人們也許會問：“它相對于何物而旋轉(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。這個性質(zhì)使愛因斯坦非常沮喪，他曾經(jīng)以為廣義相對論不允許時間旅行。然而，鑒于愛因斯坦對引力坍縮和不確定原理的無端反對，這也許反而是一個令人鼓舞的跡象。因?yàn)槲覀兛梢宰C明，我們生存其中的宇宙是不旋轉(zhuǎn)的，所以哥德爾找到的解并不對應(yīng)于它。它還有一個非零的宇宙常數(shù)。宇宙常數(shù)是當(dāng)愛因斯坦以為宇宙是不變時引進(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，之后從廣義相對論又找到其他一些更合理的時空，它們允許旅行到過去。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空。顧名思義，宇宙弦是弦狀的物體，它具有長度，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，就會把地球在1/3o秒的時間里從每小時零英里（1英里=公里）加速到每小時60英里（1英里=公里）。宇宙弦初聽起來像是科學(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的那種對稱破缺機(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來，就會加速到非常高的速度。

哥德爾解和宇宙弦時空一開始就扭曲，使得總能旅行到過去。上帝也許會創(chuàng)生了一個如此卷曲的宇宙，但是我們沒有理由相信他上帝會這樣做。微波背景和輕元素豐度的觀測表明，早期宇宙并沒有允許時間旅行的曲率。如果無邊界設(shè)想是正確的，從理論的基礎(chǔ)上也能導(dǎo)出這個結(jié)論。這樣問題就變成：如果宇宙初始就沒有時間旅行所必須的曲率，我們能否隨后把時空的局部區(qū)域卷曲到這種程度，以至于允許時間旅行？

快速恒星際或星系際旅行是一個密切相關(guān)的問題，也是科學(xué)幻想作家所關(guān)心的。根據(jù)相對論，沒有東西比光運(yùn)動得更快。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報告他們的發(fā)現(xiàn)。如果要去銀河系中心探險，至少要10萬年才能返回。相對論確實(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間。這種時間是用他攜帶的時鐘來測量的，這樣航程對于空間旅行者比對于留在地球上的人顯得更短暫是可能的。但是，這對于那些只老了幾歲的回程的空間旅行者，并沒有什么值得高興的，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他們的故事有興趣，必須設(shè)想有朝一日我們能運(yùn)動得比光還快。大部分這些作家似乎未意識到的是，如果你能運(yùn)動得比光還快，則相對論意味著，你能向時間的過去運(yùn)動，正如以下五行打油詩所描寫的那樣：

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)鍵在于相對論認(rèn)為不存在讓所有觀察者同意的惟一的時間測量。相反地，每位觀察者各有自己的時間測量。如果一枚火箭能以低于光的速度從事件a（譬如2012年奧林匹克競賽的100米決賽）至事件b（譬如α-半人馬座議會第100，004屆會議的開幕式），那么根據(jù)所有觀察者的時間，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光的速度才能把競賽的消息送到議會，那么以不同速度運(yùn)動的觀察者關(guān)于事件a和事件b何為前何為后就眾說紛紜。按照一位相對于地球靜止的觀察者，議會開幕也許是在競賽之后。這樣，這位觀察者會認(rèn)為，如果他不理光速限制的話，該飛船能及時地從a趕到b。然而，在α-半人馬座上以接近光速在離開地球方向飛行的觀察者就會覺得事件b，也就是議會開幕，先于事件a，也就是百米決賽發(fā)生。相對論告訴我們。對于以不同速度運(yùn)動的觀察者，物理定律是完全相同的。

這已被實(shí)驗(yàn)很好地檢驗(yàn)過。人們認(rèn)為，即使用更高級的理論去取代相對論，它仍然會被作為一個特性而保留下來。這樣，如果超光速旅行是可能的，運(yùn)動的觀察者會說，就有可能從事件b，也就是議會開幕式，趕到事件a，也就是百米競賽。如果他運(yùn)動得更快一些，他甚至還來得及在賽事之前趕回，并在得知誰是贏家的情形下放下賭金。

要打破光速壁壘存在一些問題。相對論告訴我們，飛船的速度越接近光速，用以對它加速的火箭功率就必須越來越大。對此我們已有實(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光速壁壘。空間飛船的情形也是類似的：不管火箭有多大功率，也不可能加速到光速以上。

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

蟲洞兩個端點(diǎn)之間在幾乎平坦的背景里的分離和通過蟲洞本身的距離之間沒必要有什么關(guān)系。這樣，人們可以想像，他可以創(chuàng)造或者找到一個從太陽系附近通到。半人馬座的蟲洞。雖然在通常的空間中地球和α-半人馬座相隔20萬億英里（1英里=公里），而通過蟲洞的距離卻只有幾百萬英里（1英里=公里）。這樣百米決賽的消息就能趕在議會開幕式前到達(dá)。然后一位往地球飛去的觀察者也應(yīng)該能找到另一個蟲洞，使他從α-半人馬座議會開幕在賽事之前回到地球。因此，蟲洞正和其他可能的超光速旅行方式一樣，允許人們往過去旅行。

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

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

能量有點(diǎn)像金錢：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，你就允許從一個或兩個賬號透支。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)能量密度的一個例子是所謂的卡西米爾效應(yīng)。正如我們在第七章看到的，甚至我們認(rèn)為是“空”的空間也充滿了虛粒子和虛反粒子對，它們一起出現(xiàn)分離開，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。金屬板對于虛光子起著類似鏡子的作用。事實(shí)上，在它們之間形成了一個空腔。它有點(diǎn)像風(fēng)琴管，只對指定的音階共鳴。這意味著，只有當(dāng)平板間的距離是虛光子波長（相鄰波峰之間的距離）的整數(shù)倍時，這些虛光子才會在平板之中的空間出現(xiàn)。如果空腔的寬度是波長的整數(shù)倍再加上部分波長，那么在前后反射多次后，一個波的波峰就會和另一個波谷相重合，這樣波動就被抵消了。

因?yàn)槠桨逯g的虛光子只能具有共振的波長，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。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，能量密度會把空間卷曲起來，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，從日食時的光線彎折得知時空可以被卷曲。第二，從卡西米爾效應(yīng)得知時空可被彎曲成允許時間旅行的樣子。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間機(jī)器。