过去走向未来我们去旅行吧！
时间机器是实现你能做到吗？

什么是时间机器？

作家HG威尔斯（HG Wells，1866-1946）于1895年出版的科幻小说《时间机器》是世界上第一部使用名为“时间机器”的小玩意，创造了一个关于“时间旅行”的故事，让人们在过去、现在和未来之间自由穿梭。

从那时起，时间旅行在许多作品中都有描绘，并且描绘了各种形式的时间旅行，不仅包括那些乘坐称为时间机器的交通工具穿越时间的人，还包括那些穿越时空前往过去或未来的人，以及那些通过交流仅移动信息和记忆的人。

[图1]时光机图片
©Pixabay

时间旅行，就像超光速导航一样，在现代技术下被认为是不可能的。然而，有一些研究表明，基于数学公式，假设存在尚未发现的物质，这可能是可能的，这仍然是进一步研究和争论的主题。

这一切都始于美国物理学家基普·索恩（Kip Thorne，1940-）的研究，该研究在超光速导航系列的第二部分中提到。天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan，1934-1996）在写小说《接触》时，他想知道是否有一种方法可以立即前往位于天琴座的织女星，距离地球约 26 光年。萨根首先想到利用黑洞来旅行，并请他的朋友索恩验证这在理论上是否正确。因此，索恩认为使用虫洞比黑洞更好。

虫洞就像一条隧道，其入口和出口通过空间和时间直接相连。打个比方，就像《哆啦A梦》中的“任意门”，如果一个带有虫洞的门放在地球上，另一个门放在月球、火星或数亿光年外的恒星上，那么就可以瞬间穿越时空。

虫洞的存在是在物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）创建广义相对论后不久于 1916 年计算出来的。基于此，索恩先生思考是否真的可以通过虫洞进行超光速导航，以及实现这一目标需要什么，并设计了一个理论。这项研究不仅在《Contact》中得到利用，而且还以论文形式发表。

然而，为了实现这一目标，据说需要一种具有“负质量”的物质，即所谓的“奇异物质”之一。此外，这只是一种假设物质，尚未被证明存在。此外，其他科学家随后的研究表明，创造虫洞需要与创造宇宙相同的能量，甚至有人认为创造虫洞可能是不可能的。这只是一个计算，反对意见也很多。

[图2]示意性显示虫洞的概念图示例
通过将三维宇宙视为二维平面并将其大大弯曲，您可以立即穿过连接顶部和底部的虫洞。

实现时间机器的关键在于浦岛太郎

先生提出这个想法的索恩后来想到，如果用这种方法可以实现超光速导航，那么也许也可以制造出时间机器。首先，虫洞的入口放在地球上，出口放在火箭上，以接近光速飞行后返回地球。然后，可以创建时间机器。

这听起来像是一个被狐狸夹住的故事，但这个理论的基础是“浦岛效应”。相对论指出，时间前进的方式根据观看者所处的位置而变化，也就是说，它是相对的。如果某物移动得很快，从外面看时间就会变慢，产生时间差，速度差越大，时间差就越大。当物体接近光速时，物体的时间速度接近零，这意味着时间似乎已经停止。例如，如果你乘坐一艘几乎能以光速飞行的火箭并在里面呆一年，那么在地球上就相当于50年。

顺便说一句，浦岛这个名字来源于民间故事“浦岛太郎”，故事中浦岛太郎只在龙宫城待了一个小时，但当他回到海滩时，他所有的朋友都变成了老人。当然，这个故事创作时还没有时间机器的概念，但如果浦岛太郎骑着他救下的乌龟以接近光速的速度旅行，这个故事就有意义了。

理论上，如果我们正确利用浦岛效应和虫洞，我们可以创造一台时间机器。首先，假设在2020年创造了一个虫洞，此时虫洞两侧的出入口时间是相同的，2020年。接下来，只在一个口中放置一艘航天器，以接近光速的速度飞行，然后返回地球。发生的情况是，尽管地球上的年份是 2030 年，但飞船内部的年份却只有 2021 年（这个时间差取决于飞船飞行的速度有多接近光速）。

然后，2030年，来自地球的人们登上宇宙飞船，进入里面的虫洞。那么，由于虫洞是在2021年的时间，所以可以穿过它到同一时间，也就是2021年的地球。

当然，这需要很多条件，首先，如上所述，虫洞是否真的存在，负质量的奇异物质是否真的存在，是否可以人工制造出可供人和航天器通过的虫洞，是否可以自由移动虫洞的位置……目前，这些都还没有实现，也没有任何前景。

[图3]使用虫洞进行时间旅行的图像

使用超光速粒子“快子”向过去发送信息

与人和宇宙飞船一起进行时间旅行可能很困难。然而，另一种似乎更简单的方法是使用称为快子的超光速粒子将信息发送到过去，我在第 2 部分中提到过。

快子是被认为是奇异物质的粒子，据说总是以超过光速的速度移动。尽管这只是理论上的可能性，从未被实际观察到，但如果快子存在并且可以使用无线电波或光等快子进行通信，那么人们认为在过去和未来都可以发送信息。

我们在这里使用的是一艘以接近光速飞行的宇宙飞船和浦岛效应，它也被用于利用虫洞进行时间旅行。首先，一艘航天器以接近光速的速度从地球发射。然后，在地球上经过一定时间后，信息会使用快子从地球发送到航天器。超光速粒子以超光速飞行，迅速追上航天器并转发其信息。此时，飞船内部的时间明显落后于发送信息的地球时间，因此，例如，如果按照地球时间，在2050年发送信息，那么按照飞船时间，该信息将在2050年之前到达。

此时，从飞船的角度来看，地球似乎正在以接近光速的速度远离。换句话说，从宇宙飞船的角度来看，时间在地球上移动得更慢。如果刚刚到达的信息通过快子从飞船传回地球，那么这些信息到达地球的时间会比飞船内部的时间还要早，即信息发送时的2050年之前。

这可能看起来有点令人困惑，但如上所述，时间流逝的方式根据观看者的位置而变化（它是相对的），因此理论上不存在矛盾。

如果这种快子通信成为现实，那么就有可能告诉过去的自己在抽奖中的中奖号码，或者建议事故发生前的自己要小心。

[图 4] 通过使用假设以超光速移动的粒子快子，以及时间进展方式根据观看者的位置（相对）变化的事实，有可能将信息发送到过去

时间悖论与时间顺序保护理论

顺便说一句，如果时间机器、时间旅行或与过去的交流成为现实，就会发生可怕的事情。

在 1985 年的电影《回到未来》中，主角马蒂穿越回 30 年前，中断了父亲和母亲见面的机会。如果两者不团结，马蒂就不会出生，因此他面临着自身存在消失的危险。这个故事描述了为避免这种情况而进行的斗争。

【图5】电影《回到未来》中作为时间机器“DeLorean”出现的“DMC-12”
Grzegorz Czapski / Shutterstockcom

这样一来，如果时间机器成为现实，而有人回到过去并改变过去，使自己永远不会出生，那么那个叫我的人将不再存在，因此，将不再可能使用时间机器改变过去。然而，如果过去没有被改变，他就会出生，并且可以通过时光机穿越到他出生之前的时间……故事就这样周而复始。或者，在上述如何使用快子通信的示例中，过去和现在之间出现了矛盾，例如当一个人过去的自己中了彩票并致富时，或者避免了一场假定的事故。

事实上，如果发生导致过去和现在之间矛盾的时间悖论，我们和世界将会发生什么，有各种假设。

例如，“多世界解释”的思想认为，当你回到过去并改变你的出生时，就会创建一个“过去未被改变的宇宙”和一个“过去已被改变的宇宙”（平行宇宙）。因此，他说，因为他出生在一个“过去未被改变的宇宙”，所以他不会消失，但另一方面，一个“过去被改变的宇宙”将会诞生，而一个他不存在的世界将会继续存在。

另一个假设是，这个世界上有一种力量试图严格遵守因果法则，即因果之间存在一定关系的原则，即使你试图改变过去，也会有某种干扰，无论你如何尝试，都无法改变过去。此外，有一种理论认为，由于改变了过去，改变的过去就成为真理，这意味着你最终会在不改变过去的情况下存在。换句话说，它是一种假设，其前提是一切事物，包括人类应该由自己的意志决定的事物，例如“让我们回到过去”或“让我们改变过去”，都受因果法则支配，而人类的自由意志只不过是一种幻觉。

其中，著名理论物理学家史蒂芬·霍金（1942-2018）是坚决主张“时间旅行是不可能的”的人。1990年，他提出了一种名为“年代学保护猜想”的假说，并提出即使可以假设有一台符合相对论的时间机器，就像索恩的研究一样，因果律也成立受到“量子理论”的保护，它与相对论一起构成了现代物理学的基础。现实中，由于量子引力的不稳定性，虫洞是无法穿过的，需要无穷大的能量来维持它们，这意味着这是不可能的。

他还用“量子理论必须扮演时间巡逻者的角色”的类比来解释这一假设。

[图6]时间悖论：如果时光机成为现实，我们乘坐它回到我们出生之前的时间并改变过去，我们会发生什么？

时间机器已经存在！？

到目前为止，我们已经研究了极不可能实现的时间机器，但最后，我想向您介绍已经存在的时间机器。

在上述浦岛效应中，我们使用了以接近光速飞行的宇宙飞船，但实际上知道即使速度没有那么快，浦岛效应也可能发生。

例如，如果您将极其精确的时钟放置在地面和人造卫星上，并比较时间的流逝情况，您实际上可以看到，以每秒几公里的速度绕地球运行的卫星上的时钟比地面上的时钟运行得更慢。顺便说一句，智能手机中常见的GPS（全球定位系统）通过从卫星传输准确的时间来进行定位和导航，但这种时滞是一个大问题，因此GPS卫星上的时钟被校正为每秒减慢445十亿分之一秒，以完美匹配地球上的时钟。

时间相关性存在于所有事物之间，而不仅仅是卫星之间。例如，静止不动的人与飞机、子弹头列车或汽车之间的时间流逝方式存在差异，尽管这种差异很小以至于我们没有注意到。

[图7]通过在地面和人造卫星上放置极其精确的时钟，并比较时间流逝的方式，我们发现以每秒几公里的速度绕地球运行的卫星上的时钟比地面上的时钟运行得更慢。
©Pixabay

借助浦岛效应，你只能进入未来，甚至是现代科学力量无人能注意到的遥远未来，但也有时光机器可以看到过去。

如第 2 部分所述，光速是有限的。因此，来自遥远天体的光到达地球需要时间，具体取决于其距离。例如，在我们头顶闪耀的太阳大约八分钟前到达地球，大约642年前到达猎户座的参宿四，大约250万年前到达仙女座星系。换句话说，当你通过天文望远镜观察遥远的宇宙时，你看到的是远古宇宙。

也许我们不仅是观看者，也是被观看者。这个宇宙中有无数的恒星，也有无数的行星围绕着它们运行。距离地球短短几十光年的范围内存在着许多恒星，迄今为止的观测已经发现了几颗可能与地球相似的行星。

如果某个星球上存在类似地球或更先进的文明，他们也许能够使用望远镜来窥视我们过去的活动。

从某种意义上来说，汲取过去的教训并创造更美好的未来也是一台时间机器，而且也许是使用它的最佳方式。

[图8]用望远镜观察遥远的宇宙可能实际上是一台时间机器。
©NASA/JPL-加州理工学院

作家

鸟岛慎也（鸟岛慎也）

太空发展评论家。太空作家俱乐部成员。

他对国内外太空发展进行研究，并撰写新闻文章和散文。报纸、电视、广播中也有很多评论。他的主要著作包括《Elon Musk》（合着，由 Yosensha 出版），他还为期刊和其他出版物撰写文章。

网站：http://kosmogradinfo/

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