我们能造出时光机吗

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1、我们能造出时光机吗？在现实世界中，我们是否需要对时间旅行感到担心呢？理论学家就这一问题进行了长达几十年的辩论，但是最近我提出了一种基于热力学第二定律的观点，我认为时光机是不可能造出来的。  正在热映的《X战警：逆转未来》中，为了挽救变种人，金刚狼回到过去改变了历史 　　我们都看过那些有关回到过去，尝试改变历史的电影(不过这会导致一个经典的“祖父悖论”)有时，这种尝试会创造出一条新的时间线，这条时间线上的一切都与之前不同，而只有时间旅行者自己知道之前曾发生过什么。而在更在脆弱的宇宙中，祖父悖论可能足以摧毁整个时空连续体，除非旅行者将一切都归复原

2、位。不过我个人最喜欢那种用一条单一的时间线就能把所有事情交代得合情合理的作者。　　在现实世界中，我们是否需要对时间旅行感到担心呢？假设某人试图在实验室中建造一台时光机。是否有一些自然定律可以阻止他们这么做？理论学家就这一问题进行了长达几十年的辩论，但是最近我提出了一种基于热力学第二定律的观点，我认为时光机是不可能造出来的。　　广义相对论：你可以造一台时光机，只要你有负能量　　近代物理学并没有明确指出你无法建造一台时光机。这背后的理论支持是广义相对论。爱因斯坦的理论认为，质量可以造成空间和时间的扭曲。例如，在地球表面附近，时间的流速会变慢，比外

3、太空要慢大约十亿分之一(这也是物体总会往下掉落的真正原因)。十亿分之一并不算多，换句话说，地球的引力场非常弱。但是中子星和其他大质量天体的引力场则不然，它们要强大得多。一个极端的例子就是黑洞，它的引力场强大到连光也无法从中逃逸。如果光过于靠近黑洞，掉入了黑洞的事件视界，那么它将再也无法回头。　　那么，一个可以扭曲时间的强大引力场，有没有可能让你的太空飞船按照某种特定轨迹飞行然后与过去的你相遇呢?物理学家把这种情况叫作封闭类时曲线(closedtimelikecurve，CTC)。这条“曲线”是一条穿越时空的轨迹。“类时”的意思是这条曲线速度不

4、会超过光速，所以物体(比如太空飞船)在原则上可以沿着这条曲线运动。而“封闭”的意思是这条曲线的终点与起点是重合的。　　建造时光机的一种方法是寻找或者建立一个可以通过的虫洞。“虫洞”(在很多科幻电影中都有这种设定)是连接空间中距离很远的两点的一个通道。虫洞有两个端点(你可以把这个端点粗略地想成圆形)，连接这两个端点的通道被称为“喉(throat)”。“可以通过”的意思是你可以驾驶飞船从虫洞的一端进入，穿过喉再从另一端飞出。这也是科幻小说中常见的情境。　　根据广义相对论，建立类似虫洞的数学模型是非常容易的。事实上，如果你把描述黑洞周围引力场的公式

5、外推到事件视界内，你会发现其实黑洞就是一个可以通向另一个宇宙的虫洞。难点在于维持这个虫洞张开，直到你可以顺利的通过它。在一般的黑洞中，虫洞喉会很快崩塌，你会坠入奇点然后死去。　　不过让我们假设你已经克服了这个问题，建立了一个连接宇宙中两点的可以通过的虫洞。接下来，你可以让虫洞的两端尽可能靠近。假设虫洞的一端位于地表，而另一端位于地球轨道上。宇航员利用这个虫洞往返于空间站和他家。记住一点，近地表的时间流速要慢一些。这意味着虫洞其中一个端点上时间的流速要比另一个端点快。这种时间差会逐渐积累。宇航员会发现，从地球出发前往太空所用的时间比从太空回地球

6、时用的时间要少一些。过大概一年之后，这里会出现了一个封闭类时曲线。最终，宇航员可以穿过虫洞，然后给过去的自己发一个无线电信号。宇航员可以在早上9：00时离开地球，然后在早上8：59时到达空间站。之后，她可以给地球上发一个信号，告诉自己今天不用来工作了。这就造成了类似祖父悖论的困境。　　不过除了祖父悖论外，广义相对论中还有一个定理认为，虫洞是永远不可能允许物体通过的，除非你可以用负能量来维持虫洞开启。这个说法的原因在于，想象一下以不同的角度向虫洞的一个端点内射入一道光线。一开始光线是汇聚的，但是当光线从虫洞的另一个端点射出时，它们就变成了发散的

7、。这意味着虫洞内部的引力场会使光线散焦。但是通常，具有正能量的物质产生的引力场会使光线汇聚。为了防止虫洞崩塌，你需要有负能量的反引力物质。这听起来很奇怪，因为普通的物体都具有正质量，因此根据质能方程(E=MC^2)，它们也具有正能量。　　量子力学：你可以有负能量　　根据史蒂芬霍金的理论，如果你所在的时空在起始时不存在时光机，那么你永远不可能建造一台时光机，除非你有负能量。看起来谜题似乎解决了。既然自然觉得所有物质都具有正能量，时光机就不可能被造出来了。这个看似完美的解释只有一个小问题，就是它的前提条件是错的。　　除了广义相对论，我们解释宇宙的

8、另一个得力理论就是量子力学。而如果你知道一些量子力学的知识，例如电磁场相关的，你就会明白你可以制造出负能量。一个经典的例子是卡西米尔效应(Casimireffect