爱因斯坦广义相对论与时间旅行：理论基础与可能性探讨

时间旅行实际上是爱因斯坦广义相对论的附属产物。

在广义相对论提出之前，人们相信时间是绝对的，正如孔子所说：岁月如人，不舍昼夜。每个人、整个地球、宇宙万物，都在同一时间尺度上奔向不可预知的未来。

但根据爱因斯坦的相对论，时间是相对的，可以收缩和拉伸。每个人都可以有自己的时间。每个人都可以以自己为坐标，建立自己的时间系统。时间可以快，也可以快。慢点，如果每个人都有时钟，相对论并不要求他们完全一致地运行。这为人们玩弄时间概念甚至操纵时间留下了足够的空间。

1935年，爱因斯坦和罗森发表论文，证明广义相对论允许存在一种叫做“桥”的东西，可以卷曲空间和时间，人们可以利用它来穿越时间。这座“桥”就是我们后来所说的“虫洞”。换句话说，要进行时间旅行，就必须将时间和空间卷曲起来，创造出虫洞。也就是说，只要时间和空间能够卷曲成虫洞，人们就有可能找到穿越时空的方法。

我们来看看霍金是如何证明时空可以卷曲成虫洞，从而实现时间旅行的。

霍金认为，要使时空卷曲，首先必须证明时空可以卷曲。这一点早在上世纪初就通过日食期间太阳被月亮遮挡的时间来观察和测量本应被太阳遮挡的星光而得到证实。时空是卷曲的，现在几乎是众所周知的事实。

既然已经证明时空可以卷曲，那么如何将时空卷曲成可以进行时间旅行的虫洞形状呢？经过计算，霍金证明，要形成虫洞，必须存在一个由负能量密度物质组成的负曲率时空区域，就像马鞍面一样。我们宇宙中的普通物质只具有正能量密度，使时空具有正曲率，就像球体一样。由于空真空的能量密度仅为零，因此在这个宇宙中似乎不可能存在能量密度为负的时空区域。时间旅行似乎可以在这个宇宙中停止。

就在我们几乎绝望的时候，量子力学挺身而出，指出真空并不是空的。它充满了无数微小的虚拟光子，这些光子不断地成对产生，又在瞬间湮灭。这些虚拟光子具有不同的波长。如果将两个非常靠近的不带电的平行金属板放入真空中，由于金属板就像光子的镜子，那些波长为整数倍的光子不等于金属板之间的距离，因为波反复振荡。如果光子被抵消，它就会被消除；波长为金属板之间距离的整数倍的光子可以停留在金属板之间。这导致金属板之间的光子少于外部的光子，其他波将产生将金属板聚集在一起的力。金属板越靠近，它们之间的吸引力就越强。这种现象称为卡西米尔效应。 1996年，物理学家首次对其进行了测量，实际测量结果与理论计算结果非常吻合。

霍金从已证明的卡西米尔效应得出的结论是，由于排除了其他波长的虚光子，金属板之间的虚光子数量会比其他地方少，但其他地方“空”空间的总数将是能量密度必定为零，因此金属板之间的能量密度变为负值。也就是说，量子力学允许某些地方存在负能量密度，并且已经被实验验证了。然后就有可能将时空卷曲成时间旅行所需的虫洞。

科学研究越深入，问题就越复杂和抽象，科学家必须建立复杂的数学模型来计算和思考。霍金对时间旅行可行性的证明既涉及数学模型的计算，又涉及思想实验的探索。最有价值的是具体实验的验证。虽然仍然是一个遥不可及的梦想，但毕竟为人类的实现迈出了一步。迈向梦想的第一步。

需要指出的是，霍金后来排除了人可以进行时间倒流、回到过去的可能性，给了那些摩拳擦掌准备通过时间旅行回到过去作弊的人一记耳光。理想很丰满，现实很骨感，过去了，那就只剩下心痛的感觉了！