你知道吗?爱因斯坦并不是第一个提出四维时空的人,这个概念最早出现在2000年前的中国。对宇宙一词最早的描述是这样的:“旁日月,挟宇宙,为其吻合。”这时的“宇”代指一切空间,“宙”代指一切时间。也就是说,2000年前的古人就已经将宇宙定义为时空,并且认为时间和空间不可分割。自从有了时空概念后,人类就一直在寻找自由改变时间和空间的方式,为此也创作出了许多穿越时空的科幻作品。我们一直有一个误解,认为狭义相对论的时间膨胀可以解释如何逆转时空,比如我们以为当移动速度超过光速时间就会倒流。实际上,根据尺缩效应,如果速度超过光速,那么距离或者长度就会成为虚数。
这是因为时空是一个不可分割的绝对整体,提高移动速度改变时间的流速就必定改变空间的尺度。也就是说在光速以内,宇宙仍处于现实状态。一旦超过光速由于尺缩效应的存在,整个宇宙的尺寸都会缩短成为一个虚数,这意味着超光速引发的并不是时间倒退,而是从现实中丢失。虽然无法实现时间倒流,但我们仍可以改变时间的速度,因为时间膨胀效应始终存在。目前参与时间膨胀的方式有两种。第一种是靠近超强引力源,利用重力的时空扭曲。宇宙中能够明显产生时间膨胀效应的天体只有黑洞和中子星,根据重力时间膨胀公式,5倍太阳质量的中子星表面的时间膨胀率大概为34%,相当于在这种中子星表面的一秒钟等于地球时间的1.34秒,时间膨胀效应并不明显。所以想利用重力达到穿梭未来的目的就只能选择黑洞,黑洞的时间膨胀非常极端,越靠近事件视界时间膨胀率越高,完全处于事件视界上时,时间几乎停止。
那么我们可以选择性靠近黑洞,保持不被撕裂且仍处于逃逸速度之上,就能够最大程度向未来的时间跳跃。比如星际穿越这部电影中,男主驾驶的飞船停靠的在黑洞旁的行星上,其时间膨胀率将近6万倍,一个小时相当于地球时间的7年。第二种方式则需要拥有接近光速的技术,在速度时间公式中,如果我们在宇宙中的行驶速度达到了光速的50%,时间膨胀率为1.15倍。达到光速的90%,时间膨胀率为2.29倍。达到光速的99%,时间膨胀率为7倍。想要明显的跨越时间,则需要达到光速的99.99%以上,因为其时间膨胀率能够超过70倍。而光速的99.9999999999999%,可以使时间膨胀率达到惊人的707万倍以上,只要持续以这个速度飞行一个半小时,我们就能来到一千年以后。
既然可以通过加速时间去往遥远的未来。那么有一个问题就摆在我们面前,逆转时间回到过去会造成历史改变,可去往未来是否会影响未来的时间线呢?穿越到未来并不违反能量守恒定律,与回到过去不同,跨越时间线的物质和能量不会重复出现在同一片时空,宇宙中的能量和物质并没有增加或者减少。由于穿越的时间的方向同样指向未来,所以加速时间的行为符合宇宙规则,快速到穿梭未来并不会引发时间悖论。