到前方的小洞中去，减速时又一切恢复正常。接近光速还会有最奇特的现象，就是时间减慢。若我们以接近光速的速度前进，衰老的速度会比正常人缓慢。保罗感觉仅离开了几分钟，但在朋友眼中却已过了几十年。

时间变慢

1971年，爱因斯坦在理论上的假想被科学家证实了。

1971年，物理学家理查德·基廷和乔伊·哈夫勒将4个极为精确的原子钟放在一架航行的飞机上。飞行之后，这些原子钟与地面的原子钟相比，的确慢了59纳秒。

这一实验不仅证明狭义相对论完全正确，也说明人们通过坐飞机来长寿，理论上是可行的，只是效果太微弱了。因为据计算，如果一个人一年都在飞机上飞行，他可以赚得5微秒。假设他活了80岁，从出生就在飞机上这样生活，当80岁死去时一共可以赚得400微秒，即0.0004秒。80年的飞行才赚得连一眨眼都不到的时间，实在是有点得不偿失。

但在粒子加速器里，狭义相对论所预言的时间膨胀效应就不那么微弱了。在美国有长达40公里的粒子加速器，当次原子粒子穿越这个巨大装置时，它们可以被加速到光速的90%以上。在这样的速度下，时间变化十分明显。疾驰的粒子质量增加了，而在正常情况下寿命很短的粒子存在时间也大大增长。

回到未来

□表现时空旅行的科幻电影和小说层出不穷，大多对时间机器如何制造一笔带过。

但也有例外，如科幻喜剧《回到未来》可以说是时间机器制造大全。故事讲述高中生马丁和布朗博士是忘年交，博士为制造时间机器，偷了核原料作动力。就在实验时间机器时，博士不幸被恐怖分子杀害，而马丁则在逃命时驾着时间机器从1985年误回到1955年。由于时间机器损坏，马丁只好向30年前的博士求助，博士用闪电的能量把马丁送回1985年。

《回到未来》第三集中，博士和马丁在1885年重逢，决定使用火车头推动时间机器，他们又成功了，不过这在物理原理上是不可能的，因为按狭义相对论，你不可能超过光速，提供再大能量也只能接近光速。如果把10吨重的物体加速到光速的99.9%，需要100亿亿焦耳的能量，相当于世界上几个月所耗能量总和！无法超越光速，意味着没办法回到过去。关于时空旅行的理论依据，要在广义相对论的时候才出现。

虫洞理论

广义相对论提供了虫洞理论，虫洞是沟通宇宙之间的细长时空管道。

1915年，爱因斯坦更为深奥的广义相对论问世，把引力、空间、时间这几者联系起来，预言引力会使时空发生弯曲。

1919年，人们通过观察日食发生时星光的变化，发现太阳引力的确会使星体光线发生弯曲。

对于时空旅行来说，广义相对论出现后产生的最重要影响就是提供了允许回到过去的虫洞理论。虫洞其实只是一个数学模型，关于它的各种设想都被视为是对爱因斯坦引力场方程的不同解答。

1935年，爱因斯坦和罗森在论文中根据场方程推出的通道，被称为爱因斯坦-罗森桥。在论文里这座桥是无法通过的，当飞船想通过桥时，桥就会断裂。

但1949年，奥地利数学家戈德尔通过计算发现，在某些特定情况下，桥不会断裂，广义相对论是允许人们可以回到过去的，这令爱因斯坦非常吃惊。

祖母悖论

然而，如果我们能够回到过去，就可能破坏因果律。

物理学家最早设想的例子就是祖母悖论：说你如果回到过去遇见祖母，不慎害死了她，你就无法出生了。既然你不能出生，又怎么可能害死祖母呢？这样就构成一个悖论。