穿越時空是否真的能變為現實？

出品：科普

製作：張嘉璐

監製：科學院計算機網路信息中心

穿越時空一直是人們夢寐以求的夢想，在眾多科幻小說、影視作品中穿越總是一種必不可少的因素。那麼到底可不可以穿越時空呢？科學家給出了許多不同的解釋。

首先，我們要了解一些什麼叫「穿越」。「穿越」在物理學上有一個很形象的名字——時空旅行，或者叫時間旅行，它泛指人或物體進行空間和時間的變化。這裡就不得不再提一點：我們的現實世界是三維的，但根據愛因斯坦的相對論觀點來解釋，我們就可以把時間看做是第四維度，這樣就把時間和空間變成了相當於坐標系下兩個不可分割的整體，類似於坐標系中長寬高的關係。而時空旅行則是要通過改變時間（尤為重要）和空間來進行「旅行」的，也就是說，我們要跳進第四維度中，然後在跳出來，完成「穿越」。

接下來我們就要進入我們的關鍵部分，如何才能「跳」出我們的三維空間？現在大部分人的觀點是要進行時空旅行，我們必須要通過蟲洞。蟲洞類似於穿過兩座山的山體隧道或者是漏斗中間的細頸部分，但它的定義、發現甚至建造都是一項繁重而艱巨的任務，而不是簡單的一條通道。

蟲洞也可以叫時空洞或愛因斯坦-羅森橋，它最早由奧地利物理學家路德維希·弗萊在1916年提出。而1930年愛因斯坦及納森·羅森在研究引力方程時，認為透過蟲洞可以做瞬時時空轉移或時間旅行。

蟲洞的自然產生機制有兩種:一、由於黑洞強大的引力能；二、是由於克爾黑洞的快速旋轉將時空撕出一些「小口子」。上面兩種機制可以理解為，現在我們要破開一張白紙，要麼這個物體足夠重可以把白紙撐破，要麼它有很大的速度可以把白紙撕開。所以一些影視劇中關於主角穿越時必定是由於大量能量湧入一個地方，破開和宇宙這張白紙。

當然隨著研究的深入，我們發現蟲洞還具有超強的引力場，它會把一切物體撕裂為基本粒子，而在宇宙中，理論上有很多蟲洞但很少有直徑超過10萬公里的，但是這個寬度恰恰是太空飛船安全航行的最低要求。對於這些問題，一些科學家也給出相應的一些對策，比如用負能量去加固和穩定細小的蟲洞，在此基礎上我們再進行擴大以便使太空飛船通過。不過按照科學家的構想，我們維持一個蟲洞的持續開放需要大量的負能量，但根據量子力學的觀點，大量的能量堆積會摧毀蟲洞，所以我們要在蟲洞關閉之前完成時空旅行。時空旅行仍不是一件容易的事情！

關於蟲洞是如何讓時間和空間改變來完成時空旅行的，我們可以分為三個部分來描述：

一、時間的改變。我們可以把現在我們所處的宇宙看成為一個平行宇宙，類似於一張白紙。而其他平行宇宙與我們現在所在的平行宇宙平行並且由時間軸串起來，可以簡單理解為一沓白紙（張數無限）橫放，我們的蟲洞就是豎在一沓白紙之間的通道。通過蟲洞我可以來到任意頁白紙中。不過這樣對於平行宇宙的解釋可能較為淺顯，平行宇宙可以理解為時間上的平行或者空間上的平行，這裡只考慮時間上的，而且時間上的平行宇宙也不會只沿這一條線走，在現實中我們如果故意打碎一個杯子，那麼打碎杯子和沒有打碎杯子的時空也可以看做互為平行宇宙，那麼我們也可以把平行宇宙理解為可能性。

二、空間上的改變。對於宇宙我們還是可以把它看為一張白紙對摺，就會出現和平行宇宙一樣的效果，根據宇宙三公理宇宙具有無限延展的特性，所以摺疊次數是無限方式也可以是無限種。那麼蟲洞仍像一條豎在宇宙摺疊處，那麼我們就可以到達宇宙的各個角落。

三、空間和時間的改變。這種方式其實包含在前兩種之中，它包括平行宇宙的互相平行和本宇宙的自我摺疊，所以產生了時空的改變。

黑洞是現代廣義相對論中，宇宙內存在的一種密度無限大體積無限小的天體，它一度被認為是產生自然蟲洞的根源。1916年，德國天文學家卡爾·石瓦西通過計算，得到愛因斯坦引力方程的一個真空解，這個解表明，如果將大量物質集中於空間一點，那麼就會在質點周圍存在一個界面—「視界」。一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。黑洞的產生好像一個氣球，不停的膨脹，當達到極限時，「碰！」的一聲爆炸了，剩餘的東西會迅速收縮。

對於黑洞的巨大引力我們也可以這樣理解，它類似於平面的一個凹點，周圍進入凹點附近的物質都會不由自主地滑到凹點底部。1974年霍金預言黑洞也不是完全意義上的「只進不出」，根據廣義相對論和量子理論的結合提出了「霍金輻射」。這也說明了大自然遠比我們想像中的要複雜的多，人們還是有很多工作需要做。

黑洞根據本身的物理性質可分為五類：1、不旋轉不帶電荷的黑洞，稱史瓦西黑洞。2、不旋轉帶電荷黑洞，稱R-N黑洞。3、旋轉不帶電荷黑洞，稱克爾黑洞。4、一般黑洞，稱克爾-紐曼黑洞。5、雙星黑洞。人們發現的大部分黑洞質量僅為太陽的幾倍，但也有少數的黑洞是太陽的幾千甚至幾億倍，如在英仙座星系的小型星系NGC1277中心內部的黑洞質量竟達到太陽質量的400億倍。

廣義相對論還預言了一種性質與黑洞正好相反的特殊天體——白洞。但現在它還僅僅是一個模型尚未被觀測證實，它是宇宙的噴射源，可以向外界提供物質和能量。白洞來源可能由於宇宙大爆炸，由於大爆炸的不均衡性，一些奇點已經延遲了10000000000年，當他們開始爆炸時就產生了白洞。還有一種來源是由於黑洞的反演，形成類似於黑洞到蟲洞在到白洞的時空穿梭理論體系，這個體系可以形象解釋時空旅行的具體途徑。物體先被拉入黑洞，然後經過蟲洞穿梭於第四維度，最後由白洞吐出。這種時空穿梭途徑很像穿過一個巨大的漏斗。而白洞、黑洞的相對位置決定了時空穿梭的方式。若干年之後我們再進行時空旅行就可以像做電梯一樣方便，穿越時空將變得觸手可及！

對於浩瀚的宇宙來說我們的認知還是太少了，相信通過一代又一代人的努力，穿越時空不再是科幻的情節，它將真實應用於我們的生活。

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