互动科普

图 李淼

不记得这是我第几次读到关于时间机器的科普文章了，我本人也写过很多次时间旅行。只要人类文明还存在，我们总要做时间旅行的梦，在大众文化中，在科普中，甚至在严肃的科学研究中。

现在，时间旅行有了一个更加时尚的名称，叫“穿越”。关于穿越的科幻小说，据说H.G.威尔斯所著的《时间机器》是始祖，发表于1895年。但威尔斯的小说不是穿越小说的始祖，据说穿越小说的始祖是马克·吐温的《康州美国佬在亚瑟王朝》，发表于1889年。马克·吐温是个真正的小说家，他写穿越小说是为了讽刺，不像现在的多数穿越小说，是为了帮助读者回到古代，和众多美人谈情说爱。据说中文第一部穿越小说是席绢的《交错时光的爱恋》，发表年代比威尔斯和吐温晚了100年。更晚的《寻秦记》则将中国男人征服世界和女人的梦做得淋漓尽致。

爱因斯坦的狭义相对论早就允许我们穿越到未来。所谓双生子“佯谬”说的就是这个：一对双胞胎中的一位留在地球上，另一位乘接近光速运动的飞船飞了一圈回到地球上，由于时间缩短的效应，他回来时还很年轻，而同胞兄弟已经很老了，甚至已经不在人世了。这就等于乘坐飞船的那位到了地球上人类的未来社会。同样，为了飞离银河系，我们也需要相对论时间缩短效应。银河系最长的直径有10万光年，如果时间不变，即使我们乘坐光子飞船，到达其他星系也需要数万光年。考虑到时间缩短效应，只要飞船的速度足够接近光速，我们就可以在有生之年移民其他星系。万一超光速是允许的，我们甚至可以想象来一个回到过去的穿越。可惜，2011年9月，意大利地下实验室的OPERA实验“发现”超光速中微子的结论极有可能是错的，所以，企图通过超光速回到过去的梦想只好暂时打住。

爱因斯坦在发表狭义相对论后不久，又发表了广义相对论。在广义相对论中，时间和空间不再如牛顿力学体系中那样是恒定不变的，空间可以弯曲，时间也可以弯曲。其实，地球在万有引力作用下绕着太阳运动可以解释成地球在太阳产生的弯曲时空中沿着“测地线”运动。所谓测地线，如果不计入时间的话，就是短程线，计入时间的话，就是时间极大线：给定四维时空中的两个点，一个质点在弯曲时空中从一点运动到另一点的测地线使得这个质点的固有时极大。换句话说，即使在地球的引力场中做抛物线运动时，一块石头“愿意”沿着最长时间的路径走。

时空弯曲导致黑洞的存在。黑洞就是时空中的一个区域，在这个区域内，任何东西都不可能逃离。这个区域存在一个边界，在这个边界上，时间“静止”了。也就是说，任何在这个边界上的正常运动在一个站在外部的人看来无限慢。这就是使得穿越到未来再一次成为可能。假想我们坐一艘飞船到一个黑洞附近旅行一趟，然后再回来。当我们接近黑洞边界时，虽然还正常生活着，但在遥远的地球人看来，我们的一举一动非常之慢，也就是说，我们的一秒可能等于地球时间的一年甚至更长。这样的话，当我们回到地球时还很年轻，但地球上的同时代人却很可能已经不在世了。

不论是乘坐光速飞船还是去黑洞旅行，这些效应都是向前的，不是向过去的。有没有可能构造一个弯曲时空让我们回到过去呢？答案是：还不确定。想象一个虫洞，是时空中类似苹果上的虫洞。虫洞不过是一个空间中的捷径，我最爱打的比方是从北京到南京的虫洞。在我们这个时空中，两地的直线距离大约900公里。我们假想存在一个我们这个空间之外的虫洞连接两地，通过虫洞从北京到南京只有一步之遥。现在，假想让在南京的那个虫洞出口坐光速飞船飞一圈再放回到原地。此时，南京虫洞的出口时间可能处于2012年，而所有南京市的没有坐飞船旅行的人处于2022年。现在，南京市的某人从南京虫洞的入口进入，在北京市出口出来，由于仅一步之遥，他到达北京的时间和入口的时间一样，是2012年。他从2022年来到2012年，这是虫洞制造时间机器的原理。

可惜，这么简单的时间机器原理在物理学上还不能实现。不是因为我们现代科技无法使得一个虫洞出口以光速飞行再回来，而是我们根本无法制造一个供我们出入的虫洞。

（本文发表于《科学世界》2012年第5期）