時間旅行可能實現嗎?肯定的!前提是你質量得無限大

北京時間12月19日消息，據國外媒體報導，無論是對物理學家還是普通人而言，時間旅行都具有同樣大的吸引力。但時間旅行真的有可能實現嗎？答案是肯定的。我們現在就在進行時間旅行嘛，只不過速度慢了點而已，一次只向前行進一秒鐘。

BBC電視連續劇《神秘博士》中，神秘博士用一臺名叫「TARDIS」的時間機器進行時間旅行。

但你想像的時間旅行肯定不是這樣。那麼，我們能否向未來更進一步呢？當然可以。如果我們的運動速度接近光速，或者位於黑洞附近，時間就會大大放慢，使我們大步邁向未來。但真正有意思的問題是，我們能否回到過去呢？

據麻薩諸塞大學達特茅斯分校物理教授高拉夫·卡納（Gaurav Khanna）表示，他7歲時，從著名天文學家卡爾·薩根（Carl Sagan）的電視節目《宇宙》中第一次了解到時間旅行這一概念。那時他就決定，總有一天要對這一極具創造性的偉大理念背後的理論進行深入挖掘——愛因斯坦的廣義相對論。20年後，他成功拿到了該領域的博士學位，此後一直在積極開展研究活動。

封閉類時曲線

愛因斯坦的廣義相對論提出，時間可以被高度摺疊、甚至對摺，形成一個時間迴路。想像一下，假如你沿著這個迴路前進，到了某個時刻，你必定會回到過去，把這些從頭再經歷一次。這有點像所謂的「既視感」，只不過你自己意識不到而已。這種構造在研究文獻中常被稱作「封閉類時曲線」（closed time-like curves），簡稱CTCs，還有一種比較受歡迎的叫法是「時間機器」。時間機器是超光速旅行設想的副產物，對它的了解可幫助我們更好地認識宇宙的運作原理。

圖為時間迴路示意圖。綠色箭頭代表從蟲洞走的捷徑，紅色箭頭代表從正常空間走的路線。由於走綠色箭頭的時間大大短於紅色箭頭，蟲洞可以幫我們實現時間旅行。

過去幾十年來，基普·索恩（Kip Thorne）和霍金等知名物理學家都針對時間機器相關的模型開展了重要研究。而這些研究的大體結論為：自然界不允許時間迴路的存在。霍金的「時序保護猜想」理論對這一點做了很好的解釋：自然界不允許過去的歷史發生改變，因此時間旅行引發的種種悖論也就不會發生。

在這些由時間旅行引發的悖論中，最著名的大概就是所謂的「祖父悖論」。該悖論是指，假如一名時間旅行者回到過去、謀殺了自己的祖父，這就會改變歷史進程，並產生一種矛盾的情況：這名旅行者根本不會出生，因此世上不可能存在這個人。很多電影與小說情節都以時間旅行產生的悖論為基礎，比如《回到未來》、《土撥鼠之日》等等。

奇異物質

取決於具體細節，各種物理現象可能會對封閉類時曲線造成幹擾，使其無法在物理系中形成。時間迴路要想存在，必須要有一種特定的「奇異物質」才行。簡單來說，這裡的「奇異物質」是指質量為負的物質。但問題在於，我們尚未證實自然界中存在負質量。

不過，麻薩諸塞大學達特茅斯分校博士生卡洛琳·馬拉利（Caroline Mallary）在期刊《經典與量子引力》上發表了一種新型時間機器模型。這套模型不需要任何負質量奇異物質，而且設計非常簡單。馬拉利的模型由兩臺超長的車構成，車子由質量為正的普通物質打造，呈平行位置停放。其中一輛汽車迅速向前行進，而另一輛車則停在原處不動。這樣一來，兩輛汽車之間的空間就會產生一個時間迴路。

可以在自家後院打造這套裝置嗎？

這套模型看似簡單，但也有「陷阱」——每輛車的中心密度必須為無窮大。這就意味著它們能夠以無窮大的密度、溫度與壓力攜帶物體（也就是奇點）。此外與黑洞內部的奇點不同的是，黑洞中的奇點無法從外部觸及，而馬拉利模型中的奇點則完全暴露在外，可被我們觀測到，因此會產生切實的物理效果。

不過，物理學家並不指望自然界中存在如此特別的物體。因此，我們在短期內仍不會打造出時間機器。不過這項工作顯示，就「自然界為何不允許封閉類時曲線存在」這一問題而言，物理學家也許還要改進自己的理解。