讓我們先從最讓你感到激動的時間旅行開始說起吧。
現在這年頭，穿越類的小說真多，儼然已經成為各大文學網站和影視劇的一個大類，各種各樣的穿越手法真是五花八門，令人眼花繚亂，不過那種「月光寶盒」式的無厘頭穿越不在我們今天討論範圍之列。偶爾你也會看到一些對穿越行為的「科學原理」的描述，其中最多的是說「根據相對論，只要速度能超過光速，我們就可以回到過去」。各位，以後凡是看到這種利用超光速穿越的小說，可以立即定義為「科盲幻想小說」，簡稱「盲想小說」。這種「根據相對論，超光速就能穿越」的科學原理簡直自相矛盾得一塌糊塗。相對論的一個最基本的原理，就是光速是任何運動的速度極限，是不可能被超過的，而一旦允許超光速運動，那麼相對論本身就被推翻了，又何談「根據相對論」呢？這是一個顯而易見的自相矛盾，那麼多的「盲想小說家」把這個奉為至寶——但凡穿越，必超光速，實在是讓我異常驚訝。我一個樸素的願望是穿越小說家們能隨手翻翻我這本書，就是編也要編得靠譜一點。
那我們來瞭解一下，真正的物理學家研究的時間旅行到底是一些什麼樣的科學原理和依據吧。
時間旅行是廣義相對論研究的課題，目前全世界確實有很多嚴謹的科學家在探討這方面的可能性。根據廣義相對論，引力會使時空彎曲，引力越強，則時空的彎曲程度越大。也就是說，根據廣義相對論的這個原理，我們會發現時空不是平坦的，時空是有形狀的。我知道我這麼說還是讓你感到不太明白，那麼我就來打一些粗糙的比喻來幫助你理解。我們首先把時空想像成一張紙，我們在時空中運動，就好似沿著紙面運動，但是請注意一點，如果這張「時空紙」延伸的方向表示時間這個維度的話，那麼我們只能朝著一個方向運動，因為時間維是只能朝一個方向運動的，這是時間維的物理性狀。
【圖7-4】在平坦的時空中朝著時間的方向運動
但是請千萬注意一點，在愛因斯坦的時空觀裡，這張紙是不平坦的，有起伏，有褶皺，我們在「時空紙」上的運動就像在崎嶇不平的山路上走路一樣，是高高低低的。
【圖7-5】真實的時空不是平坦的
現在假設我們在一個平坦的時空中，上午8︰00出發，從時空的一頭運動到另外一頭，到達終點的時候，剛好是上午9︰00（注意，前面我們已經說過，任何物體在時空中運動的速度都是光速，所以，在這個比喻中，你就不要再問我們的運動速度是多少這樣的傻問題了）。現在再假設我們經過的這段時空被某種力量彎曲了，那麼我們達到終點的時候，會變成上午8︰30；如果彎曲的更厲害一點，我們就會在8︰10分到達終點。
【圖7-6】隨著時空彎曲程度加大，到達時間越來越早
現在重點來了。如果時空這張紙被彎曲成了一個莫比烏斯帶的形狀，頭尾相連了起來，你就有可能在7︰50達到終點。也就是說你沿著彎曲的時空走了一圈回來以後，發現到達的時間比你出發的時間竟然還早。這意味著你回到了過去。
【圖7-7】在一個時間圈環中，到達時間早於出發時間
因此，在廣義相對論中，時間旅行的科學原理是通過一個時空的圈環回到過去，這個時空圈環在《時間簡史》這本書中被霍金稱為「類時閉合曲線」（有點拗口，我更喜歡我翻譯的「時空圈環」）。愛因斯坦的狹義相對論是不允許時間旅行的，等到廣義相對論剛剛誕生的時候，愛因斯坦也不認為時空能彎曲成一個圈環。直到1949年，他的好朋友——大數學家哥德爾（Godel，1906-1978）在廣義相對論方程中發現了一個解，這個解居然允許宇宙中這種時空圈環存在。愛因斯坦當時就震驚了，但隨後他就意識到這個時空圈環正是自己和助手羅森一起發現的「蟲洞」的某種特性（還記得我們在第五章最後講到的愛因斯坦——羅森橋嗎）。
所以，靠譜一點的時空穿梭原理一般都要借助蟲洞來完成，以後看穿越小說記得先翻翻，有沒有提到愛因斯坦-羅森橋或者蟲洞什麼的。
非常抱歉，前面出現了一個讓你莫名其妙的名詞——莫比烏斯帶。不是我故意不解釋，而是這個東西實在是太迷人了，我非得另起一段單獨講講才覺得過癮呢。莫比烏斯帶，也經常被叫作魔比斯環，或者梅比烏斯帶、麥比烏斯帶等等，都是翻譯帶來的麻煩，英文名稱是Mobius Strip。這是諸多科幻小說、科幻電影經常出現的一個神奇事物，它往往象徵著時空穿梭。以它的發現者莫比烏斯命名，到現在也快有兩百年了。
【圖7-8】莫比烏斯帶
看到沒？上面這個就是莫比烏斯帶，其實就是把一張紙條的一頭擰半圈然後和另一頭粘起來，形成一個圈圈。但是你千萬千萬不要小看這個圈圈，這個圈圈有著許許多多迷人的特性。如果你在這個圈圈上跑步，你就可以一直往前跑，不用翻越任何邊界而跑過所有的面。如果你拿一隻毛筆，沿著紙面只用一筆就可以把顏色塗滿整個紙帶。這個圈圈和我們平常認識的任何像手鐲這樣的圈圈不同，這個莫比烏斯帶只有一個面，如果你沿著手鐲表面的中線一刀剪下去，那麼手鐲就會一分為二成為兩個各自獨立的手鐲。但是神奇的是，如果你同樣沿著莫比烏斯帶的中線剪一圈，你會發現，這個莫比烏斯帶不會一分為二，而是會成為一個更大的圈圈。然後你再沿著這個圈圈的中線剪開，你會神奇地發現，這次剪出了互相嵌套在一起的兩個圈圈。然後把兩個圈圈再各自沿著中線剪開，又會變成互相嵌套的四個圈圈。這麼剪下去永無止境，最後圈圈套圈圈複雜得可以把你搞瘋掉。你是不是很有衝動去試試看了？別忙，還有更有意思的特性。首先來跟我認識一下所謂自然界中的「左右手系」對稱。想一下左右兩隻手套，這兩隻手套你怎麼看它都像是對稱的，但問題是，如果你不把手套在空間中翻一個面的話，你永遠也無法把兩隻左右手套完全重合地上下疊在一起，就好像你怎麼也不能把左手套在不翻過一面的情況下戴進自己的右手中。不過，如果你讓一隻左手套沿著莫比烏斯帶轉剛好一圈（不是兩圈），這隻手套就會翻過一面成為一隻右手套，但是請千萬記住它的神奇之處就在於：如果手套有感覺的話，它根本不會發現自己其實被翻過了一個面，在它的感覺中，它只是沿著一個面不停地運動，不知怎麼的就從左手系變成了右手系，再運動一圈又變回了左手系。真是要命的感覺。
【圖7-9】左手套轉一圈變成了右手套
伽莫夫寫的著名的科普經典《從1到無窮大》中就說，如果類似莫比烏斯帶這樣的事情也能發生在三維空間中，我們的鞋子製造商就會大為欣喜，他們只要生產左腳的鞋子，然後通過莫比烏斯空間傳送帶轉一圈回來，就成了右腳的鞋子，真是爽死了。而一個人如果上了這個莫比烏斯空間傳送帶，轉一圈回來則發現自己的心臟跑到右邊去了，這就不爽了。但問題是，我們很容易想像兩維的紙片做成的莫比烏斯帶，那到底有沒有三維的物體形成像莫比烏斯帶這樣神奇的左右手系互轉的形狀呢？答案是有的，1882年德國數學家克萊因（Klein，1849-1926）找到了一種以他的名字命名的模型，叫作「克萊因瓶」。
【圖7-10】克萊因瓶
瞧瞧，就是這種極其怪異的瓶子（但這僅僅是克萊因瓶的近似樣子，真正的克萊因瓶是沒法直接做出來的，因為真正的克萊因瓶是不會互相穿過的，這需要一點空間扭曲的想像力）。你盯著它看3分鐘，想像你在這個瓶子的表面跑步的情景，我保證你會越看越神奇，越看越覺得不可思議，直到邏輯徹底混亂為止。好了，咱別看瓶子了，繼續看書。你想像一下，如果時空扭曲成這種神奇的形狀，那麼你就完全有可能坐著宇宙飛船從21世紀出發，到19世紀返回；穿越了一個世紀的時間，如果繼續往前又會返回21世紀。
太神奇了，物理學家居然真的給他們搞出了一套回到過去的理論。但是很快，人們就發現，如果允許回到過去的話，會產生一些邏輯上的悖論，或者說一些怪圈。比如最著名的「祖母悖論」，你可能早已耳熟能詳了，就是你如果回到過去殺死了你的祖母，那麼你祖母既然死了，你又怎麼能存在？你不存在了又怎麼能回去殺死你的祖母呢？我總覺得這個故事寫得拗口不已，完全沒必要這麼複雜的嘛，簡單說來就是如果你回到過去殺死以前的自己的話，又怎麼能有後面的你回到過去自殺呢。
總之，這樣的祖母悖論型的邏輯悖論我們隨便就能想出很多很多。有一個最變態的悖論說的是，你在未來給自己做了變性手術，然後回去找到自己，和原來的自己生下了自己。我真服了想出這個邏輯悖論的「淫」（人）。這些悖論又如何解決呢？物理學家們研究廣義相對論，確實用嚴謹的數學方法論證出了時空圈環的可能性，但是祖母悖論又顯然在挑戰我們的常識，沒有人能接受祖母悖論會真的發生。
現代的物理學家們為此爭論不休，想出了各種各樣的解決方案來避免邏輯悖論的發生，有代表性的解決方案有這麼幾種：
第一種，叫作自由意志喪失說。物理學家說所有該發生的歷史都已經發生了，你不可能改變這個歷史，所以一旦你回到過去，你就會喪失自由意志，你完全被歷史所控制，你無法改變任何歷史的一丁點。
第二種，叫作時空交錯說。物理學家說你是可以回到過去，但是你回到的那個時空和真實的歷史時空是平行糾纏在一起的，但永遠不可能相交，你可以看見歷史，但不能影響歷史。這個我聽懂了，不就是說「只能看，不能摸」嘛。
第三種，叫作多歷史說。這個理論首先是由一個叫費曼（Feynman，1918——1988）的美國物理學家提出來的，他說歷史不止有一個，你可以回去殺死你的祖母，你也可以回去幹任何事情，甚至殺死羅斯福讓希特勒取得勝利，什麼都可以幹。但是請記住，你影響的那個歷史和我們這個世界的歷史不是同一個。換句話說，當你幹下了任何改變歷史的事情時，世界就分裂成了兩個世界，在我這個世界中希特勒倒台了，在你那個世界中希特勒最後成了全世界的偶像。說老實話，這個理論真夠瘋狂的，為了讓時間旅行合理，動不動就克隆出無數個世界出來。但恰恰是最後這個看起來最瘋狂的理論，卻得到了最多物理學家的支持，包括像霍金這樣的大科學家也支持該理論（霍金《大設計》）。這就是現在大熱的「平行宇宙」說。
難道物理學家都瘋了嗎？這世界有這麼瘋狂嗎，怎麼會去相信聽起來如此不靠譜的一個理論呢？這是有原因的。因為在過去幾十年中，隨著物理學家們對量子物理的深入研究——所謂的量子物理，就是研究比針尖還小幾萬萬萬（至少還得打好幾個萬）億倍的基本粒子的行為的物理學。物理學家們越來越發現，這個世界真是不可思議，很多微觀世界的現象只能用一些聽起來很唯心的、很過分的、很瘋狂的理論去解釋，否則如果按常理的話怎麼也說不通，包括這個多歷史的現象似乎在微觀世界中每時每刻都在發生著。關於量子物理的話題，我們在第九章還得再簡單講一講，但也只能簡單地講講，如果真要說開去的話，還得有一本比本書更厚的書才行。
你可能也看出來了，真要想時間旅行，以我們人類現在的技術是不可能達到的。要扭曲時空就必須要有巨大的引力，產生引力就要有巨大的質量，而質量和能量又是可以互相轉換的，所以歸根到底要有巨大的能量。日裔美籍著名的物理學家和科普作家加來道雄在他的《不可能的物理學》中曾經做了一個簡單的計算，說：「如果我們能把太陽一天放出的能量全部採集下來的話，可以打開一個只有幾納米大小的蟲洞，這個蟲洞最多只能允許把你分解成無數的原子通過後，再在另外一頭組裝起來。」這個能量大約是多大呢？太陽24小時放出的能量大約是1028千瓦時，2015年全球消耗的能量大約是1014千瓦時，兩者相差了1014倍，也就是100萬億倍，換句話說，太陽一天放出的能量就夠地球使用100萬億年，嗚呼，看來真是難啊。但你可能也會跟我一樣想到這樣一個問題，我們現在是沒有能力製造時間機器，但是未來人呢？如果在遙遠遙遠的未來有人造出了時間機器，那麼那個人就有可能乘坐時間機器，回到我們或者我們以前的時代。但是為什麼我們從來沒有見到過這樣的未來人呢？歷史上也從未記載有未來人光臨。假設未來無限遠的話，假設時間機器確實可以造出來的話，那麼概率再小也應該有未來人回來了啊。有這個想法的人還真不少呢，2005年，為了慶祝國際物理年，同時也是為了慶祝相對論誕生100週年，美國麻省理工學院舉辦了一場「時間旅行者大會」，舉辦方鄭重地在報紙上刊登廣告，邀請未來的時間旅行者光臨會場，並且攜帶未來的物品作為證據。大會開了一天，確實來了很多「旅行者」，可惜沒有一個能讓人相信是「時間旅行者」。這些旅行者都辯稱時間旅行只能光著屁股旅行，就像施瓦辛格扮演的終結者那樣，所以沒有信物。各位親愛的讀者，這件事，你們相信還是不相信呢？