在克里斯托弗·诺兰基于坚实科学理论的硬科幻电影《星际穿越》中，为了挽救人类种族于累卵，宇航员库珀带着一个科学团队，开始一场很可能有去无回的星际旅行。他们通过高级智慧生命放置在土星附近的一个虫洞，才得以进入河外星系，为濒临灭绝的人类寻找火种。在这部电影里，最令人津津乐道的，当属宇宙飞船借助虫洞穿越时空的情节，虽然库珀等人并未在外星系逗留多久，然而在他们航行的日子里，地球却经历了一百多年的峥嵘岁月。

不论是科幻小说还是科幻影视，时空穿越题材炙手可热，永远是创作者的宠儿。之所以这类题材广受欢迎，完全是在我们每一个人的心中，都隐藏着对岁月流逝的恐惧，都有在时间无情的挤压之下，产生的根本无法反抗的沉重无力感，更有冲破时间的禁锢，进入完全自由王国的渴望。

【单向的时间箭头，双向的时空穿越】

人类渴望进行时空穿越，本质上是在挑战时间所遵循的无情法则。在牛顿经典力学主导世界的年代，时钟的滴答声在全宇宙都是一致的，地球的上的一小时与火星上的一小时并无不同。然而爱因斯坦的狭义相对论却对此提出了质疑，认为宇宙中各点的时间步调并不一致，距离越远，时间差距就越大，这对牛顿经典力学是彻底的颠覆。然而，广义相对论却又更进一步，认为时间和空间并非独立存在的，而是紧密结合在一起，称之为“时空”。“时空”看起来更像一块巨大的丝织品，可以随意伸展和收缩，并且伸展和收缩的速度可以快过光速。“时空”有很多神奇的特性，比如在一个巨型的天体附近，引力强大到可以将时空扭曲，时间也随之变慢，这就是所谓的“相对论效应”。而爱因斯坦的相对论，给时空穿越提供了多种可能。

时间给予我们的最直观的感受就是其冷酷性，它让每个人从婴幼儿长大成人再继续衰老，直至走向生命的终点。时间的箭头永远朝向未来的方向，这也是整个宇宙从有序向无序的演化过程，也是从有秩序的低熵向混乱的高熵不断推进的过程。比如一个人从年轻变得衰老，也是从低熵到高熵的转变。当整个宇宙的熵变得最大，世界也就彻底死亡了，生命消失，只剩下一片混乱不堪的热寂状态。

因此，时空穿越包含着两层含义。第一层含义，穿越时空可以打破空间限制，实现运输方式的飞跃，从宇宙的某个角落去往另一个角落，转瞬之间就可以完成，不再受距离的限制。

第二层含义，穿越时空也相当于时间旅行，原则上既可以去往未来，也应该可以回到过去。实际上，回到过去的时间旅行，难度比去往未来要大到不可想象。原因很简单，去往未来符合宇宙的运行法则，所以难度小；而回到过去要对抗“低熵到高熵”的宇宙法则，俗话说就是逆天，能不难吗？

【穿越时空的几种方法】

由于回到过去的时空穿越难度很大，暂不讨论，那么就让我们研究一下冲破空间障碍的星际旅行到底有几种方法吧。我们知道，爱因斯坦的相对论有一个基本假设，就是光速在整个宇宙中是恒速不变的常数。然而即使宇宙飞船按照光速运行，去往最近的比邻星座也需要4.2年，想要穿越整个银河系需要10万年。况且，相对论效应告诉我们，当飞船以接近光速飞行的时候，质量接近无限大，相应的，就得需要无限大的能量来驱动飞船，这明显是不合理的。因此依靠速度来打破空间屏障，胜算不大。

不过，我们可以另辟蹊径，在时空上面下功夫。因为时空的特性类似丝织品，可以伸展和收缩，并且不受光速限制，意味着时空的膨胀或者收缩可以超光速。此时，我们就找到了时空穿越的第一种办法——拉伸时空。具体而言就是，采用某种技术手段拉伸飞船身后的空间，并且与飞船前面的空间相接触，此时，乘客们根本就不需要长途跋涉，由于空间已经发生变化，飞船瞬间便来到另外一个新世界，实现了时空穿越。

那么，到底采用的何种手段才能拉伸时空呢？原来，飞船采用的是阿库别瑞引擎，也就是《三体》中唯一能够拯救人类的曲率引擎。这种发动机可以扭曲和拉伸飞船附近的时空，从而实现星际穿越。《星际迷航》中的企业号飞船，安装的就是这类曲率引擎。

穿越时空的第二种办法，就是撕裂时空。从时空上面撕裂一个洞，让飞船转过去，这是多么振奋人心的高科技。其实，所谓撕裂时空并没有多稀奇，就说我们耳熟能详的制造“虫洞”。这个概念最早来源于奥地利物理学家路德维希·弗莱姆，而在1935年，爱因斯坦与他的助手纳森·罗森研究引力方程之时，发现引力方程的一个解，预言了虫洞这种特殊的时空结构存在，称之为“爱因斯坦—罗森桥”。但是由于虫洞的出现都是在极微小的量子世界里，且出现的时间很短，拿来穿越时空根本没有可能。到了1988年，加州理工学院物理学家基普·索恩和同事一起发现了可穿越的虫洞，不过，要想保持虫洞稳定，需要耗费差不多一个恒星的能量，对于人类而言，这是可望而不可求的神仙级别的技术。

不管是拉伸时空还是撕裂时空，都需要巨大的能量来进行，很多科学家认为，只有负能量这类“奇异物质”才能当此重任。华盛顿大学物理学家马修·维瑟通过计算告诉我们，要想打开一个直径1米的虫洞，所需要的负能量的质量等同于木星，而木星的质量是1.90×1027千克！如果要想制造一个能穿越宇宙飞船的虫洞，该需要多少负能量？通过类比计算就一目了然，耗能高到令人咋舌。一个文明如果达不到II级文明，也就是能够将整个恒星的能源为我所用，制造虫洞只能是天方夜谭。

【面向未来的时空旅行】

在《星际穿越》中，库珀在外星系转了一圈之后，找到了拯救人类的钥匙，并且幸运地回到了地球。虽然他感觉自己只不过经过了几年时间，然而强烈的相对论效应，让地球的时间流逝比库珀飞船快得多，他回到了未来的地球，也是一百多年后地球。从这个意义上而言，库珀完成了面向未来的时间旅行。

那么最简单的去往未来的时间旅行采用何种办法呢？有两个办法，一个是乘坐速度极快的飞船。比如当一艘飞船以光速飞行的时候，差不多花费1分钟到达附近的恒星，而此时，地球的时间已经过去了4年，就相当于飞船里的宇航员来到4年之后，虽然，对飞船的乘客而言，感觉刚刚过去了1分钟。因此，速度可以让人穿越时空。还有另一种回到未来的办法，就是把飞船开到一个引力巨大的黑洞附近，并且远离黑洞视界，以免被吞噬。此时，黑洞无与伦比的强大引力也会扭曲时空，让时间变慢，等宇航员离开黑洞附近，回到地球之时，他们就回到了未来。

回到未来的时间旅行虽然更可行，但也平淡无奇，波澜不惊，即使一眨眼回到了未来，也没什么好激动的，毕竟“天上一日，地上一年”，这是由于两地时间流逝差异巨大造成的。如果遇见“天上一小时，地上七年”的极端情况，等宇航员回到家乡之后，也许好几万年过去了，举目无亲，回到未来又有何用？与此相反，如何能够回到过去，对抗宇宙法则，才是更多人津津乐道的，也可以说是梦寐以求的。因为，能够回到过去，会给自己人生带来无数个可能。

【我们该如何回到过去？】

我们该如何通过时间旅行回到过去呢？答案很简单，通过时间机器啊！然而，时间机器只是小说家言，那些一摁按钮，一拍脑门，就可以回到过去的时间机器实在太不靠谱，因此很有必要通过真正的科学来研究我们是否能够回到过去。

当然，靠谱的科学解释依然离不来爱因斯坦的相对论。科学家们经过研究显示，爱因斯坦的相对论方程允许多种时间机器存在。这里的时间机器，不是《神秘博士》飞来飞去的电话亭，也不是《回到未来》的汽车，更不是像加速器一样的环形通道，更不是意识脱离肉体遨游太空的冥想，而是有一个别致的名字叫“闭合类时曲线”，这是允许时间旅行回到过去的专业术语。一个人一旦进入“闭合类时曲线”，就可以沿着时间轴一路上溯，回到自己出发之前。但是如何进入这类时间曲线，可就难上加难了。

第一种时间旅行的方法，通过虫洞可以瞬间实现时空穿越。因此，理论上而言，通过虫洞，我们也可以回到过去。开启虫洞，当然离不开神秘的奇异物质——负能量。

第二种时间旅行回到过去的方法，就是通过旋转的宇宙来进行。这种宇宙叫哥德尔宇宙，它性质稳定，不膨胀，所有的物质都绕着一个对称轴匀速转动，其中也包含了爱因斯坦的宇宙学常数，但这里的宇宙学常数小于零，因此产生的是引力和物质的引力一起抵消了转动产生的离心力。哥德尔的宇宙还有一个很特殊的性质——允许时间旅行。这个宇宙模型奥匈帝国的数学家和逻辑学家库尔特·哥德尔发明的，他在1949年通过获得了爱因斯坦方程的一个解之后，才得出这个开脑洞的结论的。然而，旋转的宇宙只是一厢情愿，至少目前来看，各种观测数据都证明了宇宙根本就没有转动。所以，哥德尔宇宙只有理论猜想价值。

第三种回到过去的方式是通过一根快速旋转的、无限长的圆柱体。毫无例外，这个设想也来自爱因斯坦方程的另一个解。做出这个猜想的是荷兰数学家威廉·范斯托克姆，他指出理论上存在一个快速旋转而又无限长的柱体重力场，这样的重力场会违反因果律，允许出现连接两个时空的“闭合类时曲线”，说白了就是能够时间旅行。请看这种时间旅行方式有多极端，一是高速旋转，二是无限长。无论哪一个特征，对于时间旅行者而言都不是福音，想要实现，更是不可能。

第四种时间旅行的方式是通过宇宙弦来进行。这个发现要归功于美国物理学家理查德·戈特，他同样也是通过解爱因斯坦的方程得出的结果。那么宇宙弦是什么鬼？戈特认为，宇宙中存在着两根巨大的弦，并且接近碰撞状态，时间旅行者如果快速绕着这两根宇宙弦做转圈运动，就会一下子回到过去。且不说这种时间旅行方式成功率有多高，光是寻找这两根宇宙弦花费的功夫，就可以研制一台时间机器了。

以上是世界顶尖的科学家，从严谨科学角度提出的时间旅行的方法，虽然离奇，且基本没有实现的可能，却让我们大开眼界，连呼过瘾。回到过去的时间旅行之所以如此困难，也是宇宙法则造成的，如果回到过去那么容易，天下岂不大乱？每一个人都可以根据自己的喜好改变过去，产生的强烈的蝴蝶效应很可能会让整个人类社会崩溃。如果时间旅行那么简单，如今我们周围会充斥着来自未来的旅行者，这到底是祸还是福，真的很难说。

因此，为了杜绝时间旅行者改变过去历史，在上世纪80年代，俄罗斯理论物理学家伊戈尔·诺维科夫在对时间旅行的可能性认真研究后指出，人可以回到过去，但不能因此改变历史，时间旅行者将被迫不让悖论发生，这被称为“诺维科夫自洽性原则”。而斯蒂芬霍金也提出了“时序保护猜想”，将时间旅行的危险发生概率限制在可控范围之内。

理论上是可以的。《星际穿越》是一部典型的硬科幻，其中的很多场景都是基于现代物理学，在理论上都是行得通的。

在影片中，由于枯萎病在全球范围爆发，地球已经变得不宜居，为此，人类需要寻找可以替代地球的宜居星球。但影片中的人类所具有的宇航科技还没有办法离开太阳系，所以寻找宜居的系外星球是天方夜谭的事情。

好在有“人”在帮助那时的人类，“他们”把一个虫洞放在太阳系中的土星轨道那里，虫洞的另一端连接着100亿光年之外的潜在宜居行星。100亿光年是一个极为遥远的距离，要知道银河系的宽度也就10万光年。正常情况下，飞到100亿光年之外几乎是不可能的，或者需要极为漫长的时间。但如果有了虫洞，情况就不一样了。

虫洞是爱因斯坦和罗森两位物理学家从广义相对论中推导出来的结果，理论预言，一种时空捷径可以互相连接两个遥远的时空，这就是爱因斯坦-罗森桥，即我们通常所说的虫洞。虫洞就像任意门一样，只要穿过去，很快就可以到达遥远的地方。在影片中，主角他们就是通过虫洞穿越到100亿光年之外。

理论上，宇宙中到处都有虫洞，只是它们的尺度太小，是微观级别的，并且它们无法长时间维持在同一个地方，一产生就会马上消失。如果想要维持虫洞的稳定，并且使它们可以张开到宏观尺度，这就需要一种拥有负质量的奇异物质作为支撑。当然，这种奇异物质也只是理论预言的东西，目前还没有相关的证据。如果未来人类可以掌握虫洞的制造方法，那么，像电影中的星际穿越完全是可以实现的，那时我们将能在宇宙中自由穿行。

时空穿越可以实现，只是需要使用新技术才能实现，而使用现有的火箭技术却永远实现不了。这个新技术叫正负引力力学，技术实体叫飞碟。用地球时间做参考，它一个小时可以跨越120光年左右，遨游银河系也不过几十天的事情。电影星际迷航中的曲率飞船，其理论与技术还处在科幻阶段。即便有此实物产生，也远不如正负引力力学先进。