互动科普

在电影和动画片中出现的时间旅行有科学依据吗？

“时间旅行”的故事最早出现在H.G.威尔斯（1866〜1946）的小说《时间机器》（1895年发表）中，后来又被拍成电影（1960年和2002年），所以知道的人很多。威尔斯把时间当成“第四维”，假定同三维空间一样也能够在其中来去。

真正把时间看成与空间三维结合在一起的第四维，这种观点是阿尔伯特·爱因斯坦（1879〜1955）在1905年发表的“相对论”中最先提出来的。本文全部讨论的依据，就是关于时间和空间的物理学理论的这个相对论。

图：空间三维和时间第四维

我们可以在三维空间（长、宽、高）中自由地移动，而在时间这个第四维却没有这样的自由。在时间轴只能从过去到将来“单向通行”。

许多人都喜欢一部美国电影《回到未来》（20世纪80年代出品）。电影中的主人公马丁回到了过去，然而他的干扰却破坏了自己父母的恋情，使他们未能成婚，马丁自己自然也不能出生。于是，他不得不拼命设法恢复原来的历史。

那么，本来只是回到过去，结果“改变”了历史，竟然使自己没有出生，这样的事情真有可能发生吗？这样的问题叫做“时间佯谬”（又称“悖论”）。

“时空隧道”和时间旅行

在日本动画片《哆啦A梦》中也有许多关于时间旅行的情节。主人公野比大雄房间里的书桌抽屉就是时间隧道的一个出入口。大雄可以借助一台时间机器回到过去或去到未来。在他到达的地方有一个空间开口，钻出来就来到了另一个时代的世界。

动画片中虚构的这种“将时间相隔的两个开口连接起来的隧道”类似于相对论所考虑的“虫洞时间机器”。

时间旅行，一个被认真探讨的物理学问题

爱因斯坦在1905年发表了“狭义相对论”，在1915〜1916年发表了“广义相对论”。按照这两个理论，时间的流动依条件不同可以变快也可以变慢。

那以后，又有人根据广义相对论预言应该有“黑洞”存在。黑洞是一种具有强大引力，连光也会被它吞噬的天体。在一个黑洞附近，离它越近，时间流动越慢。利用黑洞的这种性质，在理论上便有可能实现“去到未来的时间旅行”。

条件合适，回到过去也是有可能的？

1949年，有一位数学家库尔特·哥德尔（1906〜1978）根据广义相对论通过计算指出，“如果宇宙在旋转的话，就有可能在宇宙中旅行，回到出发的时刻甚至回到出发以前。”

天文观测表明宇宙并没有在旋转，所以哥德尔的上述设想在现实中绝不可能实现。但是哥德尔的工作却具有开创性的意义，他首先指出在广义相对论的框架内，只要满足合适的条件，回到过去的时间旅行是有可能的。

通过时间旅行回到过去，这就意味着有可能“改变历史”，所以大多数物理学家都认为这是不可能的。可是，对于这个问题的理论探讨并没有因此而结束。

1988年，美国加州理工学院的基普·索恩博士根据广义相对论提出一种非常巧妙的方法，采用那种方法也许有可能实现回到过去的时间旅行。

可以说，自20世纪初以来，关于时间旅行可能性的探讨从未间断过，一直就是物理学的一个研究课题。

（本文发表于《科学世界》2012年第5期）