人們也許會(huì)問(wèn)：“它相對(duì)于何物而旋轉(zhuǎn)？”其答案是遠(yuǎn)處的物體繞著小陀螺或者陀螺儀的指向旋轉(zhuǎn)。

這導(dǎo)致了一個(gè)附加的效應(yīng)，一位航天員可以在他出發(fā)之前即回到地球。這個(gè)性質(zhì)使愛(ài)因斯坦非常沮喪，他曾經(jīng)以為廣義相對(duì)論不允許時(shí)間旅行。然而，鑒于愛(ài)因斯坦對(duì)引力坍縮和不確定原理的無(wú)端反對(duì)，這也許反而是一個(gè)令人鼓舞的跡象。因?yàn)槲覀兛梢宰C明，我們生存其中的宇宙是不旋轉(zhuǎn)的，所以哥德?tīng)栒业降慕獠⒉粚?duì)應(yīng)于它。它還有一個(gè)非零的宇宙常數(shù)。宇宙常數(shù)是當(dāng)愛(ài)因斯坦以為宇宙是不變時(shí)引進(jìn)的。在哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙的膨脹后，就不再需要宇宙常數(shù)，而現(xiàn)在普遍認(rèn)為它應(yīng)為零。然而，之后從廣義相對(duì)論又找到其他一些更合理的時(shí)空，它們?cè)试S旅行到過(guò)去。其中之一即是旋轉(zhuǎn)黑洞的內(nèi)部。另外一種是包含兩根快速穿越的宇宙弦的時(shí)空。顧名思義，宇宙弦是弦狀的物體，它具有長(zhǎng)度，但是截面很微小。實(shí)際上，它們更像在巨大張力下的橡皮筋，其張力大約為1億億億噸。把一根宇宙弦系到地球上，就會(huì)把地球在1/3o秒的時(shí)間里從每小時(shí)零英里（1英里=公里）加速到每小時(shí)60英里（1英里=公里）。宇宙弦初聽(tīng)起來(lái)像是科學(xué)幻想物，但有理由相信，它在早期宇宙中可由在第五章討論過(guò)的那種對(duì)稱破缺機(jī)制而產(chǎn)生。因?yàn)橛钪嫦揖哂芯薮蟮膹埩Γ铱梢詮娜魏涡螒B(tài)起始，所以它們一旦伸展開(kāi)來(lái)，就會(huì)加速到非常高的速度。

哥德?tīng)柦夂陀钪嫦視r(shí)空一開(kāi)始就扭曲，使得總能旅行到過(guò)去。上帝也許會(huì)創(chuàng)生了一個(gè)如此卷曲的宇宙，但是我們沒(méi)有理由相信他上帝會(huì)這樣做。微波背景和輕元素豐度的觀測(cè)表明，早期宇宙并沒(méi)有允許時(shí)間旅行的曲率。如果無(wú)邊界設(shè)想是正確的，從理論的基礎(chǔ)上也能導(dǎo)出這個(gè)結(jié)論。這樣問(wèn)題就變成：如果宇宙初始就沒(méi)有時(shí)間旅行所必須的曲率，我們能否隨后把時(shí)空的局部區(qū)域卷曲到這種程度，以至于允許時(shí)間旅行？

快速恒星際或星系際旅行是一個(gè)密切相關(guān)的問(wèn)題，也是科學(xué)幻想作家所關(guān)心的。根據(jù)相對(duì)論，沒(méi)有東西比光運(yùn)動(dòng)得更快。因此，如果我們向我們最近鄰的恒星α-半人馬座——發(fā)送空間飛船，由于它大約在4光年那么遠(yuǎn)，所以我們預(yù)料至少要8年才能等到旅行者們回來(lái)報(bào)告他們的發(fā)現(xiàn)。如果要去銀河系中心探險(xiǎn)，至少要10萬(wàn)年才能返回。相對(duì)論確實(shí)給了我們一些寬慰。這就是在第二章提及的雙生子佯謬。

因?yàn)闀r(shí)間不存在惟一的標(biāo)準(zhǔn)，而每一位觀察者都擁有他自己的時(shí)間。這種時(shí)間是用他攜帶的時(shí)鐘來(lái)測(cè)量的，這樣航程對(duì)于空間旅行者比對(duì)于留在地球上的人顯得更短暫是可能的。但是，這對(duì)于那些只老了幾歲的回程的空間旅行者，并沒(méi)有什么值得高興的，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)留在地球上的親友們已經(jīng)死去幾千年了。這樣，科學(xué)幻想作家為了使人們對(duì)他們的故事有興趣，必須設(shè)想有朝一日我們能運(yùn)動(dòng)得比光還快。大部分這些作家似乎未意識(shí)到的是，如果你能運(yùn)動(dòng)得比光還快，則相對(duì)論意味著，你能向時(shí)間的過(guò)去運(yùn)動(dòng)，正如以下五行打油詩(shī)所描寫(xiě)的那樣：

有位年輕小姐名懷特，

她能行走得比光還快。

她以相對(duì)性的方式，

在當(dāng)天剛剛出發(fā)，

卻已在前晚到達(dá)。

關(guān)鍵在于相對(duì)論認(rèn)為不存在讓所有觀察者同意的惟一的時(shí)間測(cè)量。相反地，每位觀察者各有自己的時(shí)間測(cè)量。如果一枚火箭能以低于光的速度從事件a（譬如2012年奧林匹克競(jìng)賽的100米決賽）至事件b（譬如α-半人馬座議會(huì)第100，004屆會(huì)議的開(kāi)幕式），那么根據(jù)所有觀察者的時(shí)間，他們都同意事件a發(fā)生于事件b之先。然而，假定飛船必須以超過(guò)光的速度才能把競(jìng)賽的消息送到議會(huì)，那么以不同速度運(yùn)動(dòng)的觀察者關(guān)于事件a和事件b何為前何為后就眾說(shuō)紛紜。按照一位相對(duì)于地球靜止的觀察者，議會(huì)開(kāi)幕也許是在競(jìng)賽之后。這樣，這位觀察者會(huì)認(rèn)為，如果他不理光速限制的話，該飛船能及時(shí)地從a趕到b。然而，在α-半人馬座上以接近光速在離開(kāi)地球方向飛行的觀察者就會(huì)覺(jué)得事件b，也就是議會(huì)開(kāi)幕，先于事件a，也就是百米決賽發(fā)生。相對(duì)論告訴我們。對(duì)于以不同速度運(yùn)動(dòng)的觀察者，物理定律是完全相同的。

這已被實(shí)驗(yàn)很好地檢驗(yàn)過(guò)。人們認(rèn)為，即使用更高級(jí)的理論去取代相對(duì)論，它仍然會(huì)被作為一個(gè)特性而保留下來(lái)。這樣，如果超光速旅行是可能的，運(yùn)動(dòng)的觀察者會(huì)說(shuō)，就有可能從事件b，也就是議會(huì)開(kāi)幕式，趕到事件a，也就是百米競(jìng)賽。如果他運(yùn)動(dòng)得更快一些，他甚至還來(lái)得及在賽事之前趕回，并在得知誰(shuí)是贏家的情形下放下賭金。

要打破光速壁壘存在一些問(wèn)題。相對(duì)論告訴我們，飛船的速度越接近光速，用以對(duì)它加速的火箭功率就必須越來(lái)越大。對(duì)此我們已有實(shí)驗(yàn)的證據(jù)，但不是空間飛船的經(jīng)驗(yàn)，而是在諸如費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室或者歐洲核子研究中心的粒子加速器中的基本粒子的經(jīng)驗(yàn)。我們可以把粒子加速到光速的％，但是不管我們注入多少功率，也不能把它們加速到超過(guò)光速壁壘。空間飛船的情形也是類(lèi)似的：不管火箭有多大功率，也不可能加速到光速以上。

這樣看來(lái)，快速空間旅行和往時(shí)間過(guò)去旅行似乎都不可行了。然而，還可能有辦法。人們也許可以把時(shí)空卷曲起來(lái)，使得a和b之間有一近路。在a和b之間創(chuàng)造一個(gè)蟲(chóng)洞就是一個(gè)法子。顧名思義，蟲(chóng)洞就是一個(gè)時(shí)空細(xì)管，它能把兩個(gè)幾乎平坦的相隔遙遠(yuǎn)的區(qū)域連接起來(lái)。

蟲(chóng)洞兩個(gè)端點(diǎn)之間在幾乎平坦的背景里的分離和通過(guò)蟲(chóng)洞本身的距離之間沒(méi)必要有什么關(guān)系。這樣，人們可以想像，他可以創(chuàng)造或者找到一個(gè)從太陽(yáng)系附近通到。半人馬座的蟲(chóng)洞。雖然在通常的空間中地球和α-半人馬座相隔20萬(wàn)億英里（1英里=公里），而通過(guò)蟲(chóng)洞的距離卻只有幾百萬(wàn)英里（1英里=公里）。這樣百米決賽的消息就能趕在議會(huì)開(kāi)幕式前到達(dá)。然后一位往地球飛去的觀察者也應(yīng)該能找到另一個(gè)蟲(chóng)洞，使他從α-半人馬座議會(huì)開(kāi)幕在賽事之前回到地球。因此，蟲(chóng)洞正和其他可能的超光速旅行方式一樣，允許人們往過(guò)去旅行。

時(shí)空不同區(qū)域之間的蟲(chóng)洞的思想并非科學(xué)幻想作家的發(fā)明，它的起源是非常令人尊敬的。

1935年愛(ài)因斯坦和納珍·羅森寫(xiě)了一篇論文。在該論文中他們指出廣義相對(duì)論允許他們稱為“橋”，而現(xiàn)在稱為蟲(chóng)洞的東西。愛(ài)因斯坦——羅森橋不能維持得足夠久，使得空間飛船來(lái)得及穿越：蟲(chóng)洞會(huì)縮緊，而飛船撞到奇點(diǎn)上去。然而，有人提出，一個(gè)先進(jìn)的文明可能使蟲(chóng)洞維持開(kāi)放。人們可以把時(shí)空以其他方式卷曲，使它允許時(shí)間旅行。可以證明這需要一個(gè)負(fù)曲率的時(shí)空區(qū)域，如同一個(gè)馬鞍面。通常的物質(zhì)具有正能量密度，賦予時(shí)空以正曲率，如同一個(gè)球面。所以為了使時(shí)空卷曲成允許旅行到過(guò)去的樣子，人們需要負(fù)能量密度的物質(zhì)。

能量有點(diǎn)像金錢(qián)：如果你有正的能量，就可以用不同方法分配，但是根據(jù)本世紀(jì)初相信的經(jīng)典定律，你不允許透支。這樣，這些經(jīng)典定律排除了時(shí)間旅行的任何可能性。然而，正如在前面幾章所描述的，量子定律已經(jīng)超越了經(jīng)典定律。量子定律是以不確定性原理為基礎(chǔ)的。量子定律更慷慨些，只要你總的能量是正的，你就允許從一個(gè)或兩個(gè)賬號(hào)透支。換言之，量子理論允許在一些地方的能量密度為負(fù)，只要它可由在其他地方的正的能量密度所補(bǔ)償，使得總能量保持為正的。量子理論允許負(fù)能量密度的一個(gè)例子是所謂的卡西米爾效應(yīng)。正如我們?cè)诘谄哒驴吹降模踔廖覀冋J(rèn)為是“空”的空間也充滿了虛粒子和虛反粒子對(duì)，它們一起出現(xiàn)分離開(kāi)，再返回一起并且相互湮滅。現(xiàn)在，假定人們有兩片距離很近的平行金屬板。金屬板對(duì)于虛光子起著類(lèi)似鏡子的作用。事實(shí)上，在它們之間形成了一個(gè)空腔。它有點(diǎn)像風(fēng)琴管，只對(duì)指定的音階共鳴。這意味著，只有當(dāng)平板間的距離是虛光子波長(zhǎng)（相鄰波峰之間的距離）的整數(shù)倍時(shí)，這些虛光子才會(huì)在平板之中的空間出現(xiàn)。如果空腔的寬度是波長(zhǎng)的整數(shù)倍再加上部分波長(zhǎng)，那么在前后反射多次后，一個(gè)波的波峰就會(huì)和另一個(gè)波谷相重合，這樣波動(dòng)就被抵消了。

因?yàn)槠桨逯g的虛光子只能具有共振的波長(zhǎng)，所以虛光子的數(shù)目比在平板之外的區(qū)域要略少些，在平板之外的虛光子可以具有任意波長(zhǎng)。所以人們可以預(yù)料到這兩片平板遭受到把它們往里擠的力。實(shí)際上已經(jīng)測(cè)量到這種力。并且和預(yù)言的值相符。這樣，我們得到了虛粒子存在并具有實(shí)在效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

在平板之間存在更少虛光子的事實(shí)意味著它們的能量密度比它處更小。但是在遠(yuǎn)離平板的“空的”空間的總能量密度必須為零，因?yàn)榉駝t的話，能量密度會(huì)把空間卷曲起來(lái)，而不能保持幾乎平坦。這樣，如果平板間的能量密度比遠(yuǎn)處的能量密度更小，它就必須為負(fù)的。

這樣，我們對(duì)以下兩種現(xiàn)象都獲得了實(shí)驗(yàn)的證據(jù)。第一，從日食時(shí)的光線彎折得知時(shí)空可以被卷曲。第二，從卡西米爾效應(yīng)得知時(shí)空可被彎曲成允許時(shí)間旅行的樣子。所以，人們希望隨著科學(xué)技術(shù)的推進(jìn)，我們最終能夠造出時(shí)間機(jī)器。