3383,,时间旅行是否是可能的？是否能在时间的长河中自由地往返？

时间旅行是否是可能的？是否能在时间的长河中自由地往返？这是每个人都会感兴趣的话题。看看有多少科幻小说和科幻电影中出现了时间旅行的情节就能感受到人们对时间旅行热衷的程度。我想对很多人来说，能回到过去看看，甚至比对能到太空中看看还感兴趣。因为那实在是太有诱惑力了，能亲自回到侏罗纪看看真正的恐龙，能亲眼目睹导致恐龙灭绝的原因，如果真是行星或是彗星撞击地球导致的话，那在冲击波到来之前的最后一刻再乘坐时间机器返回安全地带将是何等的刺激。我们还能亲自看着埃及的金字塔是怎么建起来的，看看到底有没有个亚特兰斯蒂帝国，它又是怎么失足落水的。时间旅行能带来的乐趣真是太多了，根本说不尽。娱乐业和旅游业肯定又能大赚一笔啦，还可以创造无数个诸如时间机驾驶员、时姐（类似空姐）、时间导游、时间交警、时间协管员、时间高速路收费站管理员这样的就业机会。唯一可能会因此而下岗的大概就是历史学家了，不需要再用洛阳铲一小铲一小铲地挖出来，然后开始猜，最后得到一堆永远无法十拿九稳的结论。直接乘坐时间机器回去看看，立马明白得透透的。但我想即使面临整个行业的集体下岗，历史学家们也肯定狂热地希望能真正回去看看，看看他们是否猜对了。

　　说得这么热闹，那么时间旅行究竟是否可能呢？还是从众所周知的相对论说起来吧。根据相对论，物体的运动速度越快，它的时间就过得越慢。这种时间的变慢可以很容易地由洛仑兹变换导出（图1）：

　　在这里，△t是惯性系S中一只静止的时钟所走过的时间，△t'是相对于惯性系S以速度v运动的惯性系S'中一只静止的时钟走过的时间。显然，S'运动的速度v越接近光速c，则等式右边的分母部分将越接近零，从而导致在S'中很少的一段时间流逝，在S中就已经流逝了很长一段时间。

　　接下来，结合质能方程，我们还可以推导出物体运动的速度越快，质量就变得越大的公式（图2）：

　　在这里，m0是物体静止的质量，mv是物质以速度v运动时的质量。显然，物体的运动速度越快，它的质量就变得越大，当接近光速时，则会急剧增大。而我们知道，要增加物体的运动速度，也就是给物体加速，就必须给物体施加力，而随着物体的速度接近光速，物体的质量将趋近于无穷大，这时无论给物体施加多大的力都无法再提升物体的速度。这也是爱因斯坦据此得出宇宙中任何物体的运动速度都不能超过光速这一结论的原因。唯一能够达到光速的就是光本身。

　　现代的粒子加速器可以把基本粒子加速到光速的99.999%，尽管其加速的还只是我们看不见的东西，但不管怎么说，只要有足够大的力就可以把大到可见的物体加速到十分接近光速的程度。假如我们研发出了能达到光速的99.999999999625%的宇宙飞船的话，则只要乘坐这艘飞船出去兜一天风，返回地球时，进入的就是1000年后的地球了。从这点来看，至少到未来的时间旅行是可以实现的，迟早我们会开发出够劲的宇宙飞船，以近乎光速带我们去兜风。不过如果这种朝向未来的时间旅行只能是单乘的话，我不知道有多少人会真正下定决心乘坐它去看看未来，毕竟等他看过未来后由于没有返程的飞船，他将不得不永久性地留在1000年后的未来中，在那个时代中他将非常孤独，因为他的亲朋好友和所有认识的人都已经去世近千年了，而他所面临的新世界对他这位古人来说将是难以适应的。

　　因此，除非我们能将至过去的时间旅行一并实现，否则仅能至未来的单程的时间旅行的意义将大为缩水。旅行到原始森林是一回事，一辈子住在原始森林中就是另一回事了。

　　那么，我们能否旅行到过去呢？让我们来看下面这样一个例子，宇宙中的A处和B处相距5亿4千万公里，也就是光在30分钟内所走过的距离。在A处和B处之间有一个虫洞将A和B连接起来（图3）。

　　一天，你乘坐彗星牌飞船从地球出发，行驶到A处后，你把飞船停了下来，走出飞船并锁好飞船后，你从A处走进了虫洞，由于通过虫洞不需要花费时间（或只需花费很少的时间），因此，你会立即从B处的虫洞中走出现。然后，你从兜里掏出望远镜观察A处，起初什么也没有，过了大约半小时，你看到你自己从飞船上走下来，然后走进了A处的虫洞。而这件事情对你来说已经是发生过的事情了，这意味着什么？这意味着你看到了过去！看到了历史！半个小时前的历史！

　　此情此景实在是太震撼了，以致你立刻失去理智地从B处再次进入虫洞，试图在虫洞中会会你自己，当然，你什么都没有遇到，你只是再次从A 处的虫洞中冲了出来，A处空无一人，除了你自己。如果你再次掏出望远镜观察B处的话，大约半个小时后，你会发现一个家伙正在B处举着望远镜朝这边望呢。

　　这看似很神奇，其实没什么。这只是因为光速是有限的，而你抄近路跑在了光的前面，因此得以坐在那里等待着看历史。在这里并没有发生什么时光倒流的事情，这和我们通常所理解的旅行到过去有本质的区别。

　　那么，时光是否能够倒流呢？只有时光真正倒流了，我们才能真正回到过去，回到久已发生过的历史中。超越光速是直觉上最可能实现时光倒流的方法，因为随着物体的运动速度越快，它的时间就过得越慢，而当它达到光速时，时间将完全停止。光子是真正不会衰老的。那么，假如真的存在某种方法能够使物体的运动速度超越光速，那会发生什么事情呢？

　　从图1中的公式我们可以看出，当v大于c时，根号下将出现负数，这使得△t'=△t×Ki，这里的i是虚数符号，i2=-1。这意味着随着静止系统中时间的推移，以超光速运动的系统中的时间正在流出一个虚数值。虚数并不是负数，但虚数和负数很有渊源，因为虚数的平方是负数。如果△t'=-△t×K，那么，随着△t的增加，△t'是一个其绝对值在不断增大的负数，这显然是时间在倒流。然而，现在的△t'却是一个其值在不断增大的虚数，直觉上这也是时间在倒流，但却是以一种略有不同的方式在倒流。

　　暂且先不管这种倒流到底有何不同。首先，我们先要看看超越光速是否是可能的，如果超光速都搞不定的话，其他就更不用想了。好消息是超光速现象确实在试验室中出现了，坏消息是这些超光速现象中没有一个是能让人彻底放心和完全符合老百姓标准的。以下是其中两个有代表性的例子：

　　中国旅美科学家王力军与他的两位同事于2000年做了一个实验，用激光将通常为16种量子状态下的铯原子置于仅一种量子状态之下，组建了一个长6厘米的铯原子气室。在气室入口和出口分别放置了探测器，然后将一束持续时间3.7微秒的激光脉冲射向气室。观察到在气室出口的探测器相比于真空状况下提前62纳秒测到了同样形状的光脉冲。这表明，强烈的反常色散使得脉冲顶在进入气室之前就已离开了气室。光脉冲在铯原子气体中的群速度为光速的310倍。然而，虽然观察到的激光脉冲波峰速度超过光速数百倍，但这并不意味着实现了信号的超光速传播。光波是有长度的，只有波头的传播速度才可以算作是信号的传播速度，作为波峰传播速度的群速度不能用于计算信号传播速度。群速度有可能超光速，但波头的速度是始终超不过光速的。尽管37微秒的激光脉冲稍纵即逝，但它的长度其实达11.1公里，这条长长的“光龙”的主要信息在“龙头”部位都可以找到，因此当“龙头”进入铯原子气室后，气室中的铯原子气就根据“龙头”中的信息，在气室另一端“复制”出激光脉冲的波峰及其脉冲的其他主要成分，这样从观测者看，激光脉冲波峰还没有进入气室就已经穿出气室了，造成了“超光速”现象。

　　量子隧道是一种量子力学效应，它允许一个粒子在以经典力学的眼光看尚缺乏足够能量的情况下逃出一个势垒。你可以计算一下这个粒子通过隧道的时间，所得到的答案将是它花费的时间少于光通过这段距离的时间。上世纪60年代，一群物理学家所执行的实验似乎支持以量子隧道进行超光速通讯是可能的。他们声称以4.7倍光速的速度把莫扎特的第40交响曲传输通过了一个11.4cm的势垒。他们的解释，毫无疑问的，很有争议。大多数的物理学家认为，这只是一个量子效应，而在量子效应中，由于海森堡不确定性原理事实上没有信息能够以超光速传递。在这里，我想你大概会希望我解释一下什么是海森堡不确定性原理，为了预言一个粒子未来的位置和速度，人们必须能够准确地测量它现在的位置和速度。显而易见的办法就是将光照到这个粒子上，一部分光波会被此粒子散射开来，由此指明它的位置。然而，人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间距离更小的程度，所以必须用短波长的光来测量粒子的位置。而由于普朗克的量子假说，人们不能用任意少的光量，至少要用一个光量子。而这量子本身就会扰动这个粒子，并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。而且，位置测量得越准确，所需的波长就越短，而波长越短的光波其单独量子的能量就越大，这样粒子的速度就被扰动得越厉害。换言之，你对粒子的位置测量得越准确，你对速度的测量就越不准确，反之亦然。海森堡不确定性原理是世界的一个基本的不可回避的性质。

　　可是，该怎么去理解质量小于零呢，什么东西的质量是小于零的？在图2中我们可以看到，如果v大于c，则mv=（1/Ki）×m0，此时的mv已经变成虚数，虚质量很可能就是某种意义上的质量小于零。这种具有虚质量的粒子已经由美国物理学家范伯格（Feinberg）于1967年在理论上证明了其存在的可能，他把这种具有虚质量并能以超光速飞行的粒子命名为快子（tachyon）。我们可以做下面这样一个看起来比较合理的假设：对于有质量的物体，没有力作用于它时它是静止的，通过给它一个推力，增大它的能量，可以提升它的速度，通过不断对它施加力，可以让它的速度无限接近光速；而对于有虚质量的物体，没有力作用于它时它的速度是无限大，通过给它一个推力，增大它的能量，反而会降低它的速度，通过不断地对它施加力，可以让它的速度降低至无限接近光速。光速正是质量和虚质量之间的分水岭。

　　尽管目前还没有捕获到一个快子，但不妨让我们假定范伯格的证明是正确的，而这种理论上存在的快子也是在宇宙中真实存在。终有一天，我们可以用具有虚质量的物质构造一台时间机器，也许最终完成的时间机器和虚质量并没有关系，但我相信超光速旅行是可以实现的。要不为什么要为我们准备这样一个巨大的宇宙，如果我们连最近的恒星也去不了，那还要银河系中其他4000亿恒星做什么，还要那1000亿个星系有什么意义，难道仅仅是让我们欣赏它们那亿万年前的光辉。当然，宇宙如此巨大绝不是只为我们地球人准备的，我相信仅仅银河系中就有上百万个有智慧生命的星球。又难道宇宙是一个真正的孤独者，喜欢一个鱼缸中只养一条金鱼，用巨大的距离来断绝智慧生物之间的沟通和交流。如果宇宙是这样的孤独，又怎会造出地球这样美到极致的蔚蓝色的水晶般的星球，又怎么会在地球上繁衍出数百万种多姿多彩的生命，熙熙攘攘地热闹非凡。我坚信超光速飞行是终可以实现的。

　　实现了超光速飞行，时间旅行大约也就可以实现了。但关于时间旅行，还有一些问题需要解决，首先就是时间旅行会导致能量守恒定律被破坏，如果你突然出现在历史中，则将直接导致宇宙中在那个时刻的前后的总能量不一致，凭空多了一个你。尽管量子力学中允许物质在真空中凭空物化出现，量子可以从某个我们不知道的地方借来一点能量并把这点能量转变成物质，以物质的形式出现。但量子必须迅速归还这些能量，这使得以这种方式出现的粒子趋向于迅速地回归为无影无踪。概率指出那些小于原子的粒子对——一个正电荷、一个负电荷——是迄今为止最可能出现的作品，并且它们也仅会持续一个极为短暂的时间，典型的是10-21秒。自发出现的能稳定存在的如分子那么大的东西几乎是不可能的。要指望以这种方式创造出一个像你这么大的家伙，需要漫长的无法想象的时间，相比之下，宇宙的整个生命期都是微不足道的。

　　此外，时间旅行还会导致一个著名的“祖父悖论”。我想你很可能已经听说过这个悖论，就是说假如你回到你祖父小时候生活的年代，把你祖父杀死了，那么，既然你祖父没有了，自然你父亲也就不会出生，那你自然也就根本不曾存在过，而既然你根本就没有存在过，你又是如何返回到历史中去杀死你的祖父的呢。更过分一些，如果你退回得更久远，非常之久远，一直远至宇宙大爆炸之前，你发现了一个做工精致的起爆器，你处于完全的无心或完全的有意，搞坏了这个起爆器，导致宇宙无法大爆炸了怎么办？那你的祸可真的就闯大了。宇宙可能会允许时间旅行，但却绝不会允许因果论的破坏，因为那太危险了。

　　我想这正是前面的△t'在超光速时会导致出现一个虚数值，而不是一个简单的负值的原因。时间可以倒流，但却是以一种略有不同的方式在倒流，以一种不会破坏因果论的方式来倒流。

　　我的分析是，当通过超光速来进行时间旅行时，整个超光速系统所占据的时空将发生弯曲，与正常前进的时空分离开来，继续向后弯曲，直至弯曲到插入历史的时空中，但当接触并进入到历史的时空后，超光速时空并不会和历史的时空融合，而是始终像包裹着一层膜一样独立的存在于历史的时空中（图4）。

　　换句话说，超光速系统的内部时空和它所插入的历史的时空并没有任何接触和融合，两个时空仍然是完全独立的，超光速系统的内部时空中的一切无法对历史的时空中的一切做任何的影响和改变，因此，也就不会产生由于修改历史所带来的各种悖论。对于历史的时空而言，超光速系统的时空是不存在的，不可见的（因为一旦可见，必然会导致改变）。而对于处于超光速系统中的人而言，由于他此刻相当于处于八维时空之中，自身的四维时空外加历史的四维时空，因此，他就像一个处于四维空间的生物可以居高临下的俯瞰三维空间中的一切，而三维空间中的生物却看不到四维空间中的一切。当你站在盛唐的大街上，潮水般的人们无物般地穿过你的身体，你对他们来说不存在，他们也看不到你，你们处于不同的维度和时空，彼此之间不会有接触。由于超光速时空在时空拓扑结构上仍然属于它在超光速之前的那个时空，因此，就不存在能量守恒定律被破坏的问题。

　　有一天，我们或许可以乘坐数千万倍光速的飞行器旅行到宇宙的彼端，可以见识各个星系中各个星球上奇形怪状又充满好奇的外星生物，可以作为一个旁观者静静地看着生命的演化，看宇宙中一切奇迹的发生。