簡單講，因?yàn)橄鄬φ摰囊粋€(gè)最基本的原理，就是光速是任何運(yùn)動(dòng)的速度極限，是不可能被超過的，而一旦允許超光速運(yùn)動(dòng)，那么相對論本身就被推翻了，又何談「根據(jù)相對論」呢？

自從相對論誕生以后，我們看到，時(shí)間和空間再也不是兩個(gè)毫無關(guān)系的概念了，時(shí)間和空間就像是焦不離孟、孟不離焦的一對結(jié)義兄弟，又像是難分難解地糾纏在一起的 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)，我們再也不能只談空間而不談時(shí)間，只談時(shí)間而不談空間。

愛因斯坦指出，時(shí)間和空間不僅不能獨(dú)立于宇宙，而且不能互相獨(dú)立，引力不可能只使得空間彎曲而時(shí)間卻安然無恙。

從此我們多了一個(gè)新的名詞——時(shí)空。請注意，千萬不要把「時(shí)空」等價(jià)于「時(shí)間和空間」，時(shí)空就是時(shí)空，它是一個(gè)整體，就好像你不能把「牛奶」看成是「牛」和「奶」的簡單相加一樣。

被我這么一解釋，我知道你開始對「時(shí)空」這個(gè)詞感到疑惑了，你能想象出時(shí)間，也能想象出空間，但是你卻無法想象出時(shí)空的模樣。

請跟隨我來，讓我來幫你在頭腦中建立「時(shí)空」這個(gè)誕生于 20 世紀(jì)的偉大名詞，它是人類對宇宙認(rèn)識的一次大飛躍，我將再次帶你踏上一次驚奇之旅。

時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)

我們的故事要從一次跑步開始講起，這個(gè)故事無所謂年份，無所謂地點(diǎn)，無所謂具體人物。

為了敘述的方便，就讓我們一起去學(xué)校的操場跑步吧。現(xiàn)在，讓我來計(jì)時(shí)，你來跑步。我們的規(guī)則是跑兩次，白天一次，晚上一次。你先克制一下你的疑惑，讓我們跑完再說。白天這次你跑了 16.8 秒，離達(dá)標(biāo)還差一點(diǎn)。為了晚上取得更好的成績，你努力鍛煉了一下，試圖恢復(fù)一些當(dāng)年的勇猛。晚上又跑了一次，這次你自我感覺很不錯(cuò)，覺得應(yīng)該會(huì)比白天那次跑得更好一點(diǎn)，可是我把成績一告訴你，你卻吃了一驚，怎么反而只有 17.2 秒了？

下面這幅示意圖可以解釋為什么你晚上狀態(tài)更好，成績卻更差了。原因很簡單，晚上視線太差，黑漆漆的你跑了一條斜線都不自知。

跑步的方向不一樣導(dǎo)致成績不同

看了這張圖，你恍然大悟了，原來你小子讓我在晚上跑步是別有用心的，故意就是要讓我把方向跑偏。你不用生氣，為了科學(xué)，犧牲這么點(diǎn)兒自尊不要緊。現(xiàn)在我來問你：「假設(shè)你兩次跑步的速度是一樣的，為什么晚上的用時(shí)比白天更長了呢？」

你白了我一眼說：「你這不是明知故問嘛，晚上我方向跑偏，跑的路程更長了，所以用時(shí)就更多了。」

我說：「回答正確，用距離來解釋這個(gè)現(xiàn)象是我們最直觀、最樸素的想法。但是你知不知道，還有另外一種更抽象的解釋，在這個(gè)解釋中，我們不需要距離這個(gè)概念。」

你說：「哦？什么解釋，你說說看。」

我說：「你剛才自己也提到，運(yùn)動(dòng)是有方向的，你的運(yùn)動(dòng)速度我們可以分解為 x 軸方向的速度和 y 軸方向的速度的合成速度。假設(shè)你跑步的速度是 v，白天跑步的時(shí)候，你在 y 軸方向的速度是 vy= 0，而在 x 軸方向的速度 vx= v。但是到了晚上，你在 y 軸方向的速度大于零，在合成速度不變的情況下，你在 x 軸方向上的速度就必然小于 v 了。這就好像在 y 軸方向的速度分走了一部分你的跑步速度，你在 x 軸方向上運(yùn)動(dòng)的速度變慢了，所以你晚上的成績不如白天。」

你若有所思地點(diǎn)點(diǎn)頭說：「明白了，速度的方向看來很關(guān)鍵。」

千萬別小看這個(gè)看起來更抽象一點(diǎn)的解釋，這是我們對運(yùn)動(dòng)本質(zhì)認(rèn)識上的一次大飛躍。我們認(rèn)識到，任何一個(gè)物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度，都可以分解為在互相垂直的三個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的合成，像下面這個(gè)示意圖顯示的那樣：

物體的運(yùn)動(dòng)速度是三個(gè)方向的合成速度

一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度 v 是由它在 x、y、z 三個(gè)軸方向上的速度合成的，如果總速度恒定的話，其中一個(gè)方向上的速度增大，另外兩個(gè)方向上的合成速度就必然減小，就好像速度是被切成三塊的蛋糕，你可以隨便怎么切這三塊，但是蛋糕的總大小不會(huì)改變。這 x、y、z 三個(gè)方向，物理學(xué)家用了一個(gè)聽起來很「拉風(fēng)」的詞來描述，那就是「維度」。我前面所說的概念如果讓物理學(xué)家來說的話，他們就會(huì)說：「物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)可以分解為在三個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)合成」。這種物理學(xué)描述方式聽起來很拉風(fēng)，但其實(shí)意思跟我們前面用方向來表述是一樣的。

下面又該愛因斯坦登場了。愛因斯坦向我們大聲宣布了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，他說：「這個(gè)宇宙中任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都是光速 c。對，沒錯(cuò)，你我的速度是 c，太陽、月亮、星星，還有光本身，我們的運(yùn)動(dòng)速度都是光速 c。只不過這個(gè)速度不是在三維空間中的速度，而是在「時(shí)空」中的速度。除了空間的三個(gè)維度以外，我們必須再增加一個(gè)維度，這個(gè)維度就是時(shí)間，多了個(gè)時(shí)間維度后，空間就不再是空間，時(shí)間也不再是時(shí)間，而是糾纏在一起成為時(shí)空。時(shí)間空間是一個(gè)整體，我們每個(gè)人都是生活在這樣一個(gè)四維時(shí)空中，我們每個(gè)人在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)速度都恒定為 c，永遠(yuǎn)不會(huì)快一丁點(diǎn)兒，也不會(huì)慢一丁點(diǎn)兒。」

這個(gè)發(fā)現(xiàn)實(shí)在是太讓人震驚了，如果我們把愛因斯坦的這個(gè)發(fā)現(xiàn)畫成一個(gè)簡單的示意圖的話，就會(huì)是下面這個(gè)樣子：

物體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)速度恒定

你是不是已經(jīng)在頭腦中模模糊糊地建立起了時(shí)空概念了呢？一旦我們明白了時(shí)空的含義，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，任何物體的運(yùn)動(dòng)速度不再是把蛋糕切成三塊了，而必須切成四塊，蛋糕的總大小永遠(yuǎn)恒定為 c。

這是一個(gè)如此簡潔、優(yōu)美而深刻的發(fā)現(xiàn)，這是人類對宇宙認(rèn)識的一次飛躍。每當(dāng)我想起它，總是一次又一次地被深深震撼。用這個(gè)簡潔而深刻的思想來解釋狹義相對論中關(guān)于時(shí)間和速度的關(guān)系，就成了天經(jīng)地義的事情：物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)分走在時(shí)間中的運(yùn)動(dòng)速度，空間中運(yùn)動(dòng)得越快，在時(shí)間中就越慢。時(shí)間空間是一個(gè)密不可分的整體，任何物體都是在時(shí)空中做著相對運(yùn)動(dòng)，時(shí)間和空間是互相垂直的兩個(gè)維度。運(yùn)用這個(gè)思想，就可以用普通的速度合成公式極其簡單地推導(dǎo)出相對論因子。

這個(gè)思想還蘊(yùn)含著這樣一個(gè)顯而易見的事實(shí)：物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度有一個(gè)極限，那就是光速 c。我們不再需要用眼花繚亂的質(zhì)能公式和牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律去聯(lián)合解釋為什么光速是極限，這個(gè)時(shí)空運(yùn)動(dòng)的思想簡潔而有力地告訴我們：假設(shè)物體的運(yùn)動(dòng)速度完全從時(shí)間這個(gè)維度中轉(zhuǎn)移到空間中，那么物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度就達(dá)到了最大速度 c。以光速在空間中運(yùn)動(dòng)的事物，在時(shí)間中就停止運(yùn)動(dòng)了，所以，光是不會(huì)變老的，從宇宙大爆炸中誕生出來的光子仍然是過去的樣子，在光速運(yùn)動(dòng)中，沒有一丁點(diǎn)兒時(shí)間的流逝，時(shí)間真的停止了。現(xiàn)代的相對論學(xué)家認(rèn)為，光速 c 很可能是我們這個(gè)宇宙時(shí)空的一個(gè)幾何性質(zhì)，就像圓周率是π，它是一種數(shù)學(xué)性質(zhì)，跟物理性質(zhì)無關(guān)。

從此，我們不再分開談?wù)摃r(shí)間的流逝和空間中運(yùn)動(dòng)的速度，只要是運(yùn)動(dòng)，就是在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)你進(jìn)行百米沖刺的時(shí)候，你我在時(shí)空中進(jìn)行著相對運(yùn)動(dòng)，空間發(fā)生變化的同時(shí)，時(shí)間也一定會(huì)發(fā)生變化。看來，我們經(jīng)常在科幻小說中看到的「時(shí)空穿梭」其實(shí)一點(diǎn)兒都不稀奇，你大可以理直氣壯地宣布：我以百米沖刺的速度在時(shí)空中穿梭，我們每個(gè)人每時(shí)每刻都在時(shí)空中穿梭。

你也可以理直氣壯地宣布：我離一秒鐘前的自己距離 30 萬千米。這真是一個(gè)遙遠(yuǎn)的距離啊，如果你和你的愛人錯(cuò)開了一秒鐘，那么你要不停地步行九年半才能追上你的愛人。我們都是生活在低速世界中的生物，我們在空間的三個(gè)維度中能達(dá)到的速度和光速相比實(shí)在是小得可憐，這才會(huì)讓我們產(chǎn)生時(shí)間和空間這兩個(gè)完全不同的概念。如果我們想象宇宙中有一種日常生活的速度都是接近光速運(yùn)動(dòng)的智慧生命，那么在那些智慧生命的概念中，將不再區(qū)分時(shí)間和空間，在它們的感覺當(dāng)中，時(shí)間和空間只不過是不同的方向而已，他們看狹義相對論的各種效應(yīng)都會(huì)像我們看太陽的東升西落和大自然的花開花落一樣平常。在相對論學(xué)家的眼里，時(shí)空才是我們這個(gè)宇宙的本質(zhì)。請你務(wù)必在頭腦中牢牢地建立時(shí)空這個(gè)概念，牢牢地記住沒有單純的空間運(yùn)動(dòng)，這對于理解我們后面要講的東西至關(guān)重要。

四維時(shí)空

其實(shí)，我們在日常生活中早就已經(jīng)有了四維時(shí)空的概念。不是嗎？回憶一下你和朋友約會(huì)是怎么約的。「我們在老地方（人民廣場噴水池旁）見」，只是這么一個(gè)空間坐標(biāo)夠嗎？如果就這么一句話的話，你們倆多半還是見不了面，你還得再加一句「老時(shí)間（晚上七點(diǎn)）」，這樣你們才能確保雙方達(dá)成了一個(gè)準(zhǔn)確的協(xié)議，也就是說一個(gè)約會(huì)的事件在時(shí)空中的坐標(biāo)必須包含四個(gè)維度的信息，空間的三個(gè)維度加上時(shí)間的一個(gè)維度。

在我們低速的地球世界中，似乎「老時(shí)間老地點(diǎn)」這句話已經(jīng)能確保你和朋友見面了；但是，如果我們到了銀河聯(lián)邦的萊因哈特時(shí)代（什么？你不知道銀河聯(lián)邦和萊因哈特是誰？那楊威利也不知道嗎？拜托，《銀河英雄傳說》（田中芳樹著）怎么能沒看過？我不管了，凡是不看「銀英傳」的人，我不照顧了，默認(rèn)當(dāng)大家都看過的，本人是「銀英」迷），在銀河帝國時(shí)代，如果只是這么一句約會(huì)的口頭禪很可能就要犯大錯(cuò)了，你和朋友多半永遠(yuǎn)也見不著面了。

因?yàn)闆]有設(shè)定統(tǒng)一的時(shí)空坐標(biāo)參考系，那可真就是差一秒就差十萬八千里還多了。

不過，在時(shí)空的四個(gè)維度中，時(shí)間這個(gè)維度有一點(diǎn)特殊性，那就是你只能在時(shí)間這個(gè)維度中朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而空間的三個(gè)維度可以朝正反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。

本文主要講的是時(shí)間旅行、星際殖民和星際貿(mào)易這三件有趣的事情。但是請各位讀者千萬注意，我絕不是在創(chuàng)作科幻小說，我要從科學(xué)的角度去幫你分析和看待以上三件科幻小說中最常出現(xiàn)的元素，幫你提高以后欣賞科幻小說的能力，幫你找出科幻小說和幻想小說的區(qū)別。

時(shí)間旅行

讓我們先從最讓你感到激動(dòng)的時(shí)間旅行開始說起吧。

現(xiàn)在這年頭，穿越類的小說真多，儼然已經(jīng)成為各大文學(xué)網(wǎng)站和影視劇的一個(gè)大類，各種各樣的穿越手法真是五花八門，令人眼花繚亂，不過那種「月光寶盒」式的無厘頭穿越不在我們今天討論范圍之列。偶爾你也會(huì)看到一些對穿越行為的「科學(xué)原理」的描述，其中最多的是說「根據(jù)相對論，只要速度能超過光速，我們就可以回到過去」。各位，以后凡是看到這種利用超光速穿越的小說，可以立即定義為「科盲幻想小說」，

簡稱「盲想小說」。這種「根據(jù)相對論，超光速就能穿越」的科學(xué)原理簡直自相矛盾得一塌糊涂。相對論的一個(gè)最基本的原理，就是光速是任何運(yùn)動(dòng)的速度極限，是不可能被超過的，而一旦允許超光速運(yùn)動(dòng)，那么相對論本身就被推翻了，又何談「根據(jù)相對論」呢？這是一個(gè)顯而易見的自相矛盾，那么多的「盲想小說家」把這個(gè)奉為至寶——但凡穿越，必超光速，實(shí)在是讓我異常驚訝。

那我們來了解一下，真正的物理學(xué)家研究的時(shí)間旅行到底是一些什么樣的科學(xué)原理和依據(jù)吧。

時(shí)間旅行是廣義相對論研究的課題，目前全世界確實(shí)有很多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)家在探討這方面的可能性。根據(jù)廣義相對論，引力會(huì)使時(shí)空彎曲，引力越強(qiáng)，則時(shí)空的彎曲程度越大。也就是說，根據(jù)廣義相對論的這個(gè)原理，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)空不是平坦的，時(shí)空是有形狀的。

我知道我這么說還是讓你感到不太明白，那么我就來打一些粗糙的比喻來幫助你理解。我們首先把時(shí)空想象成一張紙，我們在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)，就好似沿著紙面運(yùn)動(dòng)，但是請注意一點(diǎn)，如果這張「時(shí)空紙」延伸的方向表示時(shí)間這個(gè)維度的話，那么我們只能朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闀r(shí)間維度是只能朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的，這是時(shí)間維度的物理性狀。

在平坦的時(shí)空中朝著時(shí)間的方向運(yùn)動(dòng)

但是請千萬注意一點(diǎn)，在愛因斯坦的時(shí)空觀里，這張紙是不平坦的，有起伏，有褶皺，我們在「時(shí)空紙」上的運(yùn)動(dòng)就像在崎嶇不平的山路上走路一樣，是高高低低的。

真實(shí)的時(shí)空不是平坦的

現(xiàn)在假設(shè)我們在一個(gè)平坦的時(shí)空中，上午 8︰00 出發(fā)，從時(shí)空的一頭運(yùn)動(dòng)到另外一頭，到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)候，剛好是上午 9︰00（注意，前面我們已經(jīng)說過，任何物體在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)的速度都是光速，所以，在這個(gè)比喻中，你就不要再問我們的運(yùn)動(dòng)速度是多少這樣的傻問題了）。現(xiàn)在再假設(shè)我們經(jīng)過的這段時(shí)空被某種力量彎曲了，那么我們達(dá)到終點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)變成上午 8︰30；如果彎曲的更厲害一點(diǎn)，我們就會(huì)在 8︰10 分到達(dá)終點(diǎn)。

隨著時(shí)空彎曲程度加大，到達(dá)時(shí)間越來越早

現(xiàn)在重點(diǎn)來了。如果時(shí)空這張紙被彎曲成了一個(gè)莫比烏斯帶的形狀，頭尾相連了起來，你就有可能在 7︰50 達(dá)到終點(diǎn)。也就是說你沿著彎曲的時(shí)空走了一圈回來以后，發(fā)現(xiàn)到達(dá)的時(shí)間比你出發(fā)的時(shí)間竟然還早。這意味著你回到了過去。

在一個(gè)時(shí)間圈環(huán)中，到達(dá)時(shí)間早于出發(fā)時(shí)間

因此，在廣義相對論中，時(shí)間旅行的科學(xué)原理是通過一個(gè)時(shí)空的圈環(huán)回到過去，這個(gè)時(shí)空圈環(huán)在《時(shí)間簡史》這本書中被霍金稱為「類時(shí)閉合曲線」（有點(diǎn)拗口，我更喜歡我翻譯的「時(shí)空圈環(huán)」）。愛因斯坦的狹義相對論是不允許時(shí)間旅行的，等到廣義相對論剛剛誕生的時(shí)候，愛因斯坦也不認(rèn)為時(shí)空能彎曲成一個(gè)圈環(huán)。直到 1949 年，他的好朋友——大數(shù)學(xué)家哥德爾（Godel,1906-1978）在廣義相對論方程中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)解，這個(gè)解居然允許宇宙中這種時(shí)空圈環(huán)存在。愛因斯坦當(dāng)時(shí)就震驚了，但隨后他就意識到這個(gè)時(shí)空圈環(huán)正是自己和助手羅森一起發(fā)現(xiàn)的「蟲洞」的某種特性。

所以，靠譜一點(diǎn)的時(shí)空穿梭原理一般都要借助蟲洞來完成，以后看穿越小說記得先翻翻，有沒有提到愛因斯坦—羅森橋或者蟲洞什么的。

非常抱歉，前面出現(xiàn)了一個(gè)讓你莫名其妙的名詞——莫比烏斯帶。不是我故意不解釋，而是這個(gè)東西實(shí)在是太迷人了，我非得另起一段單獨(dú)講講才覺得過癮呢。莫比烏斯帶，也經(jīng)常被叫作魔比斯環(huán)，或者梅比烏斯帶、麥比烏斯帶等等，都是翻譯帶來的麻煩，英文名稱是 Mobius Strip。這是諸多科幻小說、科幻電影經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)神奇事物，它往往象征著時(shí)空穿梭。以它的發(fā)現(xiàn)者莫比烏斯命名，到現(xiàn)在也快有兩百年了。

莫比烏斯帶

看到?jīng)]？上面這個(gè)就是莫比烏斯帶，其實(shí)就是把一張紙條的一頭擰半圈然后和另一頭粘起來，形成一個(gè)圈圈。但是你千萬千萬不要小看這個(gè)圈圈，這個(gè)圈圈有著許許多多迷人的特性。如果你在這個(gè)圈圈上跑步，你就可以一直往前跑，不用翻越任何邊界而跑過所有的面。如果你拿一只毛筆，沿著紙面只用一筆就可以把顏色涂滿整個(gè)紙帶。這個(gè)圈圈和我們平常認(rèn)識的任何像手鐲這樣的圈圈不同，這個(gè)莫比烏斯帶只有一個(gè)面，如果你沿著手鐲表面的中線一刀剪下去，那么手鐲就會(huì)一分為二成為兩個(gè)各自獨(dú)立的手鐲。但是神奇的是，如果你同樣沿著莫比烏斯帶的中線剪一圈，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)莫比烏斯帶不會(huì)一分為二，而是會(huì)成為一個(gè)更大的圈圈。然后你再沿著這個(gè)圈圈的中線剪開，你會(huì)神奇地發(fā)現(xiàn)，這次剪出了互相嵌套在一起的兩個(gè)圈圈。然后把兩個(gè)圈圈再各自沿著中線剪開，又會(huì)變成互相嵌套的四個(gè)圈圈。

這么剪下去永無止境，最后圈圈套圈圈復(fù)雜得可以把你搞瘋掉。你是不是很有沖動(dòng)去試試看了？別忙，還有更有意思的特性。首先來跟我認(rèn)識一下所謂自然界中的「左右手系」對稱。想一下左右兩只手套，這兩只手套你怎么看它都像是對稱的，但問題是，如果你不把手套在空間中翻一個(gè)面的話，你永遠(yuǎn)也無法把兩只左右手套完全重合地上下疊在一起，就好像你怎么也不能把左手套在不翻過一面的情況下戴進(jìn)自己的右手中。不過，如果你讓一只左手套沿著莫比烏斯帶轉(zhuǎn)剛好一圈（不是兩圈），這只手套就會(huì)翻過一面成為一只右手套，但是請千萬記住它的神奇之處就在于：如果手套有感覺的話，它根本不會(huì)發(fā)現(xiàn)自己其實(shí)被翻過了一個(gè)面，在它的感覺中，它只是沿著一個(gè)面不停地運(yùn)動(dòng)，不知怎么的就從左手系變成了右手系，再運(yùn)動(dòng)一圈又變回了左手系。真是要命的感覺。

左手套轉(zhuǎn)一圈變成了右手套

伽莫夫?qū)懙闹目破战?jīng)典《從 1 到無窮大》中就說，如果類似莫比烏斯帶這樣的事情也能發(fā)生在三維空間中，我們的鞋子制造商就會(huì)大為欣喜，他們只要生產(chǎn)左腳的鞋子，然后通過莫比烏斯空間傳送帶轉(zhuǎn)一圈回來，就成了右腳的鞋子，真是爽死了。而一個(gè)人如果上了這個(gè)莫比烏斯空間傳送帶，轉(zhuǎn)一圈回來則發(fā)現(xiàn)自己的心臟跑到右邊去了，這就不爽了。但問題是，我們很容易想象兩維的紙片做成的莫比烏斯帶，那到底有沒有三維的物體形成像莫比烏斯帶這樣神奇的左右手系互轉(zhuǎn)的形狀呢？答案是有的，1882 年德國數(shù)學(xué)家克萊因（Klein,1849-1926）找到了一種以他的名字命名的模型，叫作「克萊因瓶」。

克萊因瓶

瞧瞧，就是這種極其怪異的瓶子（但這僅僅是克萊因瓶的近似樣子，真正的克萊因瓶是沒法直接做出來的，因?yàn)檎嬲目巳R因瓶是不會(huì)互相穿過的，這需要一點(diǎn)空間扭曲的想象力）。你盯著它看 3 分鐘，想象你在這個(gè)瓶子的表面跑步的情景，我保證你會(huì)越看越神奇，越看越覺得不可思議，直到邏輯徹底混亂為止。你想象一下，如果時(shí)空扭曲成這種神奇的形狀，那么你就完全有可能坐著宇宙飛船從 21 世紀(jì)出發(fā)，到 19 世紀(jì)返回；穿越了一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，如果繼續(xù)往前又會(huì)返回 21 世紀(jì)。

太神奇了，物理學(xué)家居然真的給他們搞出了一套回到過去的理論。但是很快，人們就發(fā)現(xiàn)，如果允許回到過去的話，會(huì)產(chǎn)生一些邏輯上的悖論，或者說一些怪圈。比如最著名的「祖母悖論」，你可能早已耳熟能詳了，就是你如果回到過去殺死了你的祖母，那么你祖母既然死了，你又怎么能存在？你不存在了又怎么能回去殺死你的祖母呢？我總覺得這個(gè)故事寫得拗口不已，完全沒必要這么復(fù)雜的嘛，簡單說來就是如果你回到過去殺死以前的自己的話，又怎么能有后面的你回到過去自殺呢。

總之，這樣的祖母悖論型的邏輯悖論我們隨便就能想出很多很多。有一個(gè)最變態(tài)的悖論說的是，你在未來給自己做了變性手術(shù)，然后回去找到自己，和原來的自己生下了自己。我真服了想出這個(gè)邏輯悖論的「淫」（人）。這些悖論又如何解決呢？物理學(xué)家們研究廣義相對論，確實(shí)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方法論證出了時(shí)空圈環(huán)的可能性，但是祖母悖論又顯然在挑戰(zhàn)我們的常識，沒有人能接受祖母悖論會(huì)真的發(fā)生。

現(xiàn)代的物理學(xué)家們?yōu)榇藸幷摬恍荩氤隽烁鞣N各樣的解決方案來避免邏輯悖論的發(fā)生，有代表性的解決方案有這么幾種：

第一種，叫作自由意志喪失說。物理學(xué)家說所有該發(fā)生的歷史都已經(jīng)發(fā)生了，你不可能改變這個(gè)歷史，所以一旦你回到過去，你就會(huì)喪失自由意志，你完全被歷史所控制，你無法改變?nèi)魏螝v史的一丁點(diǎn)。

第二種，叫做時(shí)空交錯(cuò)說。物理學(xué)家說你是可以回到過去，但是你回到的那個(gè)時(shí)空和真實(shí)的歷史時(shí)空是平行糾纏在一起的，但永遠(yuǎn)不可能相交，你可以看見歷史，但不能影響歷史。這個(gè)我聽懂了，不就是說「只能看，不能摸」嘛。

第三種，叫做多歷史說。這個(gè)理論首先是由一個(gè)叫費(fèi)曼（Feynman，1918—1988）的美國物理學(xué)家提出來的，他說歷史不止有一個(gè)，你可以回去殺死你的祖母，你也可以回去干任何事情，甚至殺死羅斯福讓希特勒取得勝利，什么都可以干。但是請記住，你影響的那個(gè)歷史和我們這個(gè)世界的歷史不是同一個(gè)。換句話說，當(dāng)你干下了任何改變歷史的事情時(shí)，世界就分裂成了兩個(gè)世界，在我這個(gè)世界中希特勒倒臺(tái)了，在你那個(gè)世界中希特勒最后成了全世界的偶像。說老實(shí)話，這個(gè)理論真夠瘋狂的，為了讓時(shí)間旅行合理，動(dòng)不動(dòng)就克隆出無數(shù)個(gè)世界出來。但恰恰是最后這個(gè)看起來最瘋狂的理論，卻得到了最多物理學(xué)家的支持，包括像霍金這樣的大科學(xué)家也支持該理論（霍金《大設(shè)計(jì)》）。這就是現(xiàn)在大熱的「平行宇宙」說。

難道物理學(xué)家都瘋了嗎？這世界有這么瘋狂嗎，怎么會(huì)去相信聽起來如此不靠譜的一個(gè)理論呢？這是有原因的。因?yàn)樵谶^去幾十年中，隨著物理學(xué)家們對量子物理的深入研究——所謂的量子物理，就是研究比針尖還小幾萬萬萬（至少還得打好幾個(gè)萬）億倍的基本粒子的行為的物理學(xué)。物理學(xué)家們越來越發(fā)現(xiàn)，這個(gè)世界真是不可思議，很多微觀世界的現(xiàn)象只能用一些聽起來很唯心的、很過分的、很瘋狂的理論去解釋，否則如果按常理的話怎么也說不通，包括這個(gè)多歷史的現(xiàn)象似乎在微觀世界中每時(shí)每刻都在發(fā)生著。

你可能也看出來了，真要想時(shí)間旅行，以我們?nèi)祟惉F(xiàn)在的技術(shù)是不可能達(dá)到的。要扭曲時(shí)空就必須要有巨大的引力，產(chǎn)生引力就要有巨大的質(zhì)量，而質(zhì)量和能量又是可以互相轉(zhuǎn)換的，所以歸根到底要有巨大的能量。日裔美籍著名的物理學(xué)家和科普作家加來道雄在他的《不可能的物理學(xué)》中曾經(jīng)做了一個(gè)簡單的計(jì)算，說：「如果我們能把太陽一天放出的能量全部采集下來的話，可以打開一個(gè)只有幾納米大小的蟲洞，這個(gè)蟲洞最多只能允許把你分解成無數(shù)的原子通過后，再在另外一頭組裝起來。」這個(gè)能量大約是多大呢？太陽 24 小時(shí)放出的能量大約是 1028 千瓦時(shí)，2015 年全球消耗的能量大約是 1014 千瓦時(shí)，兩者相差了 1014 倍，也就是 100 萬億倍，換句話說，太陽一天放出的能量就夠地球使用 100 萬億年，嗚呼，看來真是難啊。

但你可能也會(huì)跟我一樣想到這樣一個(gè)問題，我們現(xiàn)在是沒有能力制造時(shí)間機(jī)器，但是未來人呢？如果在遙遠(yuǎn)的未來有人造出了時(shí)間機(jī)器，那么那個(gè)人就有可能乘坐時(shí)間機(jī)器，回到我們或者我們以前的時(shí)代。但是為什么我們從來沒有見到過這樣的未來人呢？歷史上也從未記載有未來人光臨。假設(shè)未來無限遠(yuǎn)的話，假設(shè)時(shí)間機(jī)器確實(shí)可以造出來的話，那么概率再小也應(yīng)該有未來人回來了啊。有這個(gè)想法的人還真不少呢，2005 年，為了慶祝國際物理年，同時(shí)也是為了慶祝相對論誕生 100 周年，美國麻省理工學(xué)院舉辦了一場「時(shí)間旅行者大會(huì)」，舉辦方鄭重地在報(bào)紙上刊登廣告，邀請未來的時(shí)間旅行者光臨會(huì)場，并且攜帶未來的物品作為證據(jù)。大會(huì)開了一天，確實(shí)來了很多「旅行者」，可惜沒有一個(gè)能讓人相信是「時(shí)間旅行者」。這些旅行者都辯稱時(shí)間旅行只能光著屁股旅行，就像施瓦辛格扮演的終結(jié)者那樣，所以沒有信物。各位親愛的讀者，這件事，你們相信還是不相信呢？

星際殖民

好了，關(guān)于時(shí)間旅行的話題我們就聊到這里。這個(gè)話題其實(shí)蠻有趣的，我建議你把我前面說的那些好好地看上三五遍，然后記下來，和朋友喝茶吃飯聊天的時(shí)候用自己的語言復(fù)述一遍，保證能讓你大放異彩。本人就是經(jīng)常這樣放放異彩的，結(jié)局往往是話講完了，菜也被別人吃完了。

講完了時(shí)間旅行，我們該來說說同星際殖民有關(guān)的話題了。在《銀河英雄傳說》中，自由行星同盟的國父海尼森遠(yuǎn)征兩萬光年，去尋找適合人類居住的外星球。那么真正的星際旅行可能嗎？會(huì)遇到什么樣的事情？如果我們真的能在幾十甚至幾百光年（幾萬光年我是不敢想的）的范圍內(nèi)建立第二個(gè)、第三個(gè)地球，我們這些星際殖民者的日常生活和時(shí)空觀念在相對論的理論下又該是一個(gè)怎樣的情景呢？這類題材的科幻小說也不少，包括著名的《銀河英雄傳說》，但是小說中的很多事情都是不可能真實(shí)發(fā)生的，真實(shí)的世界可能會(huì)令人非常沮喪。讓我們先從一堂令人沮喪的算術(shù)課開始這個(gè)話題吧。

如果我們要到太陽系以外的地方去殖民，首先我們至少要飛往一個(gè)恒星系，只有在恒星的附近才有可能出現(xiàn)適宜人類居住的星球，恒星就是那顆星球的太陽，給它溫暖和能量，如果沒有恒星，那么在黑漆漆的宇宙中我們肯定是會(huì)被凍死的。讓我們仰觀蒼穹，看看滿天的星星離地球有多遠(yuǎn)吧。天文學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，離地球最近的一顆恒星叫作比鄰星（半人馬座α星 C），距離我們的時(shí)空距離是 4.3 光年。所謂光年就是光跑一年走過的距離。光年這個(gè)單位，在你小的時(shí)候，看到后可能會(huì)認(rèn)為是一個(gè)時(shí)間單位，長大后懂的多一點(diǎn)了，才知道是個(gè)距離單位。現(xiàn)在當(dāng)你有了時(shí)空的概念以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)光年這個(gè)單位其實(shí)是時(shí)空單位。在宇宙空間中，因?yàn)闀r(shí)空的不平坦性，其實(shí)你是沒法用千米去定義距離的，在宇宙中只能用光年來定義時(shí)空距離，你可以把它看成是距離單位，你把它看成是時(shí)間單位也問題不大，時(shí)間空間已經(jīng)成為一個(gè)整體，不分你我。

總之，即使是離我們最近的恒星聽上去也是離我們非常遙遠(yuǎn)的，光都要走 4.3 年嘛。同學(xué)們，現(xiàn)在我們來做一些簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算，看看這顆比鄰星離我們到底有多遠(yuǎn)。以人類目前掌握的技術(shù)而言，最快最快的宇宙飛船能飛得多快呢？即使是按照最樂觀的估計(jì)，大概也只能達(dá)到光速的萬分之一。來，算算看，它飛到比鄰星得多少年？沒錯(cuò)，是 4.3 萬年。有沒有搞錯(cuò)？！你驚呼一聲，我以為人類的宇宙飛船已經(jīng)夠快了，沒想到那么慢啊。抱歉，我這還是給足了人類面子了，阿波羅登月飛船飛到月球差不多用了四天時(shí)間，我已經(jīng)讓人類最快的宇宙飛船飛到月球的時(shí)間減少到三小時(shí)了。而且，我這還是忽略了加速和減速的時(shí)間（這大概還要耗掉兩百年呢）。看來，以人類目前的技術(shù)實(shí)力，飛往比鄰星是沒戲了，4.3 萬年，不用說人類的壽命問題，就算你能在飛船上生兒育女一代代地延續(xù)，也沒有任何機(jī)器設(shè)備能工作那么久的時(shí)間，金屬也會(huì)疲勞。

看來必須要提升飛船的速度。那么你們覺得至少要達(dá)到什么速度才有可能進(jìn)行星際殖民呢？掐指一算，可能得出的結(jié)果是最低速度怎么著也得達(dá)到光速的十分之一，也就是 0.1c 吧，這樣我們飛到最近的比鄰星就只需要 43 年了。我們且不談把速度從光速的萬分之一提到光速的十分之一技術(shù)難度有多高，因?yàn)榻裉熘皇且惶盟阈g(shù)課。

聽起來貌似靠譜，從地球出發(fā)，算上加速減速的時(shí)間，飛 50 年到達(dá)目的地，到了以后發(fā)個(gè)電報(bào)回來告知情況，地球用四年多時(shí)間收到電報(bào)。這樣的話，如果我有幸 30 歲的時(shí)候能到 NASA（美國國家航空航天局）參與這個(gè)偉大的比鄰星探索計(jì)劃，那么當(dāng)我 84 歲的時(shí)候就有望聽到從比鄰星那邊傳回來的消息。總算馬馬虎虎還能接受，在我有生之年還是有希望知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。

但是，同學(xué)們啊，千萬別忘了，我們說的只是離地球最近的比鄰星，我們的目的可是要尋找適合人類居住的星球，并不只為了到別的恒星系中看看風(fēng)景。遺憾的是，比鄰星系很可能找不到任何行星，去了也是白去。

按照現(xiàn)在天文學(xué)家的估計(jì)，我們距離最近的宜居行星，大概至少有 50 光年的距離。這也就意味著，我們即便達(dá)到了 0.1c 的速度，飛過去至少也要花 500 年的時(shí)間。并且隨著最大速度的增加，加速減速需要消耗的時(shí)間也會(huì)迅速上升，要達(dá)到 0.1c 的速度，加速減速所需要的時(shí)間可能要占到總飛行時(shí)間的一半。顯然，人類不可能到來回飛一趟要 1000 年的地方去拓展殖民地的，就好像你不能指望原始人靠游泳從歐洲去美洲新大陸拓展殖民地一樣。這個(gè)速度還是不夠快，還得提升。那你覺得，以 50 光年考量的話，我們的速度至少要達(dá)到多少，才有可能進(jìn)行星際殖民呢？

你心里想著可能需要反算一下，也就是我們先設(shè)定多少年能飛到的心理預(yù)期，然后再反推要達(dá)到的速度。經(jīng)過一番掙扎，你可能會(huì)想，好吧，不管怎樣，讓我在到達(dá)目的地后，能讓我的親人在有生之年知道我活著到達(dá)就可以了。但是我將非常遺憾地告訴你，不管我們怎么努力，哪怕我們的星際飛行速度能無限接近光速，你的這個(gè)樸素的愿望還是無法實(shí)現(xiàn)，你的親人也不可能在有生之年得到你的消息。理由很簡單，假設(shè) 50 光年外的那顆星球叫作「奧丁」（《銀河英雄傳說》中銀河帝國的首都星），你首先至少要用 50 年的時(shí)間飛到奧丁，到達(dá)以后你往回發(fā)一個(gè)電報(bào)，這個(gè)電報(bào)也需要 50 年的時(shí)間到達(dá)地球，你在地球上的親人從你出發(fā)那天起最少也要等 100 年才能等到你這個(gè)報(bào)平安的電報(bào)。

這確實(shí)是一堂令人沮喪的算術(shù)課。看來，要想星際移民，你出發(fā)的那天就是和你所有親人永別的一天；對你的親人來說，你不但是一去不復(fù)返，而且這一去就是杳無音信，他們等待一生也得不到你平安抵達(dá)的消息。

但是，如果我們的飛船速度能在很短的時(shí)間內(nèi)加速到無限接近光速（雖然這在今天在技術(shù)上還是無法想象的，甚至連理論上的可能都沒有），對于星際旅行者的你來說，情況卻要樂觀得多，50 光年的距離對你來說就像是在地球上做了一次長途旅行而已。根據(jù)時(shí)空中運(yùn)動(dòng)速度恒定的原理，你在空間中的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)分走你在時(shí)間中運(yùn)動(dòng)的速度，換句話說，你飛得越快，你的時(shí)間流逝得越慢。假設(shè)你以 0.9999c 的速度飛向 50 光年外的奧丁星的話，你自己感覺僅僅用 81 天就抵達(dá)了，而你在地球上的親人則已經(jīng)老了 50 歲，我們用下面的時(shí)空運(yùn)動(dòng)圖來表現(xiàn)這個(gè)概念：

地球上的人和星際飛船上的你在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)

在這張圖中，大家都以奧丁星為參照物，地球上的人在時(shí)間中運(yùn)動(dòng)得很快（接近光速），但是在空間中運(yùn)動(dòng)得很慢；而星際飛船上的你則恰恰相反，你在時(shí)間中運(yùn)動(dòng)得很慢，但是在空間中運(yùn)動(dòng)得飛快（接近光速）。所以，以你自己的感覺，你沒有用多少時(shí)間就從地球飛過來了，但與此同時(shí)，地球上的時(shí)間卻在飛速流逝。

沿著上面這個(gè)思路，我們可以得出一個(gè)推論：如果地球和奧丁的時(shí)空距離是 50 光年的話，那么就意味著它們的時(shí)間距離至少為 50 年，也就是說，這兩顆星球的人想要發(fā)生任何相互接觸，不管是通訊還是旅行，總之，這個(gè) 50 年是不可逾越的。我們現(xiàn)在假設(shè)你供職于地球上的一家公司，公司派你去奧丁的分公司出差，你坐上星際飛船到達(dá)奧丁，辦了幾天公事再回到地球的時(shí)候，盡管你自己覺得只用了幾個(gè)月甚至更短的時(shí)間，但是地球已經(jīng)過去了一百多年，你的老板早就過世了，你供職的這家公司是否還存在也很難說了。因此，在星際殖民時(shí)代，恐怕不會(huì)發(fā)生派人去別的星球出差辦點(diǎn)事再回來這種事情，雖然這樣的情節(jié)在星際殖民題材的科幻小說中比比皆是（比如電影《阿凡達(dá)》）。

那么我們再來看看在星際殖民時(shí)代的約會(huì)又會(huì)有哪些特點(diǎn)呢？你和你的朋友都在地球上，有一天你們心血來潮相約要到奧丁去見面，比如說你們約定在一年后的今天見面，然后分手各自準(zhǔn)備行程去了。我提醒你們注意，你們千萬不要以自己的手表為準(zhǔn)，哪怕你們分手的時(shí)候?qū)Ρ韺Φ迷倬_也沒用。你們必須非常精確地算準(zhǔn)你們的時(shí)空坐標(biāo)，特別要注意時(shí)空運(yùn)動(dòng)速度恒定這條鐵律，各自小心翼翼地算好自己的空間運(yùn)動(dòng)速度會(huì)如何影響時(shí)間運(yùn)動(dòng)速度，否則將要發(fā)生的可就完全不是一個(gè)人早到一會(huì)兒等著另外一個(gè)人飛過來，而是很可能發(fā)生這種情形：先到的一個(gè)人苦苦等待一生之后，老得牙齒都快掉光了才終于見到了活蹦亂跳的另外一個(gè)人。

在星際旅行時(shí)代，兩個(gè)人的年齡再也無法處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)了。拿《銀河英雄傳說》里面的故事來說，情節(jié)會(huì)變成這樣：米達(dá)麥亞和羅嚴(yán)塔爾奉命去星際空間打擊海盜，這兩人指揮著各自的戰(zhàn)艦出發(fā)了。由于戰(zhàn)事激烈，他們在廣袤的太空中作戰(zhàn)，經(jīng)常要變換自己飛船的速度，而且偶爾能剛好在太空中會(huì)合一下，互相見見面。于是在這些日子里，他們會(huì)對每次見面相隔的時(shí)間產(chǎn)生完全截然不同的意見，米達(dá)麥亞覺得隔了好幾個(gè)月才遇上羅嚴(yán)塔爾，而羅嚴(yán)塔爾卻說我們昨天才剛剛見過面呀。下一次見面的時(shí)候，米達(dá)麥亞覺得也就過了不到一個(gè)禮拜，但是羅嚴(yán)塔爾卻堅(jiān)持聲稱至少已經(jīng)過去了三個(gè)月。這哥倆每見一次面就爭吵一次。他們都得特別小心地控制自己飛船速度，萬一速度太快了，等他們回到奧丁的時(shí)候，他們的司令官萊因哈特就已經(jīng)過世很多年了。

因此，在星際殖民時(shí)代，必須建立宇宙歷、宇宙標(biāo)準(zhǔn)時(shí)和統(tǒng)一的時(shí)空坐標(biāo)參照系。好在咱們的銀河系有一個(gè)好處，那就是所有的恒星基本處在相對靜止的狀態(tài)。我們地球和奧丁星之間的相對運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該是很小的，并且我們不妨假設(shè)人在奧丁星和在地球上所受到的引力大小基本相當(dāng)。這個(gè)應(yīng)當(dāng)好理解，人類不會(huì)習(xí)慣在一個(gè)能使自己體重突然增加好幾倍或者輕好幾倍的地方長期生活，總還是要在一個(gè)能基本適應(yīng)的范圍內(nèi)，而這個(gè)引力大小對于時(shí)空彎曲程度來說是可以忽略不計(jì)的。

所以，如果真到了那個(gè)在奧丁星殖民的時(shí)代，地奧聯(lián)邦政府可能會(huì)同意我的建議，把地球和奧丁星看成是一個(gè)大的參考系，這個(gè)參考系跨越了 50 光年的時(shí)空，在這個(gè) 50 光年的范圍內(nèi)建立時(shí)空坐標(biāo)。以新的宇宙歷法規(guī)則通過的那天零時(shí)為銀河紀(jì)年元年，仍以一個(gè)地球日和一個(gè)地球年作為標(biāo)準(zhǔn)宇宙歷法的標(biāo)準(zhǔn)日和標(biāo)準(zhǔn)年，在銀河紀(jì)元元年的零時(shí)零分啟動(dòng)一只精心調(diào)快過的原子鐘，然后把這只原子鐘放上星際飛船，以接近光速的速度帶到奧丁星，到達(dá)以后再把原子鐘的頻率調(diào)成跟在地球上一樣。于是我們會(huì)看到，在奧丁星上的宇宙歷生效的那個(gè)時(shí)刻，原子鐘顯示的可能已經(jīng)是：銀河紀(jì)年 50 年 2 月 21 日 9 時(shí) 13 分 10 秒。因此，奧丁星上的宇宙標(biāo)準(zhǔn)歷和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的時(shí)間是直接從 50 年后開始的，而不是像地球一樣從元年開始，當(dāng)然，奧丁星上的人必然還要根據(jù)自己星球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)日期（奧丁星不一定有衛(wèi)星，所以可能沒有月份的概念）制定自己的地方時(shí)，以便生活。

所以，奧丁星上的手表一般都必須顯示兩個(gè)時(shí)間，一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)宇宙歷的時(shí)間，一個(gè)是奧丁歷的時(shí)間。這些手表還得有一個(gè)特殊功能，那就是登上星際飛船后，可以根據(jù)星際飛船的飛行速度調(diào)節(jié)手表的頻率，飛得越快，表的頻率就得跟著調(diào)得越高。

假想一下你在星際飛船上看著時(shí)間飛快地跳動(dòng)，一年一年就在你眼前像走馬燈一樣流逝，你會(huì)產(chǎn)生一種什么樣的感覺呢？最要命的是，這些走馬燈般流逝的時(shí)間并不是幻覺，而是實(shí)實(shí)在在地發(fā)生在地球和奧丁星上的時(shí)間流逝。地奧聯(lián)邦政府還有一條不得不頒布的法令，那就是所有的星際飛船上的時(shí)間頻率調(diào)快的行為都必須全部詳細(xì)記錄在案，調(diào)快頻率后流逝的時(shí)間不能算作年齡的增長。如果不頒布這條法令，那么這個(gè)世界的倫理就要徹底混亂了，人們再也搞不清楚誰比誰年齡大了。

以上這些就是最粗略的星際殖民時(shí)代的時(shí)間觀念。對于那些要登上星際飛船的人來說，他們必須要做好十足的心理準(zhǔn)備，因?yàn)榈巧巷w船的那個(gè)時(shí)刻就是他們真正告別過去、奔向未來的時(shí)刻。星際飛船是一艘真正的時(shí)間機(jī)器，只不過這部時(shí)間機(jī)器只能把人帶向未來而無法返回過去。一旦登上了星際飛船，那么過去的一切就將過去，對于過去的一切親朋好友來說，你死了，而對你自己來說，親朋好友們死了，因?yàn)槟銈兇松僖膊豢赡芟嘁娏恕．?dāng)親朋好友們向你揮手道別，看著你登上星際飛船的景象，那就跟看著你走入棺材是一模一樣的心情。各位親愛的讀者，我很想知道，此時(shí)此刻的你對于星際殖民時(shí)代是感到興奮呢，還是沮喪呢？過去曾經(jīng)看到過的很多此類題材的科幻小說和科幻電影，是不是都有一點(diǎn)點(diǎn)變味了呢？