穿越时空是痴人说梦吗？来看看爱因斯坦怎么说

一直以来，「穿越时空」都被大众认为只是出现在科幻电影、小说里的痴人说梦，然而直到 1905 年爱因斯坦发表了著名的狭义相对论打破了这一直观的认知。一百多年来，相对论时空观经过一代代科学巨匠的研究和发展，提出了各种穿越时空的解决方案，今天，波普科学就带大家来一场时间旅行，享受人类最高级的科学盛宴，看完这期内容，将颠覆你的认知。
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时空=时间+空间

「穿越时空」顾名思义就是穿越时间和穿越空间。穿越空间很好理解，上山下海，游荡四方，我们想怎么去就怎么去，不受任何束缚。
但是「穿越时间」就似乎是天方夜谭了，在人们的认知里，时间就如同一条永不枯竭的河流，一直静静地向前流淌着，不受任何因素的影响。
此时，一个人出现了，他，就是艾尔伯特·爱因斯坦。
爱因斯坦用他的理论颠覆了人们对时间的认知，这个著名的理论就是「狭义相对论」。
在「狭义相对论」中，创造性地将空间与时间结合在一起，时间会随着速度的快慢而发生变化。例如，太空中有一辆极高速运动的飞船，对地球上的人而言，尽管地球已经经历了很长的岁月，但对飞船上的人来说，只过了很短的时间。
简单来说，速度越快，时间过得越慢。这就是所谓的「时间膨胀效应」。
在「狭义相对论里」时间不再是一条平静的河流，而是时而宁静时而汹涌的大海。
通往未来

细心的你或许已经发现了通往未来的方案了，只要你架着一艘高速运行的飞船，以光速的99.99%的速度离开地球一年，一年后又以同样的速度飞回地球，那么，在你看来，你只是飞出去玩了两年而已，但地球已经过了1400年！
这就是去往未来的方案，通过接近光速的高速运动，使得自己所处的时间慢下来，而原来的地方时间照常运行，然后你在回到原来的地方，这样就实现通往未来。
光速便是通往未来的钥匙。
现在的你已经实现了如何去往未来，那么怎么回到过去呢？
当你手里拽着未来的大乐透号码要回到过去却干着急的时候，那个男人，爱因斯坦，他又出现了。
回到过去

在「狭义相对论」提出的10年后，爱因斯坦又提出了「广义相对论」，在这个理论里，时空就像是流体一样，我们可以随意拖拽时空，甚至改变时间的方向。
试想一下，时间是一条一直往前的直线，但是如果我们把这条直线的头尾相接，形成一个闭环，在这个闭环上，当你架着飞船正常旅行一段时间后，又回到了你刚出发时的时间和地点，看到整装待发的你自己。这样的闭环，在「广义相对论中」被称为“类时闭合曲线”，在这样的闭环里你就可以回到过去，它有一个通俗一点的名字就叫「时间机器」。
你或许会问，时间还能这么玩？会不会只是爱因斯坦的无稽之谈？
如果我告诉你，爱因斯坦的「广义相对论」，这个伟大的理论空前地预言了黑洞，引力透镜，引力波等物理现象，并被后世一一证实。这个天才性的理论也使得爱因斯坦奠定了20世纪最伟大物理学家的地位。
怎么样，是不是手里未来的大乐透号码拽的更紧了？
有很多科学家根据这个理论推测出了很多回到过去的方法，其中最著名的就是「虫洞」了。在这之前我们先说说「黑洞」。
黑洞

1915年，爱因斯坦发表广义相对论期间，一个正在前线打仗的天文学家炮兵上尉史瓦西，在染上恶疾的艰苦环境下，解出了爱因斯坦引力场方程第一个精确解，并且寄给了爱因斯坦。爱因斯坦对史瓦西的结果极为赞赏，在他的解析中，一个大质量的天体如果被压缩成一个半径非常小的天体，这个天体可以吞噬一切，只要经过它附近，就没有任何物质可以逃脱其引力影响，包括光。这就是「黑洞」的概念。
但可惜的是，仅仅几个月后，史瓦西就被病魔夺去了生命。然而他的成就却永远标榜史册。
如果你现在就要进去「黑洞」里面穿越时空，别急，还早着呢。
黑洞里还有一个叫做「奇点」的东西。所谓「奇点」就是黑洞中央一个无限密集，引力无限大的点，任何进入黑洞的物体都会被奇点的引力撕裂成基本粒子。你可不要把一场时间旅行变成 了基本粒子之旅。
那么是不是完全没有办法了呢？
并不是！
那个男人，爱因斯坦，再次出现了，这次他完美地打了一次辅助。
虫洞

科学家弗拉姆随后在史瓦西的基础上推导出了「虫洞」的概念，爱因斯坦和其助手罗森完善了这一概念。
科学家们还预言了一种叫「白洞」的天体，「黑洞」是吞噬一切物质的天体，「白洞」的性质跟「黑洞」相反，是把从「黑洞」吸收进去的物质喷射出去。而「虫洞」就是这两者之间的时空桥梁。它是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道，透过虫洞，可以实现瞬时的空间转移或者时间旅行。你现在所看到的就是虫洞的一个经典模型。
在电影《星际穿越》中，主角描述了构造虫洞的概念。在二维纸面的一点要想走到另外一点，最近的方式不是直线距离，而是将纸弯曲对折，使得两点靠近，再打通一个通道将两点接通。这个纸面就如同空间，而通道就是虫洞。
各种虫洞

但是虫洞就不会产生像「黑洞」那样的「奇点」了吗？
显然不是，著名物理学家霍金提出，任何试图在有限时空区域内建造时间机器，都会产生「奇点」。这无疑是个令人沮丧的结果。
此外，要想把虫洞作为时间机器，必须保持长时间的打开，不能飞船还没穿越 入口就关闭了。但是从理论上，虫洞内的空间被扭曲得极不自然，以至于无法保持畅通，即使能开通，也只是一瞬间。这使得可穿越虫洞的理论遭到巨大的挑战。
要想解决霍金提出的问题，就得引入一种奇异物质，它必须具备「负能量」。所幸，归功于量子理论的发展，这种「负能量」物质确实存在并被实验所证实。1948年，荷兰物理学家卡西米尔在实验中发现了负能量物质，这种「负能量」即可避免产生「奇点」又可以支撑虫洞使其不会瞬间关闭。因此这种虫洞也称作「负能量物质虫洞」。
「负能量物质虫洞」并不是唯一的方案。
著名科学家霍金认为，虫洞其实无处不在。他可能存在于微观世界里。或许有一天人类能捕捉到一个，并将其放大几万亿倍使其供我们时间旅行。这就是「霍金虫洞」
此外还有科学家麦可思提出的「磁力虫洞」。
一百多年来，科学家们孜孜不倦地探索时间旅行的可能性，但也不禁发人深思：假如时间旅行是可能的，为什么我们周围并没有充斥着时间旅行者呢？2009年6月28日，霍金就举办了一次“时间旅行者宴会”，邀请时间旅行者参加，有意思的是，霍金在派对结束时才寄出请帖。毋庸置疑，没有一个时间旅行者赴宴。最有可能的原因是，时间旅行在整个时间长河中，也就是永远，都没有实现过。
当然，这并不是对时间旅行可能性无懈可击的反驳，目前我们的时间旅行理论中，有一个共同的特点就是不允许旅行者回到时间机器存在之前的年代。如果是这样，就意味着我们现在所过去的每一分一秒，都不会有时间旅行者到来。就像美国物理学家格林所说：“在时间机器建造成功前的每一个年代，都将成为我们以及我们的子孙后代永远无法触及的历史。”但是，科学的魅力就在于此，即使不可能也要一探究竟，一代代科学巨匠风起云涌，谱写着辉煌的人类科学史，这就是浩瀚宇宙微若尘埃的地球孕育的人类文明。
下期预告

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