真的可以穿越时空吗？

在很多影视作品里，“回到过去”是一个怎么演都能演出花样的题材。

比如岩井俊二和周迅的电影《你好，之华》，讲述了一场通过书信往来追忆青春年华的情感碰撞。

比如佟丽娅和雷佳音的《超时空同居》，穿梭在 1999 和 2018 年之间的喜怒哀乐。

比如《盗梦空间》里穿越多层梦境的自我救赎。

想要真正地回到过去，扭转记忆，改变历史，是不是永远都是一场不可能实现的梦呢？

科学家霍金说：不，这是可以实现的。

在霍金 2018 年最新出版的遗作《终极问答》（Brief Answers to the Big Questions）当中，霍金告诉我们，时空旅行、穿越到过去，是人类很有可能实现的梦想。

今天，我们就一起来看一看，霍金眼中的时空旅行，为什么是可能的？

01.

时空旅行：万事俱备，只欠东风

霍金的看法，其实跟爱因斯坦是针锋相对的。

爱因斯坦认为，时空旅行不可能。在相对论当中，速度越快，时间过得越慢。只有当一个人的速度超过了光速，他才能逆转时间，回到过去。

而任何一个有质量的物体，想要加到光速几乎都是不可能的，更别说超越光速了。所以爱因斯坦在 100 多年前，就给时空旅行的想法判了死刑。

但是霍金觉得这可未必，而且实现这个梦想的方式不止一种，起码有两种。

一种是“新能源”加速，另一种就是构造虫洞。

所谓的新能源，是一种叫做“宇宙弦”（cosmic string）的东西。

一些科学家认为，从炙热的宇宙大爆炸发展到今天，宇宙中形成了一些时空的“裂缝”，它们像水冻成冰的时候，不同的部分可以朝着不同的方向去冻结，就像家里装修从两头往中间铺瓷砖，铺到中间总有不合适的地方，所以就会产生裂缝。

这些裂缝是一维的，只有长度，没有宽和高，像一根细细的琴弦，所以叫宇宙弦。

这些弦内部的张力是我们无法想象的，就像拉伸橡皮筋儿的时候，皮筋内部的张力。霍金说，宇宙弦内部的张力，可以达到 10 万亿亿亿吨的量级，1 的后面 29个 0。

如果把太阳像弹珠一样放在宇宙弦的弹弓上，发射出去，整个太阳从 0 加到时速 100 公里，只需要 0.03 秒。所以如果人类未来可以利用宇宙弦的话，是有可能达到极高的速度，穿越回过去的。

但是这套做法看上去还是有点没边儿，感觉离实际应用还很远。所以除了加速之外，还有一种办法，就是缩短路径，把遥远的时空“掰弯”，然后通过一个管道穿越回去，比方说“虫洞”。

简单地说，虫洞就是“黑洞+白洞”。黑洞往里吞东西，白洞往外吐东西，可以类比成一正一反的两个漏斗，把漏斗的尖儿对起来，这样黑洞进，白洞出，就从一个时空到了另一个。

科学家到现在也还没有发现虫洞，凭什么说这么做就是可行的？

因为“构造”虫洞有一个条件，就是“能量密度为负”，而这个条件人类已经通过实验给做出来了，这个经典的物理学实验所产生的效应，叫卡西米尔效应（Casimir effect）。

一个叫卡西米尔的科学家，拿两块金属板放在真空里，挨得特别近，几乎都要贴上了。

就这么普普通通放着的两块板子，也没有通电，它俩会自己往一块儿吸引，越挨越近。这就是卡西米尔效应。

如果两板之间的距离只有 10 纳米，卡西米尔效应可以产生 1 个标准大气压的压强（注意金属板周围并没有空气）。

为什么会出现这种现象？因为真空里不是空的，充满了虚粒子对，它们即生即灭，在两个金属板外面的真空里，各种各样的虚粒子对都有，它们有着不同的波长和频率；而在两个金属板之间的窄缝里，只有某些波长的粒子对出现。所以外面多里面少，金属板就会受到“往中间挤”的压力，越挨越近。

这个实验证明了，看不见摸不着的虚粒子对真实存在，而且证明了，“小尺度”的负能量密度是可以实现的。因为金属板外侧大片真空的区域，能量密度为 0，还能把板子往里挤，所以两板之间的缝隙，能量密度一定就是负的。

这就说明构造虫洞的条件有了。但是怎样通过“负能量”（negative energy），打造一个能让人钻过去的“大尺度”虫洞？这是未来要解决的问题。

在书里，霍金说有一件事儿也让他很困惑：既然虫洞是有可能出现的，为什么我们却没有见到一个从未来“穿越”回到今天的人呢？

霍金说这事儿只能猜了，一个可能的原因就是：从未来穿越回到的地方，可能还是未来。一个公元 3000 年进入虫洞的人，他回到了 2500 年，跟 2018 年没什么关系。因为可能只有到了那时候，时空穿梭的条件才是成熟的。

而且时空穿梭还有一大堆的悖论没有解决。比如一个人坐上超级火箭穿越回到过去，他回到了火箭发射之前，杀死了自己，阻止火箭发射升空，这还怎么搞？甚至你穿越回自己出生之前，杀死了爹妈，怎么破？

有两种解决办法：

一种观点认为，我们的宇宙有一种时序保护机制（Chronology Protection Conjecture），历史是连续的图景，不能被肆意破坏。

另一种观点更疯狂一些，你穿越虫洞，回到的不是“我们这个宇宙”的历史，而是回到了另一个宇宙的历史，也就是穿梭在“多重宇宙”之间。

可爱的霍金还“亲手”做过一个实验，2009年的时候，他在剑桥办了一个party，邀请时间旅行者们来观看一部关于时间旅行的电影。为了“保证”现场只有时间旅行者参加，所以他事先并没有发出邀请函，直到 party 结束才把邀请发了出去。

在举办party的那一天，他坐在学校里等着，结果一个人都没来。霍金很失望，但他一点儿也不觉得奇怪，因为他证明了：如果爱因斯坦的广义相对论是正确的，在能量密度为正的地方，时间旅行就是不可能的。

你看，大物理学家也有这么顽皮的一面。

02.

人间不值得，太空走一波

在这本书《终极问答》当中，霍金还想跟我们聊聊太空探索的意义。

作为一个宇宙学家，他对今天美国太空探索事业的发展挺不满意的。

1969 年，阿波罗 11 号登月成功。

1970 年，美国航空航天局（NASA）拿到的预算占美国 GDP 的 0.3%。

而 2017 年，这个比例下降到 0.1%。

很多人觉得太空探索很烧钱，但再烧钱它也只占到国民财富的一点点，而它的意义却是无法替代的。

所有好的投资不会只有短期投资，至少得是长短结合的，甚至把长期投资放在最大的一个篮子里。

而宇宙，就是我们人类对未来的长期投资。

霍金说：
未来 30 年内，我们可以在月球上建立基地；
未来 50 年内，人类可以登陆火星；
未来 200 年内，人类还可以去探索其他行星的卫星……

有人还是觉得，解决现在地球上的问题很重要：粮食、水资源、气候变暖、能源危机……

霍金说，当然，这些很重要，但是我们能不能给太空探索多拨一点钱？哪怕是 1% 的四分之一，这个要求很过分吗？

而且钱还不是最重要的。重要的是政府重视太空探索，会极大地激发普通民众对宇宙的热情，而只有更多的人对宇宙充满了好奇和向往，才会有更多人愿意研究宇宙，推动宇宙科学的发展，出现下一位“爱因斯坦”的可能性才会大大增加。霍金亲眼见证了，我们今天很多了不起的大科学家，都是受到了当年阿波罗登月计划的鼓舞，才决定投身太空研究的。

霍金说自己做科普，他并不希望所有人都来学宇宙学和理论物理，但如果大家都去报考别的学科了，宇宙学还怎么发展呢？

他一直都相信一件事：不去太空，人类就没有未来。

在这本书里，霍金对人类在地球上未来的生活，抱着比较悲观的态度。我们不知道这跟他这么多年疾病缠身的影响有没有关系，但是在这本遗作《终极问答》当中，当他谈到地球上人口太多的问题，谈到未来人工智能取代人类的问题，霍金的态度跟之前我们在媒体上听到的，并没有什么不同。

他的立场是很坚定的：不要把鸡蛋都放在地球这一个篮子里，很危险；要对人工智能的发展加以约束，不然同样会很危险。

你可以看出来，霍金和埃隆·马斯克应该算同一战队的，他俩的共识倒是不少。

可能是等不及美国政府出手探索太空了，霍金自己开始动手，他的眼光也没有局限在太阳系，局限在月亮和火星上面。

他发现就在离地球 30 光年的范围内，大概有 1000 颗恒星，霍金保守估计了一下，如果这些恒星当中哪怕只有 1% 像太阳，拥有一颗像地球一样的行星，那么人类的候选新家园至少就有 10 个。

霍金做了一个长期规划，未来的 200 到 500 年间，人类太空探索的目标应该放在这些星球上，载人的星际穿越也应该提上日程。

科学家已经发现，在离太阳最近的一个恒星系 —— 半人马座 α 星的附近，至少有 1 颗类地行星可能适合人类居住。而半人马座α星到太阳的距离是 4.37 光年（40 万亿公里）。

按照传统航天器的速度，想要到达那里，至少需要 54000 年。所以探索半人马座 α 星需要更快的飞行器。

于是在 2016 年，霍金和 Facebook 的 CEO 马克·扎克伯格，还有其他科学家和投资人，一起搞了一个很酷的太空探索项目，叫“突破摄星”（Breakthrough Starshot）。

他们的目标是打造一款名叫“星片”（Star Chip）的光帆飞行器，重量只有 1 公斤，让它加速到 1/5 的光速（每秒钟 6 万公里）。这款飞行器用不了 1 个小时就可以到达火星。大概经过 20 年的飞行时间，就可以到达半人马座 α 星。

发射“星片”光帆的操作，就像往宇宙里“放风筝”，而风筝的动力来自地球上发射的激光，激光的功率高达上百亿瓦特，在传输的过程中，能量损失也很小。

这款光帆飞行器上装有各种各样的传感器，去探测那里有没有磁场，有没有构成生命的有机分子出现，再把各种数据通过另一束激光，传回地球做研究。

虽然霍金去世了，但是这个项目依然在稳步推进当中。今年 11 月最新的消息是，“突破摄星”已经得到了 NASA 的支持。

我们在有生之年，很可能见证“突破摄星”的成功，那将是人类第一次把文明的触角伸向星际之间，我们也有可能见证：人类第一次发现在太阳系外，适宜人类居住的星球。

到这儿，霍金的遗作《终极问答》，我们就已经全部为你解读完毕了。

如果你是霍金的忠实粉丝，你可能发现，这本书里有不少的话题，是他早年的书里也曾经涉及过的，比方说《时间简史》里的黑洞；

在这本《终极问答》当中，有些段落甚至就出现在他的演讲和著作当中，比如 2017 年他的中文版著作《黑洞不是黑的》。《终极问答》里讲黑洞那部分，有整段整段的内容是从那里照搬过来的。这些都是后人整理、出版遗作的过程中，可能在所难免的一些重复。

但我依然会觉得《终极问答》这本书值得一读 ——

因为这是霍金离你最近的一次，他完整地回答了我们关心的 10 大终极问题；

这也是霍金离你最远的一次，因为他已经化作了天上的繁星。

最后，我想把霍金在书里的最后一段话送给你：

本文转载自微信公众号“远读重洋”（ID：readabroad）