物理小论文(相对论)

虫洞和时间旅行

摘要：

时间如同一条笔直的铁轨，人们只能往一个方向前进。为什么我们只看到时间的前进？为什么我们记住的是过去而不是将来？人们能否旅行到过去呢，时间旅行的前景又如何呢？自爱因斯坦发现相对论以来，这些问题就一直困扰着人们。这里将简单描述一下时间旅行的方式以及可能性。

关键词：

时间旅行虫洞相对论时空卷曲

正文：

恒星际与星系际旅行一直以来是科学幻想作家关心的问题。根据爱因斯坦相对论，没有东西比光运动的更快。因此如果我们从地球向离我们最近的恒星——半人马座发送航天飞船，由于它距地球大约4光年那么远，所以我们语聊至少要8年时间才能等到航天飞船返回地球。如果要去银河系，甚至其他的星系，需要更长的时间。

因为时间具有相对性，即时间不存在唯一的标准，每一位观察者都拥有他自己的时间。这种时间是用他自己携带的始终测量的，这样航程对于空间旅行者比对于地球上的人显得更为短暂。试举下面一例。假设一枚火箭能以低于光的速度从事件A（奥林匹克竞赛的100 米决赛）至事件B（α-半人马座议会奥林匹克竞赛会议的开幕式），那么根据所有观察者的时间，他们都同意事件A 发生于事件B 之先。

（如果火箭能以低于光速的速度从地球上的事件A旅行到半人马座上的事件B。

则大家都同意A事件先于事件B发生）

然而，假定飞船必须以超过光的速度才能把竞赛的消息送到议会，那么以不同速度运动的观察者关于事件A 和事件B 何为前何为后就众说纷纭。按照一位相对于地球静止的观察者，议会开幕也许是在竞赛之后。这样，这位观察者会认为，如果他不理光速限制的话，该飞船能及时地从A 赶到B。然而，在α-半人马座上以接近光速在离开地球方向飞行的观察者就会觉得事件B，也就是议会开幕，先于事件A，也就是百米决赛发生。相对论告诉我们。对于以不同速度运动的观察者，物理定律是完全相同的。

这样，如果超光速旅行是可能的，运动的观察者会说，就有可能从事件B，也就是议会开幕式，赶到事件A，也就是百米竞赛。如果他运动得更快一些，他甚至还来得及在赛事之前赶回，并在得知谁是赢家的情形下放下赌金。

（如果火箭从A到B以超过光速运动，则对于哪一个事件先发生将会有不同的结果）

要打破光速壁垒存在一些问题。相对论告诉我们，飞船的速度越接近光速，用以对它加速的火箭功率就必须越来越大。对此我们已有实验的证据，但不是空间飞船的经验，而是在诸如费米实验室或者欧洲核子研究中心的粒子加速器中的基本粒子的经验。我们可以把粒子加速到光速的99．99％，但是不管我们注入多少功率，也不能把它们加速到超过光速壁垒。空间飞船的情形也是类似的：不管火箭有多大功率，也不可能加速到光速以上。

这样看来，快速空间旅行和往时间过去旅行似乎都不可行了。然而，还可能有办法。我们也许可以把时空卷曲起来，使得A 和B 之间有一近路。在A 和B 之间创造一个虫洞就是一个法子。虫洞亦蠕洞．早在1953年，爱因斯坦就提出了有关蠕洞的理论．理解蠕洞，最

形象的办法就是想象一个苹果被蛀穿了一个洞，使苹果表面的相背两点贯通了，蛀虫既可沿表皮在两点间爬行，也可穿洞而过．如果太空中有这样的蠕洞，则可在相距遥远的各点之间提供捷径，就能从蠕洞一端的洞口乘上时间机器(Time Machine)进入蠕洞，以接近于光速进行太空旅行，提前欣赏到未来的境界。

（虫洞）

《时间简史》史蒂芬. 霍金/著徐明贤吴忠超/译湖南科学技术出版社

许槑《物理通报》2009 第5期