时光旅行，可能吗？
自从韦尔斯在1895年写下《时光机器》这部脍炙人口的小说后，时光旅行就一直是科幻小说的流行主题。可是这真的造得出来吗？我们真能造部机器把人传送到过去或未来吗？
在过去数十年中，时光旅行一直是和科学殿堂沾不上边的，但近年来，这个话题已经开始在理论物理学家间发酵，其动机一部分是好玩，想一想时光旅行其实是蛮有趣的，但此研究也有它严肃的一面。了解因果关系，对于创制一统的物理理论是个关键。如果不受限的时光旅行竟成可能，甚或只是原理上行得通，则此一统理论的本质也会受到彻底的影响。
我们对时间的最佳认识是从爱因斯坦的相对论而来。在相对论问世前，一般认为时间是既绝对又普适，不论所处物理环境为何，它对每个人都一样。在其狭义相对论中，爱因斯坦倡议，我们测到的两个事件的时间间隔，会取决于观察者如何运动。重要的一点是，做不同运动的两位观察者感受同样两个事件，这两事件间流逝的时间并不相同。
相对论中的「时差」
这个效应通常是利用「孪生子佯谬」（twin paradox）来叙述。假设莎莉和山姆是孪生子。莎莉登上一艘火箭船以高速驶往邻近的恒星，调个头，然后飞回地球，而山姆则始终留守家园。就莎莉而言，这趟旅程也许耗时一年，可是当她回来踏出宇宙飞船时，会发现地球上已历经10年了。她的兄弟已经比她老了九岁。莎莉和山姆这下就不再同岁数，虽然他们是同一天生的。这例子可说明其中一类有限制的时光旅行，实际上，莎莉已跃入九年后地球的未来。
每当两个观察者之间有相对运动时，这个叫作「时间膨胀」（time dilation）的效应就会发生。但在日常生活中，我们不会感受到这种奇异的时间扭曲，这是因为此效应只在运动接近光速时才显著。就以飞机的速度来算，时间膨胀在一般的飞航旅程中也只有数奈秒而已，比起韦尔斯那类的历险来，根本是小巫见大巫了。然而，原子钟的精准度确实能记录这个时间差，并验证时间真的会因运动而拉长。所以，到未来旅行是个已经证实的事情，虽然到目前为止，这么小的量实在没什么好令人兴奋的。
想看到真正显著的时间扭曲，我们就必须突破日常经验的藩篱。次原子粒子在大型加速器中便可推进到几近光速，而当中的一部分粒子就有内在的钟，例如缈子，因为它们有固定的半衰期。我们发现，加速器内快速运动的缈子的确是以慢动作在衰变，就如爱因斯坦理论所预言。某些宇宙射线也会经历到很惊人的时间扭曲，这些粒子的运动速度太接近光速，以致从它们的观点来看时，穿过宇宙只花了数分钟，但是从地球的参考坐标系来看，它们似乎花了数万年才办到。如果时间扭曲没发生，这些粒子早就会因衰变而永无到达之日。
建造蠹孔时光机器的三个步骤
1.寻找或制造一个蠹孔︰这是连接空间中两地点的一种隧道。大的蠹孔也许自然存在于太空深处，是大霹雳的遗迹。要不然我们就只好拿次原子蠹孔来充数。它们可能自然存在（有人说它们就在你我周遭不断冒出又消失），或是人造的（譬如此处所想象，由粒子加速器制造）。这些小蠹孔必须放大到有用的大小，譬如用上类似大霹雳后让空间膨胀的能量场。
2.使蠹孔稳定︰注入负能量，譬如利用开斯米效应（Casimir effect）等量子方式，使讯号或物体得以安全穿越蠹孔。蠹孔倾向于挤压成一个密度无穷大或近乎无穷大的点，而负能量可对抗这个趋势；换言之，它会避免蠹孔变成黑洞。
3.拖曳蠹孔︰假设有一艘具有高度先进科技的宇宙飞船，会将蠹孔的两个口分开。其中一个开口或许可置放于中子星表面附近。中子星是极度致密、有强大重力场的星球，此强重力场会使时间过得慢多了。由于时间在蠹孔的另一开口处过得较快，此两开口便在空间及时间上都被分开来了。
速度是让时间往前跳的一个办法，而重力是另一个办法。在爱因斯坦的广义相对论中，他预言了重力会让时间变慢。时钟在阁楼上会比在地下室中走得稍快些，因为地下室较接近地心，所以是在比较强的重力场中。同理，时钟在太空中跑得比在地面上快。再一次地，该效应是极其微小的，但我们已运用准确的时钟直接测量到了。事实上，这些时间扭曲效应在全球定位系统中都必须计入，否则水手、出租车司机及巡弋飞弹会发现自己竟偏离路线许多公里。
在中子星表面，重力场强到会让时间比地球时间延迟了30%。从这种星球看到我们这里发生的事件，就像把录像带往前快转一样。黑洞更是时间扭曲的极端范例：在它的表面上，时间相对于地球而言是静止不动的，这表示如果你从黑洞旁边掉进去的话，则在你到达表面的那一小段时间内，外面的宇宙就已经历了沧海桑田的永恒。所以自外界看来，黑洞附近的区域简直是时间的化外之地，因此，如果有位航天员可以贴近黑洞再折回而毫发无伤的话（我得说，这是很唐吉诃德式的英勇举动），那他应可跃入远远的未来。
旋得晕头转向
截至目前，我只谈论了往未来旅行。那往过去又如何？这问题就大了。1948年，美国新泽西州普林斯顿高等研究院的哥德尔（Kurt Godel），造出了一个爱因斯坦重力场方程式的解，用来描述旋转的宇宙。在这个宇宙里，航天员可经由在空间中旅行而回到他自己的过去，此乃肇因于重力对于光的影响。宇宙的转动会拖着光线（也就包括了物体彼此之间的因果关系）一起走，使得物质实体可以在空间及时间中都循着一条封闭曲线运动，而且在这粒子附近，全程都不会超过光速。哥德尔的解在当时只被视为好玩的数学游戏，没有人认真看待，毕竟经由观测显示，宇宙并无半点整体在旋转的迹象。不过他的结果仍然证明，时光倒流并非为相对论所禁止的。事实上呢，爱因斯坦还承认，他曾被自己的理论在特定情况下可能允许时光倒流这想法所苦哩！
接着也发现别种「旅行到过去」的方式，例如1974年在美国杜兰大学的提普勒（Frank J. Tipler）就曾做过计算，一个质量很大、无限长的圆柱体，若沿着轴心以接近光速自转，便可让航天员造访他自己的过去；同样的，这也是拖着光线绕着轴，以封闭曲线运动。1991年，美国普林斯顿大学的戈特（Richard Gott）则预测，宇宙弦（宇宙学家认为这种结构是在大霹雳初期形成）可以造成相似的结果。但是在1980年代中期，制造时光机器最实际的方法业已出现，那就是利用蠹孔（wormhole）这个概念。
在科幻小说里，蠹孔有时候也叫「星际闸门」，因为它们为空间中相距甚远的两点之间提供了一条快捷方式。跳进这么一个假设中的蠹孔，你也许能在瞬间后从星系的另一头出现。蠹孔可以很自然地符合广义相对论，正由于重力既会扭曲时间，对空间亦然。这个理论就好像我们可以在两点间另辟蹊径，或是挖凿隧道使之相连一样；数学家把这种情形称作「多连通空间」（multiply connected space）。正如贯穿山丘的隧道会比绕山而行的道路要短，一个蠹孔也可能会比平常空间中的一般路径短。
在1985年萨根（Carl Sagan）所写的小说《接触未来》之中，蠹孔也担纲一种假想装置的角色。受到萨根的激励，美国加州理工学院的索恩（Kip S. Thorne）与他的伙伴，决定要找出蠹孔是否和已知的物理学相符。他们的出发点是，蠹孔应与黑洞相似，都是有着骇人重力的物体，但与只提供单行道却到不了任何地方的黑洞不一样的是，蠹孔除了有个入口之外，还会有个出口。
置身于循环之内
要使蠹孔可以通行，它就得包含索恩称之为「奇异物质」的东西。简单说，这是一种能产生反重力的东西，从而能抗衡巨大质量系统会因自身重量而内爆成黑洞的自然趋势。反重力（或称重力排斥）可藉由负能量或负压力而产生，我们已知负能量状态可在若干量子系统内存在，这表示索恩的奇异物质并未被物理定律所排除，虽然我们也不清楚是否可以集结够多的反重力物质来保持蠹孔的稳定。
很快地，索恩与他的同事便体认到：一旦可以制造出稳定的蠹孔，那它就可以很容易转变成一部时光机器。一位穿越蠹孔的航天员，也许不只是在宇宙的某个地方出现，他还可以在某个时刻出现，而这「某时」可以是未来，或是过去。
要改造蠹孔以进行时光之旅，可以把它的一个开口拖往中子星，并安放在其表面附近。中子星的重力会使蠹孔开口处的时间减慢，这样就会使蠹孔两端的时间差逐渐累加。如果我们接着把两个开口安置在适宜的空间位置上，这个时间差就会冻结住。
假设此时间差是10年，一位单向穿越此蠹孔的航天员就会跃入10年后的未来，而逆向穿越的航天员就会跃入10年前的过去。只要这第二位航天员以高速经由平常的空间返回出发点，则他的确有可能于尚未出发前便返回家园。换句话说，空间中的一条循环也有可能成为时间的循环。唯一的限制是：航天员不可能回到蠹孔首度制造出来之前的时间点。
要制造一台蠹孔时光机器所面临的最大难题，就是要先制造一个蠹孔。也许空间早就自然地为这些结构所缠绕，因为它们是大霹雳的遗迹；果真如此，或许已经有某个超文明可以驾驭它。另一种可能性则是，蠹孔可能在普朗克长度（约10-33公分）这种极微的尺度下自然存在，这可是只有原子核的1/1020那么小。理论上，这么小的蠹孔，只需要一束能量脉冲便可将之稳住，接着便可将它膨胀到可资使用的大小。
