《宇宙时空穿越指南》#此商品参加第十一届北京惠民文化消费季

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内容简介

这本书为您准备了关于时空穿越的一切，包括并不限于时光机、虫洞、黑洞、平行宇宙、量子力学……宇宙探索计划也列好了：先离开地球，看看太阳系其他天体，再飞出太阳系，去往银河系之外，看看宇宙尽头有什么……

我们能穿越时空吗？技术难点在哪里？穿越之后会发生什么？遥远的宇宙空间有什么……让世界范围内久负盛名的科学家来给我们解答吧！无论是科学理论，还是实验、推理，这本书都结合现实生活，做了通俗易懂、深入浅出的阐释。书中有大量图解，方便理解理论知识；还有精美的宇宙空间、天体概念图，可以欣赏神秘浩瀚的宇宙美景。

准备好了就出发吧！

作者简介

1966年出生于日本长野县。本科毕业于京都大学理学部，随后于广岛大学修完博士课程。

曾任东京大学助教、约翰斯·霍普金斯大学天体物理学研究员、名古屋大学理学部副教授等职，现为日本高能加速器研究机构基本粒子原子核研究所教授。专攻领域为宇宙结构的形成和进化、宇宙学基础理论、引力透镜、宇宙微波背景辐射等。著作有：《宇宙的诞生与终点》《宇宙外面有什么》《可见的世界是幻觉》《现代宇宙论》等。

2012年，获得第17届日本天文学会林忠四郎奖。

精彩书摘

第1章

所谓“时空”，就是时间和空间的总和。首先，我们先思考一下“时间”的问题。在人们的固有思维中，时间与空间不同，只有从过去到未来这一个发展方向，并且速度始终保持一致。但事实果真如此吗？难道人类就不能想办法创造一台可以自由穿梭时间的时光机吗？我相信很多人都有过这样的想法或愿望。

令人惊讶的是，物理定律并没有否定时光机的存在。那么接下来，围绕“去往未来和回到过去是怎么回事”这个话题，让我们开启一场探索之旅吧。

1写给希望回到过去的你

1.1如果我们能够回到过去

如果可以的话，我想回到过去。我相信每个人都有过这样的想法。如果当下不是迄今为止人生中最幸福的时刻，那么你可能会有“比起现在，回到过去更好”这样的念头。如果能够回到那时的自己该有多好啊。虽然我们心里都明白，这种眷恋过去的情感其实无济于事，但对过去的追忆总是既甜蜜又带有一丝苦涩的。究竟人类有没有办法回到过去呢？

认为过去更好是人之常情，但人们总是会忘记过去不好的回忆，这也是事实。一想到过去发生的趣事、让人开心的事，人的心情就会不由自主地愉快起来，因此人们总是会回忆那些美好的过往；讨厌的事情会令人心情低落,所以人们会不自觉地想要淡忘那些不好的回忆。渐渐地,只有好的回忆在心中不断扩张，“过去”被我们自己粉饰得无比美好。如果我们真的回到过去，或许就会发现，其实过去也没有自己想的那么好。

如果曾经历一次无可挽回的甚至可以左右自己人生的巨大失败，人们总是想要回到过去尽量弥补过错。人生往往被一些小事左右，这些小事对我们产生的影响可好可坏。但这些事越是会造成致命影响，我们越是渴望重新来过。

时光倒流是当今人类绝对无法实现的一个愿望。但是，过去是绝对回不去的吗？

在日常生活中，人们已经完全接受了无法回到过去这件事。但仔细想想，你就会好奇我们无法回到过去的原因。

平时，如果我们走错了路，只要原路返回，从起点重新出发就可以了。但同样地，想回到过去的时间，重新来过，却无论如何也做不到。人在空间中可以自由往来，但在时间中却无法自由地前进和返回。

从物理学角度来看，时间和空间一样，都是可以用数值来表示某个事物的一个维度。但即便如此，时间的性质和空间的性质也有着本质上的区别。时间只能从过去流向未来,方向是单一的。但从人类的角度来看，毫无疑问，时间来自未来，又仿佛汹涌的波涛一般涌向过去。那么，从不同角度来看，似乎颇为矛盾的“时间”究竟是什么呢？

1.2未来的记忆

如果人真的能够回到过去，就会出现前后矛盾。如果真的有人能够让自己的时间倒流，会发生什么呢？

首先，这个人要拥有未来的记忆。如果一个人回到过去，却不记得“未来”的事情，那就不能说他回到了过去。这个人只不过是在对未来毫不知情的情况下重复了一遍人生而已。为了真正称之为“回到过去”，就必须将“未来”的记忆一起带回过去的某个时间点。

通常情况下，人只拥有过去的记忆，而没有未来的记忆。但令人感到不可思议的是，穿越到过去的这个人在拥有过去记忆的同时，也拥有未来的记忆。试想一下，当一个人站在人生的岔路口时，如果朝着与“未来”记忆不同的方向前进，会出现什么样的结果呢？其实从这时起，这个人就已经走上与记忆中的“未来”不同的道路了。

也正是从这时起，这个人所拥有的对未来的记忆将不再准确。他记忆中的那个世界已经荡然无存，他只能活在另一个现实中。换句话说，这个人迷失在了平行世界中。

最终，即便是穿越到了过去，这个人也无法走自己记忆中的人生道路。这是因为未来的记忆会将过去的自己变成另一个自己，那已经不是当初怀念的过去的自己，而是另一个人了。所以穿越回去后，即便时间正常前进，自己也无法成为原本的自己了。

因此，即便人类有办法回到过去，也无法到达还没有穿越回去时的“现在”的自己，这一趟“时光穿梭”只能是一张“单程票”。一旦不只是怀念过去的自己，而是认真思考“回到过去”这件事，就会有很多这样令人不可思议的疑问涌现。

1.3哆啦A梦的时光机

那么问题来了，人类能否发明一台哆啦A梦那样的时光机呢？这样就不是变回过去的自己，而是现在的自己直接去往过去或未来了。这样一来，即使过去的自己犯过再大的错，自己也可以回去提醒自己了。现如今，时光机的发明或许只是个梦，但将来有一天它可能会成为现实，因为科学技术的发展已经将许多过去不可能的事情变成了可能。

在漫画中，哆啦A梦出生于2112年，而人类在2008年时已经发明了时光机。但遗憾的是，在现实中，2008年时光机并没有被发明创造出来，并且在不久的将来也不太可能被发明出来。但如果在遥远的未来，人类拥有足够先进的技术，是否就能够发明时光机了呢？

哆啦A梦的时光机可以自由地穿梭于从过去到未来的任何一个时代。一般来说，提到时光机时，人们想象的都是这样的机器。

但如果真的使用了这样的时光机，过去就会被改变,最终的结果就是现在的世界发生改变，并且出现许多矛盾的事情。在《哆啦A梦》的故事中，作者对这个问题做了非常模棱两可的描述。比如，野比大雄的孙子的孙子野比世修为了让大雄的人生过得更好，从未来穿越到了过去。原本大雄在未来会与胖虎的妹妹结婚，最终却因为世修的插手，而与静香结了婚。

这样一来，原本是大雄与胖虎妹妹的后代的那个人应该就不存在了。但在《哆啦A梦》的故事设定中，不知道为什么，世修仍然作为静香的后代而存在。这怎么可能呢？

如果人类真的发明了能够穿越到过去的时光机，就像我们想要回到过去的自己一样，很多奇怪的问题就会不断出现。

2前往未来

2.1去往未来的时光机在理论上是可能的

说到时光机，很多人可能觉得这种东西只存在于幻想小说中，但事实上并非如此。接下来，让我们一起从物理学的角度来思考，时光机在现实中能否实现吧。物理学是探索自然界的基本规律或原理的一门学科。违背物理学规律的技术是绝对不可能实现的；反之，只要遵循物理学规律，人类技术就会不断革新与进步，会带来更多可能性。

从理论上来说，如果违反了物理学规律，那么无论今后人类的科学技术多么先进，人类都发明不出时光机。但事实上，从理论上来讲，人类可以在不违背物理学规律的前提下，发明一台去往未来的时光机。虽然将人类这种大小的东西送往遥远的未来，在当今的技术条件下还难以实现，但将一些很小的粒子送到未来却很容易。这类事其实在我们日常生活中时常发生，只不过我们意识不到而已。

首先，要说一件显而易见的事，那就是我们人类哪怕什么都不做，也能够以秒为单位向未来匀速前进。我们可以将这个过程看作人类正坐在一台匀速、单向行驶且不可操控的时光机上。仔细想想，这确实有些奇妙，但这就是我们最普通的日常。这可以说是最“无聊”的时光机了吧。这种时光机事实上只是自然的时间流逝，而不是我们所幻想的那种任意穿梭于过去和未来的时光机。

想要能够真正称得上“去往未来的时光机”，就需要在我们人类感受到的1秒时间内，周围世界的前进速度快于1秒钟。具体来说就是，在我们感受到的1秒钟时间内，如果周围的世界前进了1年，我们相当于利用时光机瞬间来到了1年后的世界。如果有这样一台机器，我们就可以用10秒钟到达10年后的世界，用100秒钟到达100年后的世界了。

这种时光机并没有违背物理学规律，并且能够用爱因斯坦提出的相对论来解释。根据这个理论，从静止物体的角度来看，运动着的物体的时间流逝会变慢。但是，在我们的日常生活中，这种时间流逝的速度差异过于微小，我们根本感受不到。当运动的速度接近光速时，时间的流逝会变得非常缓慢。这种现象在相对论中被称为“浦岛效应”A。光速约为每秒30万千米，是乘坐现有的任何交通工具都无法体验到的速度。

2.2相对论中的浦岛效应是什么

从理论上来说，如果某个人以无限接近光速的速度去某地旅行，然后返回，那么这个人所度过的时间会极其缓慢。比如，快速移动的人感觉自己只度过了3年的时光，但其实周围的世界可能已经过了好几百年。

相对论是20世纪初爱因斯坦提出的物理学理论，实验已经充分证实了它对现实世界的描述，并且没有发现与之相违背的现象。浦岛太郎在龙宫生活期间，如果本质上是他以极快的速度进行了一场宇宙旅行的话，那么从物理学理论来看，这个荒诞故事是有可能发生的。

不过，要实现浦岛效应，物体必须以无限接近光速的速度移动。比如，想让时间流逝的速度放缓至原来的一半,物体的速度就必须达到光速的87%。

在浦岛太郎的故事中，浦岛太郎在龙宫生活了3年，但他原本居住的世界已经过去了700年，时间流逝的速度大约是在龙宫时的233倍。如果这是通过相对论中的浦岛效应来实现的话，那么在此期间，就需要浦岛太郎和龙宫共同以光速的99.999%的速度在宇宙空间中移动。这也是为什么有些说法会认为，如果浦岛太郎的故事真实存在的话，浦岛太郎其实是被外星人带走，去太空旅行了。

不用说浦岛太郎的时代，即便是现代社会，人类也不具备以接近光速的速度移动的技术。就算是喷气式飞机，最多也只能达到光速的0.0001%。这种情况下虽然能够产生极其微弱的浦岛效应，但是时间差仅能达到0.00000000004%左右，这点微弱的时间差人类根本感受不到。

但是，即便浦岛太郎能够在浦岛效应的理论基础上去往未来，逝去的时间也绝不会被封存在玉手箱中。人类即使去了未来也不会一下子就变老，而是在未来的世界里，遵循从年轻到年老的在龙宫公主乙姬给浦岛太郎的

玉手箱里，恐怕是一种在相对论体系之外的、用现代科学无法解释的变老药吧。

3.3微弱的浦岛效应经常发生

然而，物体无论以怎样的速度移动，都会产生微弱的浦岛效应。现如今，人们坐新干线从东京去往大阪已是稀松平常的事，这两个城市间的距离为500千米左右。为了容易计算，彳发设以每小时250千米的速度从东京直达大阪，中间不停靠其他车站一要跳过名古屋站和京都站，可能会引起这两个地方居民的不悦一所需时间正好是2个小时。

这样的话，乘坐新干线的人的时间就会比静止不动的人慢五十亿分之一秒，也就是0.2纳秒A。人类虽然感受不到这微小的时间差，但确实到了未来。如果一个人从东京出发到大阪出差，当天就回来的话，这一天就比24小时短了0.4纳秒。

这样反复几次，你就能比周围的人更年轻一些。也就是说，想年轻1岁的话，只要这样往返10京A次就可以了，但要做到这一点，就必须连续乘坐新干线几十兆b年，显然这是不现实的。因此，为了更高效地推进时间，还需要进一步提高移动速度。然而，由于地面上存在空气阻力，即使移动速度再快，也是有上限的。

迄今为止，人类历史上在宇宙中高速移动时间最长的人是俄罗斯宇航员根纳季•帕达尔卡。他曾在俄罗斯的和平号空间站和国际空间站长时间停留过5次，在太空中共停留了879天。在此期间，他以每小时27000千米的速度在太空中飞行，因此他迄今为止经历的时间相较其他人短了0.02秒。也就是说，他花了879天，只前往了未来0.02秒（虽然受重力影响，地球上的时间多少会慢一些，但在根纳季的这种情况下，浦岛效应的影响更大）

耗费如此长的时间才向未来前进了那么一点儿，说这就是穿越到了未来多少有点儿牵强。但这只是程度上的问题。只要人类能够以更快的速度移动，就能够更为省时地穿越到更久远的未来。这个问题仅仅取决于移动的速度。所以重复一遍，穿越到未来，是可以在不违背物理学规律的前提下实现的。