乘坐时光机器穿越时空，到过去和未来逛一逛，是现代科幻玄幻影视作品的热门主题，也是一些世界之谜之类长盛不衰的话题。

除了曾风靡泛滥一时的众多古代穿越剧纯属扯淡之外，一些真正有些内核的科幻作品，吃瓜群众们在观摩之后，常常会引起一些思考：这种坐着时光机穿越到过去未来的情况在未来有可能实现吗？有真正的科学理论支撑吗？

现在我们就来讨论一下这个话题。

可以说，赫伯特·乔治·威尔斯是科幻穿越概念的鼻祖。

这位兼具政治家、社会学家、历史学家的英国著名小说家，早在1895年就发表了《时光机器》这部脍炙人口的科幻小说。

除了古代的神话，这部小说似乎更接近现实的激发了人类穿越过去未来的梦想。

《时光机器》讲述的是哥伦比亚大学【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目副教授亚历山大·哈德金博士，喜欢钻研稀奇古怪理论，为了挽救横死的未婚妻，他鼓捣制造了一个时光机，乘着这个时光机，到未来穿越的故事。

哈德金博士先后到达2005年、2007年的纽约，再后来竟到达802701年的未来。

他看到了2005年人类已经虚拟化交流，开始讨论殖民月球；2007年人类已经殖民月球，结果破坏了月球平衡，轨道开始降低，月球越来越大，即将坠落到地球上，月球剥落的碎片已经轰击曼哈顿。

他调整机器匆忙逃离，结果到了802701年，也就是80万年后。那时的人类经过了冰河纪的浩劫，地球已经沧海桑田，幸存的人类有两种：活在地面友好温和礼貌的伊洛人和穴居地底怪兽样、以捕食伊洛人为生的莫洛人。

哈德金博【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目士在那里经历了一些奇异和惊险经历后，逃离了满目疮痍、黑暗和恐怖的世界回到现实，再后来他又开始了时间旅行，但不知所踪。

威尔斯生活在英国工业文明和科学技术发展高峰时期，许多新机器的发明大大提升了人类改造自然的能力，使广大民众充满了对科学的崇拜和期待，似乎看到了机器能够实现人类一切梦想。

这种思潮激发了威尔斯的文学想象力，他激情澎湃写出了这部小说。

小说更多的是对阶级社会提出了一些思考，对人类发展提出了一些警示，对人类的终极处境表示出关怀，得到了社会共鸣。

小说虽然对科学的发展速度有些高估，但里面的一些想象还是有较高预见性的。比如探索开发月球，在他的小说问世60年后，人类的探测器就开始探测月球，而过了74【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目年，人类的脚步就踏上了月球。

然而，人类对太空的探索和开发并没有那么快，现在已经到了2020年，人类不但没有殖民月球，就是在月球上踏过脚的人类也依然限定在50年前的12个。

至于时光机的运行原理，就更是云里雾里没有一点依据了，完全是凭空想象神话传奇，与神话不同的是没有对神仙的依赖，而是对科学发展前景的向往。

后来威尔斯与爱因斯坦有过交往，我想他后来的作品会越来越受到爱因斯坦理论的影响吧。

这种作品被打上了科学的标签，更为现代人所接受。

那么什么时候，这个穿越开始与科学挨了点边了呢？

爱因斯坦狭义相对论和广义相对论的相继问世，似乎给了这个虚无缥缈的科学幻想提供了一些理论的根基。

在狭义相对论中，爱因斯坦论述了【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目速度导致时间膨胀的原理；在广义相对论中，爱因斯坦又论述了重力导致的时间膨胀。

在时间膨胀问题上，爱因斯坦的论述横跨了狭义相对论和广义相对论两个领域，这充分说明了时间膨胀在爱因斯坦整个理论体系中的重要地位。

何谓时间膨胀？

狭义相对论中认为，所有相对于一个惯性系统移动的时钟都会走的慢一些，这个效应可以由洛伦兹变换精确的描述出来。

狭义相对论测定速度时间膨胀遵循的公式为：t‘=γt=t/√[1-(v/c)²]

式中，t‘是时间膨胀效应值；t是根据某个观测时钟，两个本地事件之间时间间隔，称为固有时；v是第二个时钟相对第一个时钟的移动速度；c为光速；γ=1/√[1-(v/c)²]为洛伦兹因子。

根据这个公式计算，【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目移动中的时钟会走得较慢，但这种慢在低速中很难察觉，当速度到达光速的十分之一，也就是每秒3万千米时，时间膨胀效应才会开始明显起来。

在速度时间膨胀效应中，还会出现尺缩效应，就是在运动方向上距离缩短了，综合起来就是尺缩钟慢。

广义相对论认为，引力场中，拥有较低势能的时钟会走得较慢，比如地球上，高处的观测者会觉得地面的时钟走慢了，地面的观测者会觉得高处的时钟走得更快。

也就是说塔顶或者高山上的人时钟会走得更快些，天上的宇航员或者卫星上的时钟就更快些。

广义相对论引力时间膨胀计算公式为：t=Tx√(1-2GM/rc²)

式中，t为重力场引起的时间相对变化数值；T为观测者时间；G为引力常数，取值6.67×10^-【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目11N·m²/kg²；M为天体质量；r为天体半径；c为光速。

我们可以从引力时间膨胀公式中得出时间膨胀程度，与质量的开方成正比，与半径的开方成反比。即天体质量越大，时间膨胀越大；半径越小，时间膨胀越大。

这两个时间膨胀效应经历了100多年的科学检验，早已经被证实真实存在，而且严格遵循这两个方程的变换。

事实上，不管是速度时间膨胀还是引力时间膨胀，都与质量对时空的扭曲相关，并且成正比例关系，因此它们是殊途同归。

1971年，科学家们把两个铯原子钟分别放在向东和向西飞的两架飞机上，并对比美国海军天文台的时钟。

根据爱因斯坦上述两个理论，由于飞机是在运动，因此原子钟会走得慢一些；同时由于飞机在高空，引力比地面【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目小，原子钟又会走得更快一些。但两者相比，引力膨胀效应更大，总体上飞机上的原子钟时间相对会快一些。

实验的结果完全符合两个时间膨胀方程预期。

现在，发射到太空的一切飞船都要遵循这个理论，来调校飞船的时间，以求与地球时间同步，否则导航和目标就会失之毫厘谬以千里。

GPS全球定位系统以及我国的北斗星系统都必须遵循这两个方程进行调校，否则就无法对地面进行精准导航定位，每24个小时就会有约11.4米误差。

因此，如果宇航员在宇宙飞船中运行，他们所经历的时间与地球人类的时间流逝感觉上一样，但实质上会发生偏差。

在近地轨道，由于受地球引力时间膨胀效应影响更大，受速度时间膨胀影响更小，总体上就会时间过得更快，宇航员就会【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目比我们老得快一些。

但这种时间膨胀由于地球引力并不大，且飞船速度也不快，影响是十分有限的。

如果有宇航员在GPS卫星同等速度和高度运行一年，其在20000千米高空，受到的重力只有地球四分之一，根据引力时间膨胀效应公式计算，飞船时间会比地表快一千亿分之五十三，每年时间会比地表快千分之十七秒；而由于飞船以每秒4千米速度运行，根据速度时间膨胀效应公式计算，时间会比地表慢一千亿分之八，飞船时间就比地表慢千分之三秒。

这样里外一折，实际上这位宇航员就会比地球上的人过快了千分之十四秒。也就是说，一年下来，这位宇航员会比同龄人更老千分之十四秒。

所以，这种低重力和低速状态下，时间膨胀效应对于一个人的寿命是可以忽略不【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目计的。

但根据这个理论，在高重力状态下或者高速状态下，时间的膨胀就会很明显了，甚至相差之大让人难以接受。

在《星际穿越》这部科幻片中，宇航员库柏驾驶的飞船在黑洞附近，时间膨胀达到了地球的6万多倍（1个小时等于地球7年），这是因为那个黑洞具有1亿倍太阳质量，因此当他们距离黑洞视界距离还很遥远时，膨胀效应就已经非常大了。

而速度时间膨胀也和引力时间膨胀效应一样，速度越大才能够效应越明显。

当速度达到光速的十分之一时，根据速度时间膨胀效应公式计算，时间膨胀效应达到1.005倍；光速一半时，时间膨胀效应可以达到1.1545倍。也就是说，在一半光速的飞船中过了一年回来，地球已过了1.15年。

而速度达到光速的99【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目%时，时间膨胀效应可以达到7倍。这以后小数点后每增加两个9，比如达到光速的99.99%时，膨胀效应就会增加一个数量级，就是达到70倍；达到光速99.9999%膨胀效应达到707倍。

如果速度达到光速99.99999999999999%，时间膨胀将达到707万倍。

这样，如果一位宇航员在一艘接近光速的飞船中运行，时间就会比地球人过得慢很多。

一个人在光速99.99%或光速99.999999999999%的飞船中过了一年回来，地球已经过去了70年或者707万年，这样是不是这个宇航员就到了未来了呢？

或者说，在一个黑洞附近极端重力条件下呆了若干时间回来，地球也已经沧海桑田了呢？

这就是所谓时光机穿越到未来的理【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目论根据。而且从理论上来说，这在未来是有可能实现的。

但这并非科幻中的那种穿越，只不过是宇航员们的时间膨胀效应而已，而且膨胀之后，他们是无法再回去看望同时代的亲人的。

他们过的时间感觉和地球人一样，一天也还是一天，只不过回到地球，才发现已经沧海桑田。

那么，科幻中的穿越回到过去又是依据什么理论呢？

我们排除赫伯特·乔治·威尔斯的《时光机器》，因为他那个时代没有这方面理论依据。现在真正被认为有科学内核穿越回到过去的科幻，主要攀附超光速和虫洞穿越理论。

超光速能够回到过去，主要攀扯的依据应该是建立在光速传播理论基础上的。

我们知道人们观察到的事物都是依靠光来传递的。比如看到100光年远的恒星，是100年前发出的【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目光芒，因此我们看到的这颗恒星是100年前的样子。

这样就有了一个假设，如果我们以超光速向这颗恒星飞去，就会看到它越来越早的样子。

比如我们用1年时间到达这颗恒星，出发时看到的是这颗恒星100年前的样子，而到达那里，我们看到的就是199年前的样子了，追回了99年。

这样似乎就回到过去了。

还有虫洞穿越，理论上可以实现比光速快很多倍到达目的地的速度，也可以追回过去。

我们不去评价这里面有多少荒唐和混乱的逻辑，这种想法至少有两条不可逾越的杠杠：一条就是光速不可超越，第二条是祖孙悖论。

这只是速度时间膨胀效应的两个杠杠，至于虫洞穿越后面再说。

爱因斯坦认为，光速是这个世界上真空中最高速度，不可超越。

这种不可超越是指【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目有静止质量的物体，一个粒子（质子、电子）也不行。

这个世界上有几种达到和超越光速的现象，都不属于这个“不可超越”范围。

比如引力波、电磁波被认为与光速同速。这是因为引力波可能的传播媒介引力子也是无静止质量的；而电磁波的传播媒介就是光子，可见光只是电磁波谱中一段很窄的波段。

宇宙膨胀整体叠加超过光速，这是时空本身的膨胀，并非有静质量的物质膨胀；量子纠缠的超距作用瞬时发生，比光速不知快了多少倍，但也不是物质的传递，而是量子的一个性质，其超距作用的机理还有待进一步深入发现。

光子本身没有静质量，而且一出生就是在光速中运动，只有牺牲（吸收），不会停止。

有静质量的物质，随着速度的增加，动量会越来越大，趋于光速动【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目量会趋于无穷大。

什么是无穷大呢？就是整个宇宙能量质量都不是无穷的，如果一个粒子达到了无穷大，整个宇宙的能量全部用在加速上都无法做到，这不是一个悖论吗？

爱因斯坦狭义相对论揭示了质量和能量相互转化的等效原理，发现了警醒世人的质能方程。

质能方程的表达式为：E=MC²

式中，E为能量，M为质量，C为光速。

根据这个方程，演化出来的质速关系表达式为：M=m/√(1-v²/c²)

这个公式说明，速度v越快，m质量越大，速度趋于光速，质量会趋于无穷大。

我们来进行一个简单计算，如果我们乘坐的飞船静质量有1000kg重，在速度达到光速的99%时，动质量会达到一个什么状态。

1000/√(1-297000000²/300【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目000000c²)=1000/√(1-0.9801)≈7092kg

也就是动质量达到静质量的7倍多。

速度时间膨胀关系是小数后面每增加两个9，时间膨胀效应增加一个数量级；质量速度关系也是一样，速度每向光速靠近两个9，动质量也将增加一个数量级，这样速度达到光速99.99%时，1吨的飞船动质量就达到了70吨，到达光速的99.999999999999%时，这艘飞船动质量量就有707万吨了。

因此这个宇宙所有的能量都无法驱动飞船达到光速，什么飞船和人员能不能承受这种速度极限之类的问题，我们今天就不去扯了。

祖孙悖论说的是不管用什么方法让人回到过去，都会无法规避的发生时空崩溃矛盾。

浅显的道理是，如果某人能够回到【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目过去，就有条件可以杀死自己的祖父，也有说祖母或者姥爷姥姥等。不管怎样说，无非就是要说明如果某个傻蛋回到过去杀死了那个生他父母或者生他的人，就不会有他的未来，也不会有他能够回到过去。这种事本身，就是一个不可能存在的悖论。

但如果那个傻蛋硬要说，我回到过去杀我的祖父母或者外祖父母，我傻呀？我不杀不就是了。

其实还是这个傻蛋没弄明白，这个悖论的实质不是说傻蛋回到过去会不会杀掉他的直系长辈，而是说不管任何人回到过去，都会对过去产生扰动。

这样，过去就已经不是过去的过去了，历史就会改变，未来也就不成其未来，那个未来有没有这个傻蛋，或者说这个傻蛋有没有回去的必要就完全不可预测了。

比如傻蛋回到过去拉了一泡屎撒了一【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目泡尿，或者喝了一口水，就会在那个时代留下一些微生物什么的。根据蝴蝶效应，在一个动力系统中，初始条件微小的变化，在混沌状态中通过放大效应，很可能发生巨大的连锁反应，未来就存在巨大的不可预测变数，还有傻蛋的未来吗？

这就是所谓的时空崩溃。所以，无论怎么说，回到过去都是不可能发生的事情。

再来说说虫洞。实际上，虫洞就像黑洞一样，是爱因斯坦广义相对论引力场论中的一个解，因此也是爱因斯坦的一个预言。

事实上这个预言目前还没有被发现和证实。即便真的有虫洞的存在，也是在极端引力场中，时空极端扭曲导致的时空旋涡中出现的一个连接不同时空的洞穴，人们把它叫做爱因斯坦~罗森桥。

实际上这个虫洞不像桥，更像一个穿过山岳的隧道【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目，火车汽车从山的腹地穿过，本来要迂回一天的行程几分钟甚至几秒钟就过去了。

所以虫洞又被称为是时空隧道。

如果真有这个时空隧道存在，人类又有能力能够穿越，我们就可以在很短的时间里到达看起来很远、本来要很长时间才能够到达的地方。

比如距离我们1万光年的地方，我们很可能通过这个时空隧道只要1天就穿越过去了。这比光速快多少倍？

但这个穿越就像火车汽车钻过隧道一样，该开多快还是多快，无非是走了近道，与超光速穿越什么的无关。

还有我们常常议论的曲速引擎、时空折叠什么的也差不多是这个道理。如果今后人类真的能够驾驭这些技术，到达目的地的时间有可能比常规方式的光速还要快很多，但又与超光速无关。

但会与引力场有关，因此时间膨【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目胀是有可能发生的。

因此，根据现有理论框架，活在未来或者比地球人快那么一点点时间老去是有可能的，但与影视中穿越到未来那种状况毫无相似之处，更无法穿越回到过去。

有趣的是，著名的物理学家、科普作家霍金在生时，曾经做过一个时光晚宴试验。

2009年6月28日，他准备了一个丰盛的晚宴，这个晚宴的特别之处不是邀请当时的任何人，而是邀请未来穿越的人来赴宴，结果一个人也没来。

他是在严格保密前提下，晚宴过后第二天才发出邀请并向媒体公开的。这样特意的设置可以避开现代人的窥探，并保证能够邀请到的只有未来人。当然前提是的确有人能够穿越的话。

这是一个睿智的设计。这个设计虽然并不一定做到了科学意义上的严谨，但霍金认为，如果【我爱线报网】52线报网-专注分享活动首码线报优惠券零投网赚项目真的有未来人穿越，是应该前来赴宴的。由此霍金认为，未来是没有人能够穿越过来的，否则不会错过这样一次晚宴。

结论：现在所有的科幻作品，穿越，尤其回到过去的描述，都是牵强附会没有严谨理论依据的，至少在目前理论框架下，是不可能实现的。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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