时间旅行的物理学

从黑洞开始……

时间旅行的物理可能性有点像一个两难问题。任何被时间旅行所需的扭曲时空所包围的物体，其本质必然是极其危险的，这种漩涡必然会将鲁莽的旅行者撕裂。因此，物理学家们努力创造一种理论上可接受的时间机器，它不会产生死亡等令人讨厌的副作用。他们的出发点是黑洞。

黑洞以吞噬周围的一切（包括光）而闻名，并且永不放手。但黑洞还有其他特点，即它们会弯曲附近的时空。黑洞密度无限大，这意味着它会将时空结构拉到极限，形成一个深深的凹坑，底部有一个微小的裂口。

许多人都想知道这条裂缝的另一边是什么。1935 年，爱因斯坦和他的同事内森·罗森 (Nathan Rosen) 提出了一种设想，其中一个黑洞中的微小裂缝可以与另一个黑洞中的另一个微小裂缝相连，通过一条狭窄的通道或喉咙将时空的两个不同部分连接起来。爱因斯坦-罗森桥（当时这个概念被称为）看起来就像一个黑洞附着在它自己的镜像上。

这种桥——一种从一个黑洞内部通向另一个黑洞的后门——如今被称为虫洞。理论上，这种入口可以创造一条穿越时空的捷径——这正是时间旅行者想要欺骗时间老人几百万年所需要的东西。

接下来，修改虫洞……

虫洞的问题在于通道
两个黑洞之间产生的虫洞非常小，比单个原子的中心还小，并且只能维持几分之一秒。即使是宇宙中速度最快的光，也没有足够的时间穿过它。而且，无论我们的旅行者的飞船多么坚固，他都不可避免地会被黑洞巨大的引力撕裂。由于这样那样的问题，爱因斯坦-罗森桥多年来被认为是一个几何上的奇观，一个理论上的怪癖，甚至对虚构的时间旅行者来说也毫无用处。爱因斯坦方程可能允许虫洞存在，但宇宙肯定不允许。然而，这一切都在 20 世纪 80 年代发生了改变，加州理工学院的一位物理学家设计出了一种更好的方法，将虫洞用作时光机。

如果爱因斯坦和罗森是时空捷径的设计师，那么加州理工学院的基普·索恩就是其结构工程师。索恩从爱因斯坦和罗森留下的草图开始，创建了一种算法，以严格的数学术语描述了一台工作时间机器的物理原理。当然，真正建造索恩的时间门户需要至少几个世纪的技术实力。但他的工作证明了时间旅行是可能的——至少在理论上是可能的。

索恩的问题是找到一种方法，让虫洞的通道或喉咙保持打开状态，让探险者能够通过。普通物质不行：无论它有多坚固，任何由物质构成的支架都无法抵挡时空的挤压。索恩需要一种可以抵消黑洞挤压的物质。索恩需要反重力。

反重力（有时也被称为负能量）不会像普通物质那样收缩周围的空间，而是会将其推开。理论上，反重力会被置于虫洞的喉咙内，将其打开到足以让宇航员甚至宇宙飞船通过的宽度。
反重力可以解决问题；问题在于找到它。爱因斯坦于 1915 年首次假设宇宙尺度上存在反重力，八十年后这一猜想被证明是正确的。但爱因斯坦的反重力微弱而稀薄，就像一勺糖溶解在太平洋中一样。打开虫洞需要定期注入反重力。

目前最有可能产生集中反重力的效应是卡西米尔效应。由于量子力学的怪癖，两块相距一发丝宽的金属平板会产生少量负能量。这种能量如果成倍增加，理论上可以用来制造一个可穿越的虫洞。同时，虫洞的扩大会削弱附近的重力，防止旅行者被撕裂。

一旦反重力支架将入口撑开，穿越的旅行者就会出现在遥远的地方。但时间旅行者当然不仅想在地理上旅行，还想在时间上旅行。因此，索恩的下一步是使虫洞两侧的两个区域不同步。

为了做到这一点，他运用了爱因斯坦的一个老把戏。爱因斯坦狭义相对论的一个主要结果是，对于快速移动的物体来说，时间会变慢。索恩将这一原理应用于组成虫洞的两个黑洞之一。想象一下套住其中一个黑洞——也许将其困在一个负能量的笼子里——并以接近光速的速度将其拖曳到宇宙中。那个黑洞，以及虫洞的那个末端，会比虫洞的静止端衰老得更慢。随着时间的推移，黑洞会变得不同步，两个物体通过虫洞连接在一起，但存在于不同的时代。进入虫洞静止端的探险者会离开移动端，比他离开的时间早很多年，使虫洞成为一个真正的时间门户。

或者尝试一下低成本

时间旅行物理学的最新进展出现在 1991 年，当时普林斯顿天体物理学家 J. Richard Gott III 提出，一种名为宇宙弦的假想物体可能使宇航员能够回到过去。宇宙弦是一种细长的物体，一些宇宙学家认为它是在宇宙诞生之初凝聚而成的。它们无限长，宽度不超过一个原子，而且密度如此之大，以至于一条几英里长的宇宙弦就比地球本身重。

戈特的提议依赖于理想化的宇宙弦。为了服务于时间旅行者，两根完全平行、以接近光速运动的宇宙弦必须像高速公路上两辆朝相反方向行驶的汽车一样呼啸而过。当两根弦交错时，时空会因这些快速移动的细丝的影响而严重扭曲。一位机智的时间旅行者在附近的宇宙飞船中等候，他可以利用这些扭曲，绕着成对的弦飞行。如果他的时间安排得恰到好处，时空的扭曲将使他能够回到出发前的起点——使这次旅行成为一次单程的时光之旅。这意味着，根据物理定律，穿越时空是可以想象的，尽管安排起来相当困难。这可能只是时间问题。