时空旅行什么原理（时空旅行有可能吗）

时空旅人存在吗?霍金的未来派对

回到过去不只是科幻迷的梦想，每个人或多或少，都有一两件想要改变或挽回的事。可惜的是，我们在空间中可以自由移动，甚至走到马路对面再走回来，回到起点。（当然，也有人走个斑马线就到了异世界）然而在时间轴上，我们却不断地向前进，不能倒头。这是为什么呢?

物理大师史蒂芬.霍金，对时间的研究可说是不遗余力，他也透过著名的《时间简史》、《大设计》等著作，向我们阐述宇宙与时空的奥妙。霍金是位时空旅行的梦想家，为了验证世界上是否真的有时空旅人，他甚至曾经做了一个有趣的实验。

2009 年 6 月 28 日中午 12 点，霍金认真地在剑桥大学举办一场盛大派对，桌上摆了美食与香槟，一旁的柱子上还绑了三色气球。霍金仔细地准备好公开邀请函，上面写着“诚挚地邀请您参加时空旅行者派对”，附上时间、地点甚至是准确的经纬度，希望时空旅人没有迷路的借口。

邀请函对外公开时间是派对结束“之后”，他确保这个讯息可以流传数百年，并希望有时空旅人能看到邀请函，回到过去参加这个派对。可惜的是，无人响应、无人到场。霍金认为这证明了他的推论——时间旅人不存在。当然，如果当时有时空旅人跳出来打脸他，他也会感到非常开心。还是你认为，这只是因为时空管理局下明令，禁止未来人透露各种讯息给过去的人类，对于结果其实不需要感到意外呢?

为何我们不能让时间倒转?霍金的三支箭矢

在研究时空旅行之前，我们先来了解，为什么我们总无法倒转时间。

对于时间的流向，霍金提出了“三支箭矢”的构想，这不是安倍晋三的经济学箭矢，而是时间箭矢。这三支时间箭矢，分别为心理学箭矢、热力学箭矢、和宇宙箭矢。

心理学箭矢，就是我们生物感受到时间的流向。热力学箭矢，则是热力学中“熵”越来越大的方向，也是世上一切现象运行的方向。

所谓“熵”，是我们用来评估一个状态的混乱程度的物理量。熵越大越混乱;例如，脏乱房间的熵比整齐的房间还大、摔成碎片的杯子熵比完整的时候还要大。根据热力学第二定律，世间一切现象都会朝着熵变大的方向发展：杯子一定会摔碎、里面的水一定会洒满一地。但是，我不是可以把脏乱的房间整理整齐吗?没错，但热力学告诉你，在你整理房间的时候，你可能为世界增加了 20 点的秩序量，但你身体因为运动放出的热能，可能会为整个宇宙增加 100 点的混乱量，整体的熵还是增加的。

热力学告诉你，在你整理房间的时候，你可能为世界增加了 20 点的秩序量，但你身体因为运动放出的热能，可能会为整个宇宙增加 100 点的混乱量，整体的熵还是增加的。图/envatoelements

至于最后一根箭，宇宙箭矢，则是宇宙膨胀的方向。宇宙在膨胀过程中，粒子会越加分散，熵也会持续增加，因此宇宙箭矢会与热力学箭矢同方向。

回到体感时间，既然热力学箭矢代表世界运行的方向，如果热力学箭矢与心理学箭矢的方向相同，那我们就会看到杯子掉到地上摔破、水洒出来。但如果反过来，热力学箭矢跟心理学箭矢反向飞行，那我们就能看到天能中的逆熵，我们会看到杯子从碎片修复、回到桌上，水也跟着回到杯子之中。

既然如此，那我们要怎么让这两支箭矢反向飞行呢?遗憾的是，因为我们的这具肉身限制，要感受环境、需要外界讯号刺激，并且转为神经讯号到大脑;要思考，神经细胞必须透过呼吸作用，取得能量来持续运作。我们的一举一动，建立在生物与化学反应上，也因此必须遵守热力学第二定律。如果不遵守，我们甚至无法获得能量，生命根本无法维持。这种现象也被称为“弱人择原理”。

为何心理学箭矢和热力学箭矢必须同向?因为不同向，我们就无法存在，也就无法思考这个问题。

超光速可以连接过去?

在 DC 宇宙的影视作品中，能穿越时间的闪电侠肯定是经典代表。在 DC 宇宙，透过神速力的加持，闪电侠可以突破光速，回到过去。这会发生什么事情呢?

根据相对论，在速度接近光速时，时间会变为相对，对于不同速度的观察者来说，也会产生歧异。举例来说，如果闪电侠在路上与粉丝打招呼，却被蝙蝠侠催着去开会。无奈的他，只好与粉丝说掰掰，接着以超光速前往蝙蝠侠基地，准时赶上会议。如果粉丝这时候用望远镜看着这一切，他们会看到，闪电侠先跟自己说了掰掰，接着才赶上远处的会议，而且以距离计算，闪电侠肯定超越了光速。

粉丝的时空视角：闪电侠先跟自己说了掰掰，接着才赶上远处的会议。图/Pansci

然而神奇的事来了，如果此时蝙蝠侠等得不耐烦，突然想回高谭市与小丑叙叙旧，他拿出了从没有任何人知道的特制蝙蝠车，一台可以以接近光速移动的蝙蝠车，从基地离开。就在这个时候，从他的角度观察闪电侠，他会发现，闪电侠先到达了会议室，接着才发生远处闪电侠与粉丝说掰掰的场面。蝙蝠侠和粉丝们看到的情景大不相同，不同观察者的时间产生歧异了。

蝙蝠侠的时空视角：闪电侠先到达了会议室，接着才发生远处闪电侠与粉丝说掰掰的场面。图/Pansci

甚至对于获得高速移动能力的蝙蝠侠来说，如果他的蝙蝠车也能以超光速移动而且速度够快，他甚至能在闪电侠到达会议室前，就先跑去正在与粉丝说掰掰的闪电侠旁边，告诉他开会的会议结论，你不用再跑一趟了。

看来透过超光速回到过去，还真的是有可能的。但别忘了相对论施加的限制，要将物体越加速到接近光速，所需要的能量就越大。如果要将有质量的物体加速到等于光速，就需要无限大的能量。或许闪电侠的神速力确实能办到，当然这也就代表，闪电侠或许是DC宇宙中无敌的存在了。

显然，没有神速力，也不是超级英雄的我们，把自身加速到超光速来时间旅行，显然不是一个好选项。但如果我们能扭曲时空、建立捷径，达成超光速呢?

就算两地相隔数公里，如果我们能将时空对折，并在中间打一个洞，创造出一个任意门，只要跨过一步就能跨越原本要走上半天的路程，不就超光速了吗?事实上，不能超光速移动的我们，跨越时空的“虫洞”，很有可能就是我们最后的选项。

虫洞有办法被制造吗?

虫洞的概念不只是存在于科幻小说的情节，1935 年，爱因斯坦与罗森发表一篇论文，指出根据广义相对论的计算，在某些条件下，宇宙中可能出现连接不同时空区域的“蛀孔”，称为爱因斯坦——罗森桥，也就是我们说的“虫洞”。

虫洞在地面可能的样子。图/wikipedia

正常来说，宇宙中的能量或有质量的物质，会在宇宙中产生如同球面的正时空曲率，产生引力。如果想要产生负时空曲率，将时空向内凹陷，创造出虫洞，我们就需要创造出负能量或具有负质量的物质。

那么要怎么做出负能量或负质量的物质呢?

接下来我们进入到脑洞大开的环节：还记得我们在量子系列第五集，介绍薛丁格的猫时提到的不确定性原理吗?根据这个理论我们可以预测，就算在空无一物的“真空”中，其实非常热闹。在真空中，会不断出现正粒子与反粒子组成的虚粒子对，他们一起出现，又重新碰撞、互相湮灭，这个过程被称为量子涨落。虽然两种粒子会互相湮灭，但不论正、反粒子都是拥有正能量与正质量，在量子涨落的过程中，为了维持整体的能量稳定，某些地方出现正能量密度，某些地方就会出现负能量密度。以此架构延伸，我们便能在真空中设计两块金属板，能透过卡西米尔效应，在两块金属板中，创造出负能量的区域。而这个卡西米尔效应，也在 1996 年在实验中被实际观测到。

卡西米尔效应示意图。图/wikipedia

透过虫洞时间旅行有可能吗?

那么通过虫洞时间旅行是可能的吗?根据后来的计算，爱因斯坦——罗森桥，也就是虫洞的存在时间非常短，会在太空船通过之前，就塌缩成奇异点。而虫洞的通道大小，也不足以让任何粒子大小的物体穿过。

但霍金没有将可能性说死，或许将来，会有技术可以撑开并维持虫洞的存在，足以让人类穿梭而行。或许时空旅行，将成为现实。除此之外，超弦理论也有一些说法证实虫洞可能存在，但目前弦理论都还仅止在数学计算，还未能应用在实际现象中。

但你说，霍金不是已经透过时间旅人派对证实，没有时空旅人了吗?霍金解释，根据时间悖论问题，我们看不到时空旅人，是非常正常的。至于为何无法修改过去，产生时间悖论，有可能是当过去已被“测量”，那宇宙就不能再被更改，又或是真的有某种有形或无形的时空管理局，在维持这个世界的安全呢?