時(shí)光倒流的想法一直吸引著人類，比如回到未來(lái)改進(jìn)的DMC - 12。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，或許我們可能找到了一個(gè)物理上可行的解決方案。圖片版權(quán)：Ed g2s of Wikimedia Commons
【博科園-科學(xué)科普】這是電影、文學(xué)和電視節(jié)目中最偉大的幻想之一：我們可以回到過(guò)去改變過(guò)去的想法。從《哈利·波特》(Harry Potter)的《時(shí)代》(the time turner)到《土撥鼠日》(Groundhog Day)的未來(lái)，時(shí)光倒流，讓我們有機(jī)會(huì)糾正自己過(guò)去的錯(cuò)誤。對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)被歸入小說(shuō)領(lǐng)域的想法，因?yàn)槊恳粋€(gè)物理定律都表明，穿越時(shí)間的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)必要的。
從哲學(xué)上來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)著名的悖論，似乎表明了這種可能性的荒謬：如果穿越時(shí)間的旅行是可能的，就可以在你的父母被孕育之前回去殺死你的祖父，讓你的生活變得不可能。很長(zhǎng)一段時(shí)間，似乎沒(méi)有辦法回去。但是由于愛因斯坦廣義相對(duì)論中一些非常有趣的空間和時(shí)間特性，回到時(shí)間里的可能是可能的。
早期宇宙由量子泡沫組成，量子漲落很大，變化很大，在最小的尺度上也很重要。積極和消極的能量波動(dòng)可以產(chǎn)生微小的量子蟲洞。圖片版權(quán)：NASA/CXC/M.Weiss
開始是一個(gè)蟲洞的物理概念，我們已知的宇宙中在最小的尺度上的時(shí)空結(jié)構(gòu)有極少的，極小的量子漲落。這些因素包括正和負(fù)方向上的能量波動(dòng)，通常彼此非常接近。一個(gè)非常強(qiáng)、密集、積極的能量波動(dòng)會(huì)以一種特定的方式產(chǎn)生彎曲空間，而強(qiáng)、密集、負(fù)能量波動(dòng)則會(huì)以完全相反的方式彎曲空間。如果把這兩個(gè)曲率區(qū)域連在一起——短暫的瞬間到達(dá)量子蟲洞的概念。如果蟲洞持續(xù)的時(shí)間足夠長(zhǎng)，甚至可以把一個(gè)粒子穿過(guò)它，讓它瞬間從時(shí)空中的一個(gè)位置消失，然后重新出現(xiàn)在另一個(gè)地方。
洛倫茲蟲洞的精確數(shù)學(xué)圖。如果一個(gè)蟲洞的一端是由正質(zhì)量/能量組成的，而另一端則是負(fù)質(zhì)量/能量的構(gòu)造，那么蟲洞就可以被穿越。圖片版權(quán)：Wikimedia Commons user Kes47
然而如果我們想要擴(kuò)大規(guī)模，讓像人類這樣大的東西通過(guò)，那將需要一些工作。雖然我們宇宙中的每一個(gè)已知粒子都有正能量和負(fù)能量或零質(zhì)量，但在廣義相對(duì)論的框架下，有負(fù)質(zhì)量/能量粒子是很有可能的。當(dāng)然還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，但是根據(jù)理論物理的所有規(guī)則，沒(méi)有什么禁止的。
如果這個(gè)負(fù)質(zhì)量/能量物質(zhì)存在，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞，與它的負(fù)質(zhì)量/能量對(duì)應(yīng)，然后連接應(yīng)允許一個(gè)穿越蟲洞。不管把這兩個(gè)相互連接的物體相距多遠(yuǎn)，如果它們有足夠的質(zhì)量/能量——無(wú)論是正的還是負(fù)的——這個(gè)瞬時(shí)連接仍然存在。所有這些都是瞬間穿越太空的好方法。但是時(shí)間呢？這就是狹義相對(duì)論的原理。
不同的觀察者“光鐘”將會(huì)在不同的相對(duì)速度下運(yùn)行，但這是由于光速的恒定。愛因斯坦的狹義相對(duì)論支配著這些時(shí)間和距離的轉(zhuǎn)換是如何發(fā)生的，但這意味著靜止和移動(dòng)的雙方以不同的速率老化。圖片版權(quán)：John D. Norton, via http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/Special_relativity_clocks_rods
如果你以接近光速的速度旅行，你會(huì)經(jīng)歷一種叫做時(shí)間膨脹的現(xiàn)象。你的運(yùn)動(dòng)穿過(guò)空間，你的運(yùn)動(dòng)通過(guò)時(shí)間與光速有關(guān)：你的運(yùn)動(dòng)穿過(guò)空間越大，你的運(yùn)動(dòng)穿越時(shí)間越少。想象一下你有一個(gè)40光年遠(yuǎn)的目的地，你能以驚人的速度行駛：超過(guò)99.9%的光速。如果你進(jìn)入了一艘宇宙飛船，并以非常接近光速的速度向那顆恒星移動(dòng)，然后停止，轉(zhuǎn)身回看地球，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些奇怪的東西。
由于時(shí)間的膨脹和長(zhǎng)度的縮短，你可能只有一年的時(shí)間到達(dá)目的地，然后再過(guò)一年再回來(lái)。但回到地球上，82年過(guò)去了，你認(rèn)識(shí)的每個(gè)人都會(huì)衰老得很老甚至已經(jīng)離世…。這是物理工作的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間旅行：它帶你進(jìn)入未來(lái)，隨著時(shí)間的推移，你只依賴于你在空間上的運(yùn)動(dòng)。
時(shí)間旅行是可能的嗎？如果有一個(gè)足夠大的蟲洞，比如一個(gè)超大質(zhì)量黑洞連接到它的負(fù)質(zhì)量/能量對(duì)應(yīng)的黑洞，它可能就是這樣。圖片版權(quán)：Wikimedia Commons user Kjordand
但是如果你像我們剛才描述的那樣建造一個(gè)蟲洞，故事就會(huì)改變。在蟲洞的一端的成像仍然是靜止的，例如離地球很近，而另一個(gè)則在相對(duì)于光速的相對(duì)論之旅中消失。然后你進(jìn)入了蟲洞的快速移動(dòng)的末端，它已經(jīng)運(yùn)動(dòng)了大概一年了，會(huì)發(fā)生什么呢？
好吧，一年對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)都不一樣，特別是如果他們?cè)跁r(shí)間和空間上不同的移動(dòng)！如果我們說(shuō)的速度和之前一樣，蟲洞的“運(yùn)動(dòng)”將會(huì)有40年的時(shí)間，但是“靜止”的結(jié)束只會(huì)有1年的時(shí)間。進(jìn)入蟲洞的相對(duì)末端，你在蟲洞被創(chuàng)造一年后回到地球，而你自己可能已經(jīng)有40年的時(shí)間了。
以接近光速的速度移動(dòng)，將會(huì)使旅行者與保持恒定參考系的人有明顯不同的時(shí)間。圖片版權(quán)：Twin Paradox, via http://www.twin-paradox.com
如果40年前，有人創(chuàng)造了這樣一對(duì)纏在一起的蟲洞，并讓他們踏上這段旅程，那么在2017年，他們就有可能進(jìn)入其中的一個(gè)，然后在另一個(gè)及時(shí)回到過(guò)去……早在1978年。唯一的問(wèn)題是，你自己也不能在1978年回到那個(gè)地方；你需要和蟲洞的另一端在一起，或者穿越太空去嘗試追趕它。
翹曲飛行，就像NASA設(shè)想的那樣：如果你在空間的兩個(gè)點(diǎn)之間創(chuàng)造了一個(gè)蟲洞，一個(gè)入口相對(duì)于另一個(gè)入口移動(dòng)相對(duì)，那么在任何一個(gè)移動(dòng)端，觀察者的年齡都是不同的。圖片版權(quán)：NASA / Digital art by Les Bossinas (Cortez III Service Corp.), 1998
令人滿意的是，我們發(fā)現(xiàn)這種形式的時(shí)間旅行也禁止祖父悖論！即使蟲洞是在你的父母懷孕之前被創(chuàng)造出來(lái)的，你也沒(méi)有辦法在這個(gè)蟲洞的另一端存在，早到可以回去找到你的祖父在那個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻。你能做的最好的事情就是把你剛出生的爸爸和媽媽放在飛船里，去接蟲洞的另一端，讓他們活，長(zhǎng)大，懷上你，
然后再?gòu)南x洞里走出來(lái)。當(dāng)他還很年輕的時(shí)候，你就能見到你的祖父——也許比你現(xiàn)在還年輕——但在你的父母出生后，他仍然會(huì)在你出生的時(shí)候出現(xiàn)。
如果負(fù)質(zhì)量/能量是真實(shí)的、豐富的和可控的，那么在宇宙中有許多不尋常的事情成為可能，但時(shí)間倒退可能是我們所想象過(guò)的最瘋狂的事情。由于特殊的和廣義相對(duì)論的怪異之處，時(shí)間旅行過(guò)去可能是不被禁止的！
知識(shí)：科學(xué)無(wú)國(guó)界，博科園-科學(xué)科普
作者：Ethan Siegel（天體物理學(xué)家）
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