“时间机器”真的可以造出来，让人类穿越时空吗？

很多朋友对时间机器比较感兴趣，因为时间与我们日常生活息息相关，但是我如果问你：什么是时间？你仔细思考会发现这个问题很难回答，因为我们认为熟悉的事物突然变得那么陌生。没错，我们对时间的理解确实还处于探索的初级阶段，连时间的定义都没有一个明确的标准。

但是时间到底是什么呢？我们很难回答这个问题，却可以测量?它?，因为要研究一个事物最简单的办法就是去?测量?，于是人们想到了一个测量时间的办法：周期，我们可以利用一些周期性的运动来作为时间的标准，用周期发生的次数来给时间进行一个标记，比如钟摆就是利用摇摆一周作为一秒来计时。

但是测量时间的工具都是利用周期次数来计时，万一第一个周期的时间和第二个周期的时间不一致怎么办，我们也无法发现到底上一个一秒和下一个一秒是否是相同的时间间隔，所以此时我们就尽可能的选择在我们日常直觉范围内短时间能发生很多次周期运动的物体，于是?铯原子钟?就诞生了，铯原子可以一秒震动9.19?10^9次，这是一个天文数字，所以它自然成为目前人类测量时间最准的工具。

有了时间测量工具我们就可以研究时间机器了，目前物理学理论哪些是和时间息息相关呢，很明显爱因斯坦的相对论此时派上用场了，具体就是通过爱因斯坦的广义相对论场方程可以得到很多个解，关于场方程我前面专门抽一期来讲过，如果没看过建议可以先去看看。

通过爱因斯坦的场方程，我们可以得出一个解叫：哥德尔解，这个解对应着一个奇怪的时空图，啥是时空图呢，其实就是把空间当横坐标，时间当纵坐标画出一个函数图，如下图所示。

可以看出常规宇宙（也就是我们所处的宇宙）时空图虽然是一条曲线（当然也可以是一条直线），但是总体上时间和空间都是在往前走的，但是哥德尔宇宙的时空图却允许形成一个?闭环?，这个?闭环?如何去理解？我们可以看出哥德尔宇宙的时空图最开始空间和时间往前走，但是到了一定的程度，空间开始往后退，当然我们的宇宙空间也可以往后走，比如我最开始在x=0处，过一会儿我在x=10处，再过一会儿我可以在x=6处，相当于从10到6我往回走了，这没啥稀奇的。但是大家仔细看看哥德尔宇宙时空图就会发现，不仅仅空间回去了，时间也回去了，并且还会与之前走的轨迹相交，如下图所示。

交点处非常神奇，因为这说明不仅仅空间回去了，时间也回去了，所以哥德尔的宇宙是允许发生时空穿越的，但是就目前我们观察的宇宙数据来看，是不符合哥德尔宇宙模型的，所以如果存在平行宇宙，那么其它宇宙也许就符合哥德尔宇宙模型。

哥德尔宇宙模型虽然不符合我们的宇宙模型，但是也是符合广义相对论场方程的，所以某种意义上来说也是正确的，这为我们探索时空穿越铺垫了基础。

但是仅仅这样还不够，我们还需要继续探索穿越时空的理论，这就要提到广义相对论场方程的另一个解：黑洞，关于黑洞我前面的文章也有几篇专门介绍了，如果没看可以先去看看。为啥黑洞可以实现时空穿越呢？因为广义相对论把时间和空间整合到一起了，广义相对论基本没有单独的时间概念，也没有单独的空间概念，只有一个合体概念?时空?，所以广义相对论描述一个物体的运动不需要做受力分析，只需要把这个物体所处的时空用几何语言进行描述，那么物体就会沿着?测地线?做最简单的不受力惯性运动即可（关于这个等效过程前面也专门写了几篇文章详细说明），而测地线是啥？其实在平直的时空里测地线就是两点之间的直线，但是爱因斯坦认为时空是弯曲的，所以测地线就是A和B两点之间的曲线，如果直接连接A和B会出现把时空穿破连接的现象，但是我们只能在时空面上面走，不能直接穿破，如下图所示，所以弯曲的时空下物体基本都是走曲线轨迹。

有了以上的理论知识我们再继续往下分析，由于质量会使得周围物体发生时空扭曲，那么一个物体如果在时空扭曲程度很大的地方，就会出现时间变慢的现象，这就好比于我们每个人都在时间之河上流逝，牛顿的时空观认为我们每一个人的时间流逝速度都是一致的，也就是我们并排划船?赛龙舟?，大家永远都是以相同的速度在时间之河上走，所以比赛结果肯定是大家成绩一致。

但是爱因斯坦由于把时间和空间统一了，所以就会存在某些地方时空扭曲程度很大，大家的?赛龙舟?就会有胜负之分了，有冠军和最后一名，如下图所示。

当时间本身也有快慢之分，那么穿越时间就变得可行了，其实之前我写狭义相对论时就谈过，我们可以让一个人在一列高速运动的火车上走，然后再回到地面来，这样一来这个人由于高速运动时间变慢，所以当他下火车的一刻他发现地球上的科技更加发达了，以前的同龄人也变得白发如霜了，自己的儿女年龄也比自己还大了，换句话说这个人穿越到未来了。

所以如果你想走到未来，只需要按照相对论与别人产生时间的?速度差?即可，所以我们还有一种走向未来的方法，那就是让这个人乘坐飞船靠近黑洞，由于黑洞周围的质量会使得时空发生扭曲，造成时间变慢，所以这个人的时间速度肯定没有地球人的时间速度大，那么当他黑洞呆1小时，也许就等于地球的7年，等他呆了3小时回到地球，发现地球已经过了21年，换句话说他也再次穿越到未来了。

其实以上的场景就是《星际穿越》电影的场景，这个电影的导演为了拍这部电影可是真的去请教了当时研究广义相对论的好几个物理学家，大家不要认为以上场景只可能出现在电影里，这可是真正的科学理论推导出来的结论，只不过我们目前技术还无法将一列火车加速到光速，也无法将一个人弄到宇宙飞船去靠近黑洞耍一圈回来而已。