1707613856
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611327]
1707613857
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 七、结语——遥远的天梯
1707613858
1707613859
在我们即将结束对虫洞的讨论时[6]，我想起了远古神话中关于“天梯”（ladder to heaven）的一些传说。在远古的年代里，很多人幻想着天空中有一个圣洁而永恒的天堂，人的灵魂能在那里得到永生。虽然谁也不确定天堂离我们有多远，但有些人幻想着存在一些神秘的地方，人们可以从那里攀上天堂，那便是有关“天梯”的传说。古埃及的法老们曾经相信宏伟的金字塔可以成为他们的天梯；藏民们的一种传说，则认为天梯是神山上的一株巨树。从某种意义上讲，虫洞仿佛是一种现代版的“天梯”，一端连着古老而执着的梦想，一端连着遥远而璀璨的星空。
1707613860
1707613861
梦想与现实往往是有距离的，任凭虔诚的信徒们千百年不懈地期盼和寻觅，传说中的天梯终究没有被找到。人类对可穿越虫洞的研究才进行了短短十几个年头，下断语还为时过早。但从迄今所得的结果来看，利用虫洞进行星际旅行大致是介于“理论上不可能”和“实际上不可能”之间。在能够想象得到的将来，利用虫洞进行星际旅行很可能就像寻找遥远的天梯一样，只能是一个美丽却难圆的梦。
1707613862
1707613863
2002年9月26日写于纽约
1707613864
1707613865
2014年12月4日最新修订
1707613866
1707613867
[1]所谓“可穿越虫洞”，广义地讲，是指允许光信号穿越的虫洞；狭义地讲，则是指允许星际飞船穿越的虫洞。本文所讨论的是后一种。
1707613868
1707613869
[2]严格地讲，时间的非单向性（或闭合类时曲线的出现）并不一定导致因果律的破坏。有些物理学家试图通过引进所谓的“自洽性假设”（consistency conjecture）来协调时间的非单向性与因果律之间的矛盾。不过从目前的研究结果来看，这种“自洽性”的一种很有可能的体现方式就是物理规律自动阻止闭合类时曲线的出现。
1707613870
1707613871
[3]有人也许会问，如果“创造”虫洞是不可能的，那么所谓“已经存在”的虫洞从何而来呢？这是一个很有趣的问题，我们都知道能量守恒是物理学上的一个基本定律，也就是说物质是不能无中生有的，那么宇宙中的物质从何而来呢？这两个问题有相似之处，由于我们对于宇宙本身的由来还知之甚少，因此这些问题都还没有答案。我们把宇宙中“已经存在”虫洞作为这一节的出发点，不仅仅是把它作为一种可能性来看待，同时也是考虑到“创造”虫洞未必真的已被物理定律所严格排除。在这种情况下，假定存在虫洞（不论其来源），考虑如何将之改造并维持为可穿越虫洞是一个不无意义的问题。
1707613872
1707613873
[4]这里所说的质量是“惯性质量”（inertial mass），另外还有一类所谓的“引力质量”（gravitational mass）。在广义相对论中，这两类质量是相等的。另外在相对论中质量是能量的一种，因此本文对负质量和负能量不作区分。
1707613874
1707613875
[5]这里的半径是指周长除以2π。（请读者想一想为什么要作这个注释？）
1707613876
1707613877
[6]有关虫洞的深入分析，以及其他一些值得讨论的方面，比如虫洞与时间旅行之间的关系，量子辐射效应对虫洞的作用等，可参阅拙作《丛奇点到虫洞：广义相对论专题选讲》（清华大学出版社，2013年）。
1707613878
1707613879
1707613880
1707613881
1707613882
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611328]
1707613883
1707613884
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦
1707613885
1707613886
绘画：张京
1707613887
1707613888
1707613889
1707613890
1707613891
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 时间旅行：科学还是幻想？[1]
1707613892
1707613893
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611329]
1707613894
一、从《时间机器》讲起
1707613895
1707613896
众所周知，迄今为止人类在空间与时间上获得的自由度是很不相同的。我们可以沿空间方向作自由运动，却无法随意驾驭时间。时间就像一条漫漫长河，世间万物仿佛是河里的漂浮物，只能随波逐流。
1707613897
1707613898
现实的尽头往往就是幻想的起点。如果时间是一条长河，那么在这长河之中是否能有船只呢？漂浮物只能随波逐流，船只却可以劈波斩浪。如果时间长河中能有船只，我们就可以乘坐这种船只进行时间旅行，既可以窥视未来，也可以重返往昔，说不定还能改变历史。在科幻小说中，这种假想的船只被称为“时间机器”。
1707613899
1707613900
有关时间机器最早、最著名的小说是英国科幻作家威尔斯（H. G. Wells）的《时间机器》（The Time Machine），发表于1895年。不过，威尔斯并不是最早触及时间旅行这一题材的作家，在他之前已经有许多作家涉足过这一题材，其中甚至包括美国讽刺小说家马克·吐温（Mark Twain），他发表于1889年的《康州美国佬在亚瑟王朝》（A Connecticut Yankee in King Arthur’s Court）据说是最早涉及逆向时间旅行的小说。但在那些比威尔斯更早的文学作品中，普遍没有使用像时间机器这样一种可以让人选择“目的地”（确切地讲是“目的时间”）的旅行器，并且也极少对时间旅行的机制作哪怕只是科幻意义上的说明。而威尔斯的《时间机器》在这两方面都是突破性的，它很快引起了读者们的巨大兴趣，并于1960及2002年两度被拍成电影，英国甚至为《时间机器》出版100周年发行过纪念邮票。
1707613901
1707613902
威尔斯写作《时间机器》的时候，爱因斯坦（Albert Einstein）的相对论尚未被提出，人们对时空的理解大体上还停留在牛顿（Isaac Newton）的绝对时空观上[2]。但威尔斯却在《时间机器》一书中令人吃惊地提出了将时间作为第四维的观点，与十年后到来的相对论时空观作了戏剧性的遥相呼应。
1707613903
1707613904
威尔斯将时间视为第四维，目的是要通过将时间与空间类比来为时间旅行开绿灯。那么现代物理学认可这个绿灯吗？这就是本文所要讨论的内容。
1707613905