趣談：如何打造一臺(tái)時(shí)光機(jī)？

自從1895年英國(guó)作家赫伯特·喬治·威爾斯的中篇科幻小說(shuō)《時(shí)間機(jī)器》問(wèn)世以來(lái)，和時(shí)光旅行有關(guān)的話題便被人們津津樂(lè)道，并且經(jīng)久不衰。那么，人類能否實(shí)現(xiàn)時(shí)空穿越，從而進(jìn)行時(shí)光旅行呢？

什么是時(shí)空

在打造時(shí)光機(jī)之前，我們首先要了解時(shí)光的本身，搞清楚時(shí)間是什么。

當(dāng)你愜意地沐浴著春日暖陽(yáng)之際，是否想過(guò)這其實(shí)是8分鐘以前的陽(yáng)光？因?yàn)橐芭堋边^(guò)從太陽(yáng)到地球之間約1.5億千米的路程，即便是光，也需要大約8分鐘的時(shí)間。所以，我們看到的都是過(guò)去的太陽(yáng)。

長(zhǎng)久以來(lái)，人們普遍認(rèn)為，如果我們這里現(xiàn)在是15點(diǎn)，那么月球上現(xiàn)在肯定也是15點(diǎn)，甚至全宇宙各處都是15點(diǎn)。但實(shí)際上，你是不可能把你的表對(duì)出宇宙標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的。

許多人都相信，時(shí)間流逝的速率是固定的，也相信全宇宙的時(shí)間都流動(dòng)得一樣快。其實(shí)不然，時(shí)鐘在外層空間轉(zhuǎn)動(dòng)得要比在地球上慢。注意：速率不等同于速度，速率是標(biāo)量，它有大小，但沒(méi)有方向。

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之所以能發(fā)揮作用，全靠每天校準(zhǔn)衛(wèi)星上的時(shí)鐘。時(shí)間并沒(méi)有絕對(duì)值，在不同的地方，快慢也不一樣。因此，想進(jìn)行時(shí)光旅行的人就必須拋開(kāi)對(duì)時(shí)間的傳統(tǒng)看法，把時(shí)間當(dāng)成一種維度。

多數(shù)人以為我們生活在三維空間，其實(shí)我們生活在四維空間里，在普通三維空間的長(zhǎng)、寬、高三條軸外，又多了一條時(shí)間軸。當(dāng)然，要把時(shí)間視為維度，對(duì)我們來(lái)說(shuō)并不太好接受。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們和朋友約好在某個(gè)大廈的某一層見(jiàn)面，同時(shí)也必然約好了見(jiàn)面的時(shí)間。第四維的時(shí)間和其他三維空間緊密交織，物理學(xué)家給這4個(gè)維度起名叫“時(shí)空”。因此，準(zhǔn)確地說(shuō)，我們生活的宏觀世界其實(shí)是三維空間、四維時(shí)空。

現(xiàn)在，絕大部分科學(xué)家相信時(shí)間和空間一樣并非看不到，并且認(rèn)為它們是可以拉伸的結(jié)構(gòu)，甚至還可以打個(gè)結(jié)。如果真是這樣，那么時(shí)光旅行可能聽(tīng)起來(lái)就不會(huì)那么虛無(wú)縹緲了。換言之，如果我們能夠找到操控時(shí)空結(jié)構(gòu)的方法，那么就能實(shí)現(xiàn)真正的時(shí)光旅行了。

速度時(shí)光機(jī)

我們大多數(shù)人生活在正常的時(shí)空中，但絕非危言聳聽(tīng)的是，在我們之中已經(jīng)有時(shí)光旅行之人的存在了。實(shí)際上，國(guó)際空間站和中國(guó)空間站上的航天員，都已經(jīng)展開(kāi)了步入未來(lái)的時(shí)光旅行。你肯定會(huì)好奇，他們是如何做到進(jìn)入未來(lái)的呢？

他們主要依靠的就是速度。空間站繞地球飛行的時(shí)速超過(guò)27000千米，有人曾經(jīng)在國(guó)際空間站里生活了數(shù)百個(gè)日夜。

他們?cè)诜祷氐厍虻臅r(shí)候，大約已經(jīng)向未來(lái)邁進(jìn)了1微秒，也就是百萬(wàn)分之一秒。因此，我們也可以把宇宙飛船看成是一臺(tái)時(shí)光機(jī)，它超快的行進(jìn)速度能夠?qū)r(shí)間放慢。

那么，時(shí)間能否被操控呢？

科學(xué)家假設(shè)在汽車的儀表盤(pán)上放一個(gè)里面有光在垂直上下移動(dòng)的“光時(shí)鐘”，而當(dāng)車經(jīng)過(guò)時(shí)，路人看到的光時(shí)鐘里的光則是在呈對(duì)角線移動(dòng)。因此，從車外看過(guò)去的人看到的光線移動(dòng)距離更長(zhǎng)。但是，對(duì)車?yán)锖蛙囃獾娜藖?lái)說(shuō)，光速都沒(méi)有變。

時(shí)間等于路程除以速度，所以坐在車?yán)锏娜硕冗^(guò)的時(shí)間比較少。換句話說(shuō)，對(duì)高速行進(jìn)的人而言，時(shí)間過(guò)得比較慢?？茖W(xué)家把這種現(xiàn)象稱為“時(shí)間膨脹”。

歐洲核子研究組織的全球最大粒子加速器位于瑞士日內(nèi)瓦，近半個(gè)世紀(jì)里，來(lái)自全球80多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家在這里研究、實(shí)驗(yàn)時(shí)光旅行。目前，他們發(fā)現(xiàn)了一種有用的時(shí)光旅行粒子，叫作“介子”。這種高能量的粒子來(lái)自宇宙射線，它不斷“轟炸”著地球的大氣層，但它的壽命只有約百萬(wàn)分之一秒。

科學(xué)家利用粒子加速器推動(dòng)介子，使它的速度接近光速，它的壽命也會(huì)因此而加長(zhǎng)。也就是說(shuō)，介子所對(duì)應(yīng)的時(shí)間越走越慢，而加速器外面的時(shí)間仍然和往常一樣。從某種意義上來(lái)說(shuō)，介子就已經(jīng)進(jìn)入了我們的未來(lái)。

但是，用速度來(lái)打造時(shí)光機(jī)仍然充滿障礙。原來(lái)，質(zhì)量都對(duì)應(yīng)一定的能量，當(dāng)物體的動(dòng)量增加時(shí)，其質(zhì)量也會(huì)隨之增加。一個(gè)物體如果以接近光速運(yùn)動(dòng)，增加的質(zhì)量將會(huì)接近于無(wú)限大。比如，介子以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其質(zhì)量是靜止時(shí)的7000倍以上。

因此，能量是我們進(jìn)行時(shí)光旅行的最大絆腳石之一。簡(jiǎn)單地說(shuō)，目前我們還無(wú)法讓一個(gè)人類大小的物體以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)。即便是用盡地球上已知的全部能量，我們也無(wú)法讓一枚火箭以接近光速的速度行進(jìn)。

重力時(shí)光機(jī)

天無(wú)絕人之路。我們當(dāng)然還有另外一個(gè)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)光旅行，并且這種方法不但能夠帶人進(jìn)入未來(lái)，還能帶人回到過(guò)去。

科學(xué)家公認(rèn)的在時(shí)間中躍進(jìn)的方法，除了依靠速度，就是依靠重力了。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，重力證明了質(zhì)量是如何彎曲（或者說(shuō)扭曲了）時(shí)空結(jié)構(gòu)的。假設(shè)一個(gè)物體的質(zhì)量大到可以和恒星、黑洞抗衡，它就能大大彎曲時(shí)空。物體的質(zhì)量越大，沖擊或彎曲時(shí)空結(jié)構(gòu)的效果也就越大。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍到光線經(jīng)過(guò)銀河時(shí)，其路徑會(huì)彎曲，從而也證明了質(zhì)量可以讓時(shí)空彎曲。而時(shí)空的彎曲將幫助我們打造時(shí)光機(jī)，因?yàn)楫?dāng)重力彎曲了時(shí)空，它對(duì)時(shí)間的流逝就有了實(shí)際的影響。

摩天大樓一樓的時(shí)間就過(guò)得比頂樓的要慢一些。因?yàn)樵浇咏厍虮砻?，重力越?qiáng)，時(shí)空就越彎曲，而時(shí)間也就過(guò)得越慢。雖然這是很微小的差別，但如果你在頂樓站上100年，那么你的表就會(huì)比一樓的表多跑十萬(wàn)分之五秒。所以，從某種意義上來(lái)說(shuō)，地球本身就是一臺(tái)時(shí)光機(jī)。

如果我們把場(chǎng)景換到太空，這種影響就更大了。在距離地球很遠(yuǎn)的軌道上，時(shí)間流逝的速度和地表有所不同，這一點(diǎn)對(duì)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)很重要。我們必須讓地面和衛(wèi)星的時(shí)鐘保持同步，這些系統(tǒng)才能正常發(fā)揮作用。又因?yàn)樾l(wèi)星所在的重力場(chǎng)較弱，它那里的時(shí)間過(guò)得比較快，一天會(huì)相差約50微秒。如果我們不去校正，不考慮時(shí)間流逝的速率差，衛(wèi)星導(dǎo)航就發(fā)揮不了作用。

地球的重力及其對(duì)時(shí)空造成的扭曲程度并不足以幫助我們回到過(guò)去，但宇宙中有些地方的重力已經(jīng)大大扭曲了時(shí)空。時(shí)空多數(shù)呈平面，不過(guò)在黑洞中就會(huì)劇烈彎曲。黑洞的引力能夠延伸并彎曲周圍的時(shí)空，使其成為無(wú)比深邃的錐形洞。由于它的重力如此強(qiáng)烈，因此在黑洞中的時(shí)間會(huì)大大減慢。

對(duì)想進(jìn)行時(shí)光旅行的人來(lái)說(shuō)，進(jìn)入黑洞或許是實(shí)現(xiàn)愿望的一種方法。但是，在黑洞中你一定會(huì)碰上奇點(diǎn)，它是黑洞中密度最大的一點(diǎn)。因此，你會(huì)在奇點(diǎn)被壓得粉碎。

不過(guò)，很快科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了宇宙弦，這是一種假設(shè)的宇宙大爆炸時(shí)形成的細(xì)而長(zhǎng)且能量高度集聚的管子。據(jù)推測(cè)，1米長(zhǎng)的宇宙弦的質(zhì)量就要大過(guò)地球，因此它也能讓時(shí)空產(chǎn)生扭曲。所以，如果有兩條無(wú)限大的宇宙弦相對(duì)而過(guò)，就可以制造出時(shí)光機(jī)?？茖W(xué)家假設(shè)有一艘超過(guò)光速的宇宙飛船，在兩條宇宙弦周圍繞行，那么它就能趕在自己出發(fā)前回來(lái)。

但是，按照現(xiàn)在的宇宙弦理論來(lái)看，要想回到1年前，大約需要半個(gè)銀河系的質(zhì)量。而要操控如此大的質(zhì)量，勢(shì)必要有主宰整個(gè)銀河系能量的能力才行。

時(shí)光旅行的各種理論看起來(lái)似乎都荒誕不經(jīng)，但一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們?nèi)诤狭酥R(shí)與想象，試圖證明時(shí)光旅行將會(huì)發(fā)生。有人或許只去過(guò)微秒后的未來(lái)，但研究時(shí)光旅行的科學(xué)家仍然在繼續(xù)前進(jìn)。

因?yàn)?，每一次巨大的冒險(xiǎn)，實(shí)際上都開(kāi)始于最初的一小步。