時空穿越，究竟是人類的美好幻想還是真的存在？_風聞

來源：中國科學報

關於時空旅行這個話題，有人嗤之以鼻，認為都是人類的幻想，不着邊際；有人興趣盎然，認為在浩瀚宇宙之中，一定存在着能夠進行時空旅行的方法。關於時空穿越的熱烈想象藴養了很多這方面的科幻作品，其中最讓人不明覺厲的要數科幻電影《星際穿越》。

電影主人公、前美國宇航局航天員庫珀和他的隊友，利用土星軌道附近的一個蟲洞進入另一個行星系統，蟲洞彎曲了空間，讓超遠距離旅行可以在瞬間完成。電影中呈現了大量關於蟲洞的視覺形象、穿越蟲洞過程的畫面、外星球的景觀以及關於穿越蟲洞時時空關係的變化。那麼按照電影中的理論，我們真的能夠進行時空旅行嗎？

愛因斯坦和《相對論》

談起時間機器，不得不談及愛因斯坦的相對論。愛因斯坦在《狹義相對論》中認為，狹義時間不是永恆流逝的，與物體的運動速度有關係，如果物體運動速度快一點的話，就可以認為時間流逝的速度變慢了。

舉個簡單的例子，牛頓時空觀裏認為時間就像一條河流，所有人都跟着河流往前走，而愛因斯坦認為這是因為你游泳的速度不夠快，如果你遊的速度接近光速，就會發現這個河流的速度變了。這就是《狹義相對論》告訴我們的內容，也是我們造飛船追求的目標。

在提出《狹義相對論》10年時間之後，愛因斯坦又提出了《廣義相對論》，《廣義相對論》的內涵比《狹義相對論》要深得多。《廣義相對論》認為，時空不僅僅與速度相關，還與物質相關。如果有一個物體的質量特別大，它就會使得時空彎曲。愛因斯坦的時空觀將時空面構造成一個四維空間，即三維空間加上一個時間軸，認為時空面是彎曲的，而且空間中的物體質量影響着時空面的彎曲程度。

在廣義相對論裏，愛因斯坦提到了一個著名的方程——引力場方程，這個方程是一個二階非線性的張量方程。這個方程有很多組解，其中最著名的一個解就是黑洞。除此之外，人們還解出了宇宙膨脹、宇宙大爆炸並且預測了引力波等很多結論。這其中就有與時空穿梭相關的結論。

哥德爾宇宙和霍金的前提條件

一名叫哥德爾的科學家在1949年根據《廣義相對論》提出哥德爾宇宙概念。哥德爾宇宙是一個不膨脹且高速旋轉的宇宙，由於高速旋轉，這個宇宙會引起時空的強烈扭曲。在哥德爾宇宙中，允許“時間閉環”現象的存在，而有了“時間閉環”現象就可以進行時空旅行。雖然很遺憾，從我們目前觀測到的情況來看，我們的宇宙並不是哥德爾宇宙，不過外太空還是很可能存在着這樣一個“時空閉環”宇宙的。

那麼我們能否在我們的宇宙中造出一個可以穿越時空的穿梭機呢？著名科學家霍金認為，如果在有限的區域內，能量處處是非負時，如果想製造出一個時間機器，勢必會產生一個時空奇點，在奇點上一切物理規律都會失效,因此在我們的宇宙中似乎是難以製造出時間機器了。

不過科學家們並沒有放棄，因為霍金的結論有3個前提條件，分別為有限空間，能量非負和時間機器。那可不可以出現比真空能量（真空能量為零）更低的能量呢？如果能的話，就可以推翻霍金的結論了。

1988年，加州理工大學的教授索恩和他的學生莫里斯提出了蟲洞理論。如果把距離遙遠時空的兩個位置比作二維紙面上的兩點，通過摺疊之後使得這兩個點無限靠近，這樣便可以通過穿越紙面很快地從一個點到達另一個點，穿越這個紙面所需要形成的洞就叫作蟲洞，穿越時的入口就是黑洞，穿越時的出口叫作白洞。

白洞不能有質量，它是負質量和負能量的，負質量就會有排斥力，這個“負能量”就可以推翻霍金的理論。如果我們能夠製造一個機器，製造或者找出蟲洞，通過蟲洞把黑洞和白洞連接起來，這就是我們要的時空機器了。

時空旅行真能實現嗎？

蟲洞是否真的存在？目前的科學水平尚不能下定論。但是若蟲洞真的存在，人們是否能夠藉助蟲洞穿越時空呢？

目前比較認可的一種説法是蟲洞具有非常大的引力，當飛船靠近時會被無限拉伸最後分解掉，真正安全的蟲洞直徑需要在1光年以上。

不過即使找到了如此巨大的蟲洞，還有更大的問題需要解決。維持蟲洞不關閉需要大量暗物質，質量至少是整個銀河系中星體總質量的十萬倍。因此，以人類目前乃至可以預見的科技水平是很難藉助蟲洞實現時空旅行的。

話説回來，以前人們認為登月也是不可能的事情，現在人類不僅登月了，還在熱鬧地討論登陸火星。人類科技正在步入指數式的發展階段，只有想不到，沒有做不到的時代也快要來臨，相信在不遠的未來人類會發現蟲洞或者徹底從理論上證明蟲洞是不存在。如果發現了蟲洞，人類一定會思考如何藉助蟲洞實現時空穿越；如果證實了蟲洞是不存在的，人類也一定會思考是否有其他方式實現時空穿越，畢竟時空穿越是人類在未來探索宇宙的“最佳方式”。

探索宇宙奧秘的“窗口”

人類一直都對探索未知世界有着強烈的慾望，星際航行是人類探索宇宙過程中的一個夢想。然而無情的現實給了我們當頭一棒，因為宇宙如此寬廣而人類卻如此渺小。

“旅行者號”用了40多年時間才剛剛到達太陽系的邊緣，還沒有飛出太陽系，而人類的壽命只有短短的百十來年。宇宙中天體的距離都是以“天文數字”來計算的，適合人類生活的最近的一顆行星距離地球超過數光年，要想通過常規方式跨越以光年計算的距離，對於人類來説是根本不可能的。要想實現跨星球移民，人類能夠想到的最好方法就是“穿越”。

雖然蟲洞目前還僅僅停留在理論之中，而且即使真的存在蟲洞，人類也可能無法真的通過蟲洞進行星際穿越，但是蟲洞理論無疑為我們提供了一條很好的實現穿越的思路。人類可以通過對蟲洞的研究增加對宇宙萬物的認識，相信對於蟲洞的探索與發現將成為未來探索宇宙奧秘的一個“窗口”。