載《851M：我們的科學(xué)文化》（1）
科幻中時空旅行之物理學(xué)歷史理論背景研究
穆蘊(yùn)秋 江曉原
摘 要：時空旅行是科幻作品中的一個重要題材，它通常表現(xiàn)為三種類型：前往未來，回到過去，以及超空間旅行，本文著重討論這些作品中的時空旅行與相關(guān)物理學(xué)理論背景的關(guān)系。并得出結(jié)論，相關(guān)的科幻作品從物理學(xué)理論上前沿成果中不斷獲取創(chuàng)作靈感，這是該題材的科幻作品能夠持續(xù)涌現(xiàn)的主要原因，同時，物理學(xué)關(guān)于時空旅行的研究也在接納吸收科幻作品所帶來的啟發(fā)性思路不斷進(jìn)展。另外，關(guān)于時空旅行可能與否的爭論目前尚無定論，其距離現(xiàn)實的可能性也仍然很遙遠(yuǎn)，但這恰恰是這個科幻分支繼續(xù)存在下去的主要原因。
關(guān)鍵詞：時空旅行，第四維理論，多世界理論，諾維柯夫自洽原則，蟲洞，翹曲飛行理論
一 緒論 科幻作品中的時空旅行類型
二《時間機(jī)器》與第四維理論
三 愛因斯坦場方程
四《接觸》與蟲洞理論
五《星際迷航》與翹曲飛行理論
六 時間佯謬的解決——多世界理論和諾維柯夫自洽原則
七 物理學(xué)家對時空旅行的看法
一、緒論：科幻作品中的時空旅行類型
時空旅行是科幻作品中的一個重要題材，通常而言，它表現(xiàn)為三種類型：前往未來，回到過去，以及超空間旅行。
前往未來
在前往未來的時空旅行類型中，英國人H.G威爾斯1895年創(chuàng)作的《時間機(jī)器》，是最具代表性的作品。由于該小說頗有思想性的情節(jié)，它獲得了很高的聲譽(yù)。小說敘述了一個簡單的故事：一位科學(xué)家乘坐自己研制出的時間機(jī)器，旅行到了公元802701年的未來世界，那時的世界上存在著兩類人種，一類是生活在地上的花園和宮殿里過著舒適安逸生活的“埃洛依”，另一類是生活在地下的黑暗中辛勤勞作的“莫洛克”，但科學(xué)家無意間的揭秘卻讓人大為吃驚，“埃洛依”不過是一群“莫洛克”豢養(yǎng)起來作為食物的美麗廢物而已。
《時間機(jī)器》的同名電影到目前為止已經(jīng)出了三個版本（1960年、1978年、2002年），避其原著在社會政治層面上的強(qiáng)烈隱喻不談，單從科幻的角度來看，它也有著不容忽視的意義。盡管在早前的一些神話故事和童話故事中，如中國古代的爛柯山傳說1，以及英國著名童話《愛麗絲漫游奇境記》2，已經(jīng)出現(xiàn)了時空旅行的思想雛形，但直到《時間機(jī)器》才第一次正面觸及了時空旅行的技術(shù)手段。小說中的“時間機(jī)器”一直為后來不少科幻作品所反復(fù)借用，成為時空旅行的主要工具（見附錄一），如電影《比爾和特德的精彩冒險》中的電話亭和電視系列片《胡博士》中那個超正方體，或是星際探險小說中的太空飛船，都可看作是時間機(jī)器。當(dāng)然，其它時空旅行的憑借手段在科幻作品中也不少見，如催眠、睡覺、或特殊信物方式等等（見附錄一）。此外，威爾斯還在小說中提出“時間就是第四維”，這個想法頗為值得深入探究一番（后文對此有專門論述）。
《時間機(jī)器》之后，出現(xiàn)了多部借用原著中的時間旅行者或是時間機(jī)器進(jìn)行再創(chuàng)作的衍生作品。典型的是Egon Friedell創(chuàng)作于1972年的小說The Return of the TimeMachine，故事中主人公去到不同的時代，尋找原著中那位未能歸來的科學(xué)家的故事。電影Time After Time(1979年1985年)，則是一個幼稚的故事，主人公偷走了時間機(jī)器逃到1979年，威爾斯追尋而至，被當(dāng)作一個來自烏托邦的大傻瓜。
有很多的與時空旅行相關(guān)的科幻作品，在《時間機(jī)器》之后相繼出現(xiàn)，但在把時間旅行方向設(shè)置為前往未來的科幻作品中，它卻是一枝獨(dú)秀，所有的后來者都不能與其相提并論，這一類型最終也徹底萎縮。理由也許正如一些科幻研究者所說的3，在絕大多數(shù)科幻電影中，事情發(fā)生的時間預(yù)先就已被設(shè)置在未來——這已是科幻創(chuàng)作的一條默認(rèn)定則，劇作者們用不著一定要主人公通過時空旅行才能去到未來，或是讓生活在未來的人去到更遙遠(yuǎn)的未來。
回到過去
1889年，馬克.吐溫創(chuàng)作了一部小說《康州美國佬在亞瑟王朝》4，故事涉及時空旅行：主人公昏迷醒來后發(fā)現(xiàn)，自己回到了1300年前的亞瑟王朝，成為一個回到過去的時空旅行者。馬克.吐溫的這部小說在科幻中的影響遠(yuǎn)不及《時間機(jī)器》，但它的那些把時間方向設(shè)置為回到過去的后來者卻是后勁十足，很多優(yōu)秀的時空旅行作品都來自這一類型。
這種情形的出現(xiàn)，很大程度上歸結(jié)于回到過去的時空旅行都會遇到一個邏輯難題——時間佯謬，它最極端的例子就是著名的“祖父佯謬（grandfatherparadox）”5：假如你對自己的現(xiàn)狀非常絕望，但是你又不想自殺，你希望自己從來就沒有來過這個世界，你于是選擇通過時空旅行回到過去，在你的父親出生之前就殺了你的祖父，那么你的父親不能出生，自然也就沒有你的出生，可是，如果沒有你的出生，那你就絕不會回到過去殺了你的祖父，所以你還是要出生——佯謬產(chǎn)生了：你存在，所以你不存在；你不存在，所以你才存在。
英國著名幽默雜志《笨拙》（Punch），1923年還曾發(fā)表過一首與時間佯謬有關(guān)的打油詩6：
一個女孩叫貝瑞，
她的速度光難追。
相對論啊是捷徑，
今日出門昨夜歸。
從物理學(xué)或哲學(xué)角度而言，“今日出門昨夜歸”這樣的時間佯謬的確令人棘手，但就科幻創(chuàng)作而言，它卻包含著極豐富的故事元素，很多科幻作品都是以此為“料”創(chuàng)作的，它們的故事情節(jié)雖然千差萬別，但其實都可以看作是“外祖父佯謬”的多版本延伸。如1980年代的電影《終結(jié)者》系列、《回到未來》系列就是這一類型的代表作品。不過，這些都屬于回到過去的時空旅行故事的較傳統(tǒng)演繹方式。
時空旅行科幻作品中回到過去的類型還有另外兩種演繹方式，它們完全避開了時間佯謬的產(chǎn)生：一種直接借鑒于量子理論中的“多宇宙解釋”，另一種則借鑒于后來的“諾維柯夫自洽原則”。前者改變歷史卻不產(chǎn)生佯謬，后者不允許改變歷史，自然也就不會產(chǎn)生時間佯謬了。
超空間旅行
關(guān)于星際旅行的構(gòu)想雛形，比較早可以追溯到開普勒撰寫的一篇小說《夢》（Dream）7?！秹簟分v述了一個名叫Duracotus的年輕人跟隨其母親——一名女巫，駝在魔鬼（Demon）身上旅行到月球的故事。旅途中，熱心而博學(xué)的魔鬼向他們講述了月亮上一些不為人知的情形，Duracotus此前曾師從著名天文學(xué)家第谷.布拉赫學(xué)習(xí)過五年天文學(xué)，所以他能明白魔鬼所講述的其中那些關(guān)于月亮的天文知識。開普勒想象這些魔鬼居住在太陽照射下的地球陰影中，當(dāng)發(fā)生月食的時候（必須得是正食），地球的錐形陰影觸及月球，魔鬼就可以利用這個陰影作為階梯到達(dá)月亮，那些通曉通靈術(shù)能和魔鬼們打上交道的巫師——比如像小說主人公Duracotus的母親，就可以在其引領(lǐng)下去到月亮。
開普勒作為一位天文學(xué)家，主要目的不在傳達(dá)這部小說的文學(xué)性，而是打算利用小說的樣式，來表明他對哥白尼日心宇宙體系所持的贊同立場，并在該體系下對月亮進(jìn)行一些探討8。他在小說中很認(rèn)真地想象月亮上居住和地球上相類似的生物。
空間旅行在科幻小說里一直一個非常受關(guān)注的話題。在牛頓時空觀下，關(guān)于星際旅行的想象主要局限于太陽系內(nèi)的星體之間——通常是從地球旅行到其他星球。
喬治.威爾斯在《首先登上月球的人們》（The First Men in the Moon1901)這部小說中，描寫了一位科學(xué)家發(fā)明了一種奇異材料——根據(jù)威爾斯的解釋，所有已知的物質(zhì)對于地球引力都是“可透的”，即無法阻擋地球引力——但這種奇異材料卻是“各種放射能”都“穿透不過”的，它具有能隔斷地球引力的驚人性能。因此，這樣一種物質(zhì)所帶來的可能性毫無疑問是非比尋常的，小說中那位聰明的劇作家說服了科學(xué)家利用這種材料制作了一個球體，兩人乘坐這個球體一起旅行到了月球，進(jìn)行了一番驚心動魄的探險。
在喬治.威爾斯的另一部著名小說《星際之戰(zhàn)》（The War of the Worlds1898)中，攻擊地球的火星人由于不能適應(yīng)地球微生物，在原本攻勢如潮的情形下突然全部滅亡。從浩劫中恢復(fù)過來的人類對火星人留下的機(jī)械裝置進(jìn)行了考查，很快取得了驚人的成果，最讓主人公難以置信的是，“飛行的秘密”已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了。盡管威爾斯沒有明言，但“飛行的秘密”在小說里指的無疑是已被火星人掌握的空間飛行技術(shù)，因為根據(jù)主人公無意間的親眼目睹，火星人在極短的時間就從火星到達(dá)了地球。
早期的科幻作品中，關(guān)于星際旅行最直接的想象來自儒勒.凡爾納的《從地球到月亮》(From the Earth to the Moon1865)。小說講述美國南北戰(zhàn)爭后，炮兵團(tuán)的一群退伍軍人在巴爾的摩成立了大炮俱樂部，這群炮彈技術(shù)方面的精英分子很快對和平時期的安寧生活感到厭倦，為了安撫他們，俱樂部的主席有了一個大膽的設(shè)想，倡議他們設(shè)計一枚能用炮彈把人送上月亮的大炮。凡爾納在小說中對這枚大炮設(shè)計和發(fā)射細(xì)節(jié)的描述令人嘆為觀止。
愛因斯坦相對論下的時空觀，極大地拓展了后來科幻小說家們在空間旅行上的想象力，星際旅行范圍從太陽系延伸到銀河系甚至河外星系，是從一個行星系統(tǒng)到另外一個行星系統(tǒng)的旅行，這通常被稱為超空間旅行（Hyperspace drive or Hyperdrive）。
阿西莫夫?qū)Τ臻g旅行進(jìn)行了認(rèn)真的設(shè)想，在他著名的《基地系列》（Foundationseries）中9，“躍遷（transition）”是太空飛船在銀河系進(jìn)行超空間旅行的重要手段，這個過程中，太空飛船連帶里面的人及其他物體會被轉(zhuǎn)化成無質(zhì)無形的“迅子”，這是一種“誰也沒有偵測到過或見過的東西”。超空間旅行在阿西莫夫的小說中是一項人類在那些被“機(jī)器人三大法則”限制的機(jī)器人協(xié)助下完成的重要成果10。
阿西莫夫在他的科普著作《尋訪人類的太空之友》中，對超空間旅行的現(xiàn)實可能性進(jìn)行認(rèn)真的探討11。他指出，即便像科幻小說中那樣，假定超空間旅行的能量條件已被解決，但仍然還存在的兩個棘手問題。首先，“迅子”的速度無論怎么快，根據(jù)物理學(xué)法則，它的最大速度不能超越光速12。其次，在“躍遷”時，把物質(zhì)轉(zhuǎn)變成四處飛散的“迅子”，到達(dá)目的地后再在極短的時間內(nèi)把其還原成原樣，這是一個在技術(shù)細(xì)節(jié)上很難確保的一個步驟。
為了彌補(bǔ)超空間旅行在上述兩方面存在的缺陷，一些新的旅行方式不斷被設(shè)想出來。在著名的科幻小說系列《沙丘》（Dune，1965年）中，超空間旅行被描述成通過復(fù)雜的變形技術(shù)，空間被被折疊起來，旅行可在一瞬間完成，這個過程完全仰賴計算機(jī)復(fù)雜的計算，但它卻是一項極端危險的行動。在另外一部科幻系列劇《星門》（Stargate1994年）中，那扇“星門”就是進(jìn)行超空間旅行的通道。而在《銀河系漫游指南》（Hitchhiker‘s Guide to the Galaxy1978年）中，作者道格拉斯.亞當(dāng)斯把空間旅行稱為“無限非概率驅(qū)動”，它是一種驚人的新方法，可以在幾乎不到一秒鐘的時間內(nèi)穿越星際間廣闊的距離，不再需要在超空間中單調(diào)乏味地東碰西碰。
在眾多的超空間旅行手段中，著名的蟲洞（Worm-hole）和翹曲飛行（Warp Drive）是其中影響最大的兩種方式。
二、《時間機(jī)器》與第四維理論
威爾斯在小說《時間機(jī)器》中把時間構(gòu)想為“第四維”，神通廣大的主人公造出一架機(jī)器在時間軸上來回穿梭的的時候，依據(jù)的就是這個構(gòu)想，最重要的是，它幾乎為后來絕大多數(shù)時空旅行類型的科幻作品所借用。在小說開篇，威爾斯借助主人公之口，表達(dá)了他的第四維（four-dimension）觀點(diǎn)：
“很清楚，”這位時空旅行者繼續(xù)說道，“任何真實的物體在四個方向上都有外延：它必須有長度、寬度、厚度和時度。但因為人們的一個弱點(diǎn)，我們傾向于忽略這個事實。四維真的存在，其中的三維是空間的三個平面，第四維是時間。”
1905年，愛因斯坦提出狹義相對論的統(tǒng)一時空觀思想，他早年的老師數(shù)學(xué)家閔可夫斯基隨后用數(shù)學(xué)語言對這種絕對四維時空結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。如此一來，威爾斯在小說中把時間表述為第四維的思想，似乎就具有了超前的預(yù)見性，但事實上，早期第四維概念的產(chǎn)生并非憑空而出，它的發(fā)展過程乃至通俗化和形象化更是經(jīng)歷了一番有趣的過程。
1854年，黎曼（G．F．B.Riemann1826-1866）在德國格丁根大學(xué)作了一次就職演講13，主要內(nèi)容是他對彎曲表面和多維空間所進(jìn)行的探索和思考，黎曼認(rèn)為，所有這些空間其實都可以被自洽地明確定義。黎曼的這次演講開拓了高維幾何研究的新領(lǐng)域，在數(shù)學(xué)史上的意義不言而喻，它吸引了一些數(shù)學(xué)家們對多維空間的熱情關(guān)注，德國著名的數(shù)學(xué)家亥姆霍茲（HermannvonHelmholtz）就是它的積極宣揚(yáng)者。這個理論一開始也如同絕大多數(shù)其它數(shù)學(xué)理論一樣，是專屬學(xué)術(shù)界的討論對象，抽象的數(shù)學(xué)符號使它遠(yuǎn)離普通大眾。然而，不同尋常的是，關(guān)于高維理論的這種情形在稍后卻被徹底改變。
1876年7月，一位叫斯萊德（HenrySlade）的美國靈媒人士訪問倫敦，為很多名流舉行降神會表演魔術(shù)，如讓兩個沒有斷縫的木質(zhì)環(huán)一個套進(jìn)另一個，在兩頭拴在固定位置的繩索中間打結(jié)，或是讓物體在沒有支撐的情況下漂浮在半空等等。這在倫敦引起極大轟動，此種情形引得新當(dāng)選為英國科學(xué)促進(jìn)會特別委員會成員的蘭基斯特教授（Pro.Lankester）大為不滿，在一次降神會上，他當(dāng)場指責(zé)斯萊德在表演過程中作弊，并隨后在《泰晤士報》上發(fā)表揭露文章。
倫敦市治安法庭涉入此事，在聽取雙方辯護(hù)之后，斯萊德被判定有罪，并根據(jù)移民法被判處了三個月的勞役監(jiān)禁。出獄后，他輾轉(zhuǎn)歐洲到達(dá)德國，被著名天文學(xué)家策爾納14接見。策爾納當(dāng)時對數(shù)學(xué)上的四維概念很感興趣，在對斯萊德的通靈術(shù)進(jìn)行受控試驗后，他認(rèn)為斯萊德的特異功能實際證明了第四維的存在，因為他那些本領(lǐng)在三維世界中無法想象，在第四維中卻是輕而易舉的事情——就如同在二維情形下無法做到的事情，在三維世界中卻很容易實現(xiàn)。在策爾納1878年出版的《先驗物理學(xué)》（TranscendentalPhysics）中，還有對斯萊德通靈術(shù)的解釋，認(rèn)為一些自然界中原本不可能發(fā)生的事情可以被居住在第四維中幽靈變?yōu)楝F(xiàn)實。
涉入此事并參與控制試驗的還包括一些當(dāng)時大名鼎鼎的科學(xué)家，如著名物理學(xué)教授韋伯15、費(fèi)希納16、萊比錫大學(xué)的著名心理學(xué)、哲學(xué)教授馮特17和數(shù)學(xué)教授施伯納（ W.Scheibner）。整個事件在當(dāng)時倍受關(guān)注，但總體而言，策爾納對斯萊德通靈術(shù)的第四維解釋并沒有得到主要科學(xué)家團(tuán)體的接受和認(rèn)同，也引來了一些評論家的嘲諷。然而，第四維概念卻因此在大眾中開始廣為流傳開來。18
為了滿足公眾對第四維的好奇心，當(dāng)時的一些流行雜志，如《哈珀周報》、《大眾科學(xué)月刊》甚至《科學(xué)》都不惜版面摻和進(jìn)來，積極培養(yǎng)公眾對第四維的興趣。在十九世紀(jì)末的幾十年間，第四維成為一個很時髦的話題。
英國數(shù)學(xué)家查爾斯·欣頓19甚至終生致力于第四維的通俗化和形象化，除了撰寫出一系列和第四維相關(guān)的文章和一部科幻小說《科學(xué)冒險故事》，他還花去很多年的時間設(shè)計出一個能讓人們從中“看見”第四維的“超正方體”（tesseract，也叫欣頓立方體），它曾出現(xiàn)在達(dá)利著名的油畫《基督的超立方體》中。后來的很多科幻作品中都涉及到超正方體，羅伯特·海因萊茵20有不少作品和超立方體有關(guān)的，其中最著名的是《他造了一所變形屋》（And HeBuilt a Crooked House 1940)和《光榮之路》（Glory Road 1963)。而電視系列劇《胡博士》（DoctorWho）中的時間機(jī)器其實就是一個超正方體，另外，電影《異次元?dú)㈥嚔瘼颉罚–ube : HypercubeⅠⅡ 1997年2002年）講的則是一群人迷失在超正方體中的故事。
與欣頓同時期，其它科幻作家也紛紛創(chuàng)作和多維相關(guān)的作品，阿伯特（Edwin AbbottAbbott）在1884年寫的《平面國——正方形在多維中的傳奇故事》（Flatland: a romance of manydimensions），是這方面當(dāng)之無愧的代表作。小說的主人公是一位正方形先生，他身處一個專制的二維國度，這里等級森嚴(yán)，女人是線條，貴族是多邊形，主教是圓圈，最主要的是，討論第三維是被嚴(yán)厲禁止的，犯者會被施以極刑，正方形先生偶爾會自以為是一下，但其實他性格本份，從未打算向任何權(quán)威發(fā)起挑戰(zhàn)，可某一天，當(dāng)一位球形勛爵把他帶往三維國度一游之后，他的思想世界被徹底顛覆了，這也成為他人生悲劇的開始。
稍后一年，威爾斯在《時間機(jī)器》中，也表達(dá)了他對第四維的觀點(diǎn)，不過，威爾斯的構(gòu)想并非獨(dú)一無二，因為欣頓在《科學(xué)冒險故事》的第一個故事《什么是第四維？》（What Is the Fourth Dimension? 1884)中，就已經(jīng)把第四維描述為時間。
威爾斯的另一部小說《隱身人》(The Invisible Man，1897年)，表達(dá)的則是他對第四維的另一種想象方式，和當(dāng)時絕大多數(shù)科幻作品一樣，第四維在這里被描述得具有了某種神秘主義色彩的洞悉和超然——從中可以看出策爾納用第四維概念解釋通靈術(shù)的思想影響。相較而言，《時間機(jī)器》中把“第四維是時間”的構(gòu)想其實屬于少數(shù)派，在當(dāng)時也沒有引起很大關(guān)注。這一點(diǎn)可以從后來的一個事件中看出：1909年，《科學(xué)美國人》發(fā)起一次獨(dú)特的競賽，懸賞500美元，主題是“給第四維的最佳通俗解釋”，競賽的規(guī)則是“用2500個單詞的文章來闡明第四維的意義，以便一般的非專業(yè)讀者能理解它”，這次競賽吸引了來自世界各地大量立論嚴(yán)肅的文章，但是，結(jié)果讓人驚訝——即便是在狹義相對論已經(jīng)發(fā)表了四年之后——關(guān)于第四維的解釋，它們中沒有一篇提及時間。21
三、愛因斯坦場方程
1949年，哥德爾（Kurt G?del 1906—1978）發(fā)現(xiàn)一個愛因斯坦場方程的解，描述了一個旋轉(zhuǎn)但既不膨脹也不收縮的全宇宙，這后被稱作“歌德爾宇宙”，從理論上而言，它允許時間旅行。
事情的起因頗具偶然性，這一年的3月14日，恰逢愛因斯坦70歲誕辰，作為愛因斯
坦晚年私交甚好的朋友，哥德爾應(yīng)邀為著名的《在世哲學(xué)家文庫》（Library of LivingPhilosophers）中的“愛因斯坦卷”撰文以作紀(jì)念。哥德爾向來以數(shù)學(xué)家的身份名于世，但他早年在維也納大學(xué)上大學(xué)時，一開始學(xué)習(xí)的卻是物理學(xué)，寫一篇關(guān)于廣義相對論的論文對他而言也算是重操舊業(yè)了，可是，哥德爾的偶然客串卻得到了意想不到的結(jié)論。
他在《愛因斯坦引力場方程一類新宇宙論解的一例》22中宣稱，他為愛因斯坦引力場方程給出了一個新解，它是一個比其他已知的解都復(fù)雜的精確解。這個解把宇宙中的整個物質(zhì)看作是不可壓縮的理想流體物質(zhì)，在這個模型中，宇宙以不變的角速度繞著一個固定的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)。在這個構(gòu)想前提下，哥德爾對“時空旅行”進(jìn)行了表述23 ：
在這個解中的每一條物質(zhì)線都是一條無窮長的閉合曲線，它們永遠(yuǎn)不會再與它前面的任何一點(diǎn)相接近；但是，也存在封閉的類時曲線。特別是，如果P和Q是物質(zhì)的一條世界線上的任何兩點(diǎn)，而且P在Q之先，就存在一條連接P和Q的閉合類時曲線，那么也可以說，Q在P之先。即理論上，在這個世界中回到過去旅行（或者影響過去）都是有可能的。
哥德爾的解一公布就受到很大關(guān)注， 因果性問題此后一度成為物理學(xué)的爭論焦點(diǎn)，物理學(xué)家后來在哥德爾宇宙中找到了不足，那就是他假定宇宙中的氣體和塵埃緩慢轉(zhuǎn)動，但在實驗中并沒有宇宙塵埃和氣體有任何轉(zhuǎn)動，相反，宇宙正在膨脹，但并沒有呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)動24。
哥德爾并不是第一個從場方程中找到允許時空旅行解的人，1937年，荷蘭物理學(xué)家J. vanstockum就已從愛因斯坦場方程中得到一個解25，得出了一根快速旋轉(zhuǎn)而又無限長的柱體的重力場，這樣一個場將會違反因果律，它允許出現(xiàn)連接兩個時空的閉合類時間曲線，這意味著這根無限長柱體能夠起著時間機(jī)器的作用。但是，物理學(xué)家從來就認(rèn)為宇宙間不存在無限長的東西：他們猜測（但沒有證明），如果柱體長度有限，它就不會是時間機(jī)器。26
1974年物理學(xué)家Frank J.Tipler在一篇論文中重新提到斯托庫姆的解27，對舊解進(jìn)行重新分析后，Tipler認(rèn)為一根有限長度并接近光速旋轉(zhuǎn)的柱體也可能成為時間機(jī)器，這通常被稱為“蒂普勒柱體（TiplerCylinders）”。在蒂普勒之前，物理學(xué)家E.紐曼和他的兩名助手在1963年也發(fā)現(xiàn)了一個允許時空旅行的愛因斯坦場方程解28，這后來被命名為“NUT真空解（NUTvacuum）”（以三位作者的首字母命名）。到蒂普勒的理論提出的時侯，基于愛因斯坦場方程所預(yù)言的黑洞、引力波和時空奇點(diǎn)都已被證明確實存在，所以，物理學(xué)界雖然對它允許時空旅行的這些非正常解（pathological solution）不一定接受，卻已是見怪不怪了。
以上幾個理論研究成果，被科幻作品所借用的主要是“蒂普勒柱體”，它在一些小說或電腦游戲的情節(jié)中曾經(jīng)出現(xiàn)，如John DeChancie的作品Starrigger（1983），Poul Anderson 的 The Avatar（1978年），TerryPratchett的 Discworld 系列（1983年），日本電腦游戲《超級機(jī)器人大戰(zhàn)》（Super Robot Wars ，1991年），以及角色扮演游戲Continuum: role playing in The Yet（1999年）等等。
而“哥德爾宇宙”和“NUT真空解”盡管在理論物理學(xué)界非常著名，但在科幻作品中卻不太見到。究其原因可能是，要把它們合理嵌入作品情節(jié)中并不是一件太容易的事情。
四、《接觸》與蟲洞理論
《接觸》（Contact）是著名的天文學(xué)家和科學(xué)作家卡爾.薩根于1995年根據(jù)自己的同名小說所拍攝成的一部電影，為了避免和很多科幻片一樣，僅為追求藝術(shù)的精致而失去了科學(xué)的真實，薩根在拍攝過程中專門聘請了科學(xué)界的一些杰出人士，來組成影片的科學(xué)顧問班底，并為他們開出了一套有份量的科學(xué)參考讀物，其中包括索恩的《黑洞與時間彎曲》和加來道雄的《超越時空》。29這在好萊塢科幻片制作史上并不多見。
這部影片的主要內(nèi)容和薩根感興趣的領(lǐng)域有關(guān)——探索地外文明，這個題材在科幻作品種通常都會涉及超空間旅行，因為超空間旅行是探索地外文明時到達(dá)其它星球的基本技術(shù)手段?！督佑|》中多處提及時間機(jī)器，相關(guān)的情節(jié)一波三折——第一次造出的那架價值300億美元的時間機(jī)器曾毀于一位宗教狂熱分子手中，直到影片最后，對SETI計劃（Search for Extra-TerrestrialIntelligence，即“地外文明探索”）滿懷熱忱的女主人公才終于一遂心愿，通過時空旅行到達(dá)了織女星。為了體現(xiàn)其科學(xué)真實性，影片動用多組畫面對時間機(jī)器和女主人公的時空旅行過程進(jìn)行直接描述——在其它影片中，這樣的情節(jié)通常都是稍帶提及的。
事實上，薩根在1985年創(chuàng)作《接觸》原著時，就曾在時空旅行這個細(xì)節(jié)上頗費(fèi)了一番心思。按照他一開始的構(gòu)想，女主人公落進(jìn)地球附近的一個黑洞，然后通過超空間旅行，1小時后出現(xiàn)在距離26光年外的織女星上。因為在當(dāng)時，大多數(shù)科學(xué)家和非科學(xué)工作者都不知道黑洞中心的性質(zhì)，所以許多大眾文章和一些專業(yè)文獻(xiàn)聲稱，你能夠穿過黑洞的中心并且在宇宙的其它地方現(xiàn)身30。
從愛因斯坦廣義相對論中推導(dǎo)出時空旅行的可能性，似乎已被大多數(shù)人所認(rèn)識到——很大程度上這得歸功于科幻作品的傳播效應(yīng)，但事實上對其具體細(xì)節(jié)的認(rèn)識則相當(dāng)模糊和含混的。十年前——也就是1976年，英國培根基金會（Francis BaconFoundation）還曾懸賞300英鎊來專門征求一個相關(guān)問題的解：
“按照目前的理論，轉(zhuǎn)動黑洞是通往其他時空區(qū)域的真實入口，那么一個飛行器怎樣才能通過一個轉(zhuǎn)動黑洞進(jìn)入另一個時空區(qū)域，而不被奇點(diǎn)的引力摧毀？”31
當(dāng)然，這個問題從未獲得過圓滿解決。薩根不是相對論專家，他對自己設(shè)置的利用黑洞作為時空旅行手段的技術(shù)細(xì)節(jié)并不是太有把握，為了尋找科學(xué)上能站住腳的依據(jù)，他向著名物理學(xué)家基輔.索恩（Kip. S.Thorne）求助。盡管之前已有哥德爾等一些科學(xué)家從愛因斯坦場方程中得到允許時空旅行的解，但更多的物理學(xué)家則把時空旅行和科幻小說中的流行情節(jié)一樣對待——差不多歸入UFO一類，你可以興意盎然地去閱讀，但如果把它納入物理學(xué)范疇來進(jìn)行探討，那無異于進(jìn)行學(xué)術(shù)冒險——更為保守的物理學(xué)家則根本就把它看作無稽之談。所以，當(dāng)索恩欣然應(yīng)允薩根的要求時，還真需要點(diǎn)特立獨(dú)行的勇氣才行。
索恩和他的學(xué)生經(jīng)過論證得出結(jié)論，進(jìn)入黑洞的所有物體都會被強(qiáng)大的潮汐引力撕得粉碎，作為時空旅行手段這是不可跨越的障礙，并建議薩根在小說中，把黑洞改稱“蟲洞”。
“蟲洞”的性質(zhì)很早就被發(fā)現(xiàn)了：1916年，愛因斯坦廣義相對論發(fā)表后的幾個月，史瓦西在愛因斯坦引力場方程里發(fā)現(xiàn)了一個解——著名的史瓦西解，同年，弗拉姆（LudwigFlamm）對其數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程進(jìn)行重新詮釋以后，揭示出它的蟲洞本質(zhì)——它事實上是描述了空的球形蟲洞32。1935年，愛因斯坦和其學(xué)術(shù)助手羅森在一篇論文中33，把連接宇宙中兩個遙遠(yuǎn)區(qū)域之間的假想通道稱為“橋”——后來這被稱為愛因斯坦-羅森橋，其實也就是“蟲洞”。
薩根的小說中，地球距離織女星是26光年，但若通過一條蟲洞連接它們的話，也許就才1公里。但是，以蟲洞作為時間機(jī)器，也還面臨一個棘手問題：按照愛因斯坦場方程的預(yù)言，蟲洞在某個時刻產(chǎn)生，短暫地打開，然后關(guān)閉、消失——從產(chǎn)生到消失，時間極短，沒有事物能在這么段的時間內(nèi)從一個洞口穿過它到達(dá)另一個洞口。除了因為無法從自然界推導(dǎo)出蟲洞的生成方式外——而黑洞則已被證明是恒星的坍塌結(jié)果，這也是物理學(xué)界長期對蟲洞報以懷疑態(tài)度的另一個主要原因。索恩最終設(shè)想以具有“負(fù)能量密度”的奇異物作為保持蟲洞持續(xù)開放的物質(zhì)條件，并把實現(xiàn)條件設(shè)置在高級智慧生物無限先進(jìn)的文明背景下。換言之，索恩在這個問題上考慮的主要是數(shù)理上的自洽性，而非現(xiàn)實可能性。
索恩把這一系列和時空旅行相關(guān)的研究成果，以論文形式主要發(fā)表在頂級的物理學(xué)雜志《物理學(xué)評論》上，這樣的雜志每年都會收到大量宣稱制造出時間機(jī)器的文章，但從來沒有一篇被接受發(fā)表過，因為它們沒有建立在愛因斯坦場方程上的嚴(yán)密推導(dǎo)過程，而索恩的這些論文則很好的滿足這一條件。所以，即便是像《蟲洞、時間機(jī)器和弱能量條件》34這樣的論文，盡管文章摘要讓人感覺科幻味兒十足：“本文討論的是，如果物理法則允許一個高級文明智慧生物在空間中制造和維持一個蟲洞，那么這個蟲洞將被改造成違背因果律的時間機(jī)器用于星際航行”，題目中也直接就有“時間機(jī)器”的字樣，但最后還是被接受發(fā)表——在此之前，為了避免引人注目并被冠以“科幻物理學(xué)家”的頭銜，科學(xué)家們在參與時空旅行的相關(guān)討論時，通常都把“時間機(jī)器”說成“類時閉合曲線”（ closedtime-like curve）。
對那些有興趣研究時空旅行的物理學(xué)家而言，索恩對時空旅行研究取得的進(jìn)展無疑令人鼓舞，一些人在之后開始參與其中，他們中有俄籍物理學(xué)家諾維柯夫、普林斯頓大學(xué)的理查德·高特以及史蒂芬.霍金。不過，值得一提的是，很多物理學(xué)家還是一如既往拒絕討論和時空旅行相關(guān)的任何問題。
薩根也許未曾預(yù)料到，他當(dāng)初的這一提問會在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)打開這樣的局面，引發(fā)物理學(xué)界對時空旅行新的關(guān)注，其中，維持蟲洞持續(xù)開放的奇異物質(zhì)的相關(guān)研究甚至成為該領(lǐng)域內(nèi)的一個重要課題，而“外祖母佯謬”，也找到了新的解決途徑：索恩和諾維柯夫相對于“平行宇宙”理論，提出了一套更為保守的方案。
關(guān)于薩根對時空旅行研究的間接推進(jìn)——盡管這已被他其它方面更為耀眼的成就所掩蓋，索恩曾有過這樣的評價：
“一本像《接觸》這樣的小說，在科學(xué)研究上促成一個重要的新方向，這很少見，也許真是絕無僅有的。”35
事實上，《接觸》并非真的“絕無僅有”。
五、《星際迷航》與翹曲飛行理論
《星際迷航》（StarTrek）講述的是發(fā)生在二十三世紀(jì)以后，一組太空人員駕駛太空飛船“企業(yè)號”在銀河系中進(jìn)行探險的多系列故事。《星際迷航》初始系列36一開始由美國NBC播出，但卻收視平平，乃至第三季播放還未結(jié)束，NBC即將其撤下。意想不到的是，停歇了差不多十年之后，隨著第二系列《星際迷航：下一代》37的播放，該劇卻在全美掀起熱潮，編劇兼制作人吉恩.羅頓伯里（GeneRoddenberry）晚熟的天才終于得到承認(rèn)。此后，《星際迷航》又連續(xù)出了三個系列38，播放檔期一直排到2005年，加上它早期的動畫系列39，《星際迷航》前后共出了六個系列，它改編成的電影自1979年至2003年前后共上映了十部片子，其電腦游戲從1974年開發(fā)以來也一直在不斷升級換代?！缎请H迷航》在全世界范圍內(nèi)培養(yǎng)了數(shù)目龐大的“迷航迷”。
在《星際迷航》一、二系列的每集開頭（少數(shù)幾集例外），一個畫外音都會響起，“探測未知新世界，尋找新的生命形態(tài)和文明形式，勇敢探索那些人類之前從未到達(dá)的地方”，這是《星際迷航》中“企業(yè)號”在太空中的探險目的。很多幻想技術(shù)在這個過程被涉及，如翹曲飛行（WarpDrive）、蟲洞、三維傳輸器、全息幻覺甲板等等，其中翹曲飛行（Warp Drive）是《星際迷航》里太空船進(jìn)行超空間旅行的技術(shù)手段。
“企業(yè)號”在銀河系中的太空航程幾乎都是光年量級的，劇情發(fā)展不容許它花費(fèi)太多的時間在星際航行上，所以，打破光速壁壘進(jìn)行超空間旅行就成為“企業(yè)號”必備的一項基本技能，根據(jù)《星際迷航》編劇別出心裁的想象，企業(yè)號通過翹曲飛行從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)目的地時，它能使兩地之間的空間發(fā)生卷曲并建立一條翹曲通道，以此來實現(xiàn)超光速旅行。在《星際迷航》的專門技術(shù)手冊中能看到制作者為“企業(yè)號”翹曲飛行編寫的基本公式，隨著電視新系列的推出，企業(yè)號的升級換代，這個公式還被不斷加入新的參數(shù)來進(jìn)行修正和完善，盡管它從未直接在電視畫面中出現(xiàn)過，但在"迷航迷"中卻廣為流傳，從每一集中尋找與之不符的疏漏，也就成為"迷航迷"們樂此不疲的一項娛樂活動。
翹曲飛行很容易讓人聯(lián)想到索恩為小說《接觸》構(gòu)想的蟲洞理論，不過蟲洞作為時空旅行手段畢竟是出自物理學(xué)家有理論依據(jù)的建議，一出來就倍受關(guān)注。而翹曲飛行理論則完全是幻想的結(jié)果，除了“迷航迷”們會認(rèn)真對待它——這也是純粹出于娛樂目的，很少會有物理學(xué)家對這個杜撰理論加以認(rèn)真考慮的。
1994年，威爾士大學(xué)一名博士生馬格爾.埃爾庫比爾（MiguelAlcubierre），在《經(jīng)典與量子引力》發(fā)表了一篇對翹曲飛行進(jìn)行認(rèn)真討論的論文40，這種情形才開始有所改變。在這篇論文中，埃爾庫比爾并不諱言他的研究對象其實就是科幻中“翹曲飛行”的舊話重提，他認(rèn)為，通過對太空飛船尾部的時空區(qū)域進(jìn)行局部擴(kuò)展，相對地就會在飛船前方形成一個壓縮區(qū)域，這種情形下，飛船超光速旅行是可能的。埃爾庫比爾的這個結(jié)論也是建立在對愛因斯坦場方程求解的基礎(chǔ)上，并且，和索恩的蟲洞理論一樣，要讓飛船前后部位的局部時空區(qū)域發(fā)生扭曲，也同樣需要負(fù)能量密度的奇異物的支持。
翹曲飛行在物理學(xué)上的解釋與《星際迷航》中的原本構(gòu)想已是迥然不同，現(xiàn)在一般也被稱作“埃爾庫比爾飛行（Alcubierre drive）”，它引發(fā)了關(guān)于時空旅行新的研究熱潮41，后來的討論重點(diǎn)主要集中在翹曲飛行的能量條件——奇異物上。
埃爾庫比爾在1994年得出對翹曲飛行的研究成果時，也正是在索恩的蟲洞理論在物理學(xué)界掀起時空旅行研究熱潮之后，前者的討論主要在《經(jīng)典與量子引力》，后者則集中于《物理學(xué)評論》（見附錄3），兩份刊物都是物理學(xué)的頂級雜志。蟲洞研究所帶來的影響還波及《星際迷航》新系列的創(chuàng)作，在第三系列《星際迷航：第九外層空間》（DS9）中，羅頓伯里的新任接班人不僅對劇情進(jìn)行大膽拓展改編，而且還引入了時髦的蟲洞作為故事核心，該系列整個劇情都是圍繞著在銀河系中發(fā)現(xiàn)的一個蟲洞所引發(fā)的沖突展開的。
此外，“三維復(fù)制”（ tractorbeam）在《星際迷航》中也是進(jìn)行時空旅行的另一種重要手段，這種設(shè)想在劇中曾頻繁出現(xiàn)，為了不在細(xì)節(jié)上耗費(fèi)太多時間，企業(yè)號被設(shè)想們設(shè)想為永遠(yuǎn)處于航行狀態(tài)，從不著陸，編劇為此專門設(shè)想出三維傳輸器，如果飛船中的船員打算親自探訪其它星球，只需對著那裝置說一聲“將我發(fā)射出去”42，就能實現(xiàn)。在《重返中世紀(jì)》（Timeline，1999年）的原著中，作者邁克爾.克萊頓讓故事中的人物通過三維復(fù)制來讓小說中的人物回到中世紀(jì)的，針對它書中還有詳細(xì)的“科幻式”解釋43。
時空旅行中的另外兩種類型——前往未來和回到過去，在《星際迷航》的故事系列中占了相當(dāng)大的比重，據(jù)一位資深“迷航迷”的大略統(tǒng)計44，在它的前兩個系列中，就有至少不下22集是涉及時空旅行的，第三系列開始，《星際迷航》的創(chuàng)作由羅頓伯里的接班人繼任，他們對時空旅行的興趣依然非常濃厚。而在《星際迷航》所改編成的十部影片中，公認(rèn)故事講得最成功的《星艦迷航IV：搶救未來》（Star Trek IV: The Voyage Home1986 )，也是一個和時空旅行有關(guān)的故事。
值得一提的是，相對超空間旅行所達(dá)到的“超光速” （ FasterThan Light orFTL），在其它影片中，關(guān)于“超光速”還有其它描述方式，如著名影片《超人 II》中，超人以超光速飛行回到過去，重新對事件的發(fā)生進(jìn)行干擾，挽救了女朋友的生命，在國產(chǎn)片《無極》中，也有通過超光速奔跑回到過去的時空旅行情節(jié)。這里的超光速與蟲洞和翹曲飛行中的超光速完全不是一個概念：前者指的是絕對速度大于光速，后兩者則是改變空間物理結(jié)構(gòu)、建立捷徑縮短空間距離，讓太空船在時間上“打敗光速”航行。事實上，在物理學(xué)家針對時空旅行所進(jìn)行的研究中，光速壁壘不能被打破是首先要被遵從的物理法則之一。
六、時間佯謬的解決——多世界理論和諾維柯夫自洽原則
回到過去的時空旅行所引發(fā)的因果律背反所造成的時間佯謬，作為一個很好的故事材料，在科幻作品中回到過去的時間旅行類型中被反復(fù)使用，一個問題也由此引出：如果可以回到過去，如果歷史可以被改變，這個世界將是怎樣的情形？科幻作家JohnVarley在他的小說Millennium45（1982年）中，曾從“技術(shù)濫用”的角度表達(dá)過這種擔(dān)憂46：
“時空旅行是如此之危險，以至于氫彈也成了孩子們和低能兒的相當(dāng)安全的禮物了。我的意思是，對于核武器而言，能發(fā)生的最壞的情況是什么？幾百萬人口的死亡——微不足道，而有了時空旅行，我們可以毀壞整個宇宙，根據(jù)這個理論大抵如此。”
在《時間警察》這樣的影片中，這一思想則被演繹到極致：在未來的某一天，時空旅行成為現(xiàn)實，這時候，世界上出現(xiàn)了一種職業(yè)—時間警察，他們專門追捕那些通過時空旅行回到過去干涉歷史的罪犯。
這的確是一個難題。盡管從1949年哥德爾開始，不少科學(xué)家已經(jīng)先后在愛因斯坦場方程中找到了允許時空旅行的解，但時間佯謬還是被作為排除人類通過時空旅行回到過去的一個有力反證，也是因為這一點(diǎn)，一些物理學(xué)家斷然拒絕進(jìn)行與時間機(jī)器論題相關(guān)的任何研究47。
事實上，時間佯謬還是存在解決方案的。
1957年，Hugh Everett在博士論文中提出“多世界解釋”（many worldinterpretation）48，這是針對量子測量中波函數(shù)坍塌的疑難提出的。他認(rèn)為，在量子測量過程中，觀察者的觀察狀態(tài)分裂成不同的分支，每一分支對應(yīng)客體系統(tǒng)中的一種本征態(tài)，代表觀察者所得特定的測量結(jié)果，所有分支是共存的，具有同等的實在性，結(jié)論是波函數(shù)并沒有坍塌。
埃弗萊特的“多世界解釋”發(fā)表后，雖然有導(dǎo)師惠勒（JohnWheeler）的推薦和修改，在物理界仍然反應(yīng)冷淡。受到冷落的埃弗萊特逐漸退出物理學(xué)界，而他的“多世界解釋”見解也長期不為人們所重視，直到70年代，布萊斯.德威特（Bryce S. De Witt）重新發(fā)掘了這個理論并在物理學(xué)家中大力宣傳，它才開始為人所知。
多世界解釋后來被時空旅行故事作為背景廣為借鑒。在Michael Moorcock的小說系列Eternal Championstories中，多世界理論有了一個新的科幻名稱“多元宇宙（multiverse）”，它被后來的小說家們一直沿用，它的其它別稱也相繼在科幻作品中產(chǎn)生，如“平行宇宙”、“平行世界”、“更替宇宙”等等，名稱大同小異，思想主旨也基本一致：事件發(fā)展的每一種可能性都會導(dǎo)致不同的結(jié)果產(chǎn)生，從而構(gòu)成各自的歷史事件并獨(dú)立共存著。“外祖母佯謬”從中也找到了解決方案：時空旅行者回到過去殺死他的祖母，事件進(jìn)入一個不同的歷史分支，這個歷史分支包含一個時空旅行者和他死去的外祖母。但是，原來那個歷史事件也仍然存在，外祖母活著并生出母親，母親又生出后來的時空旅行者。
與這個理論相關(guān)的科幻作品最受稱道的——特別對崇尚“硬科幻”的人而言，是格雷戈里.本福德的《時景》49（Timescape，1980年），故事被設(shè)置在1998年，主人公使用了一個超光速粒子向1963年發(fā)送了一個信號，告知那時的科學(xué)家1998年將出現(xiàn)席卷全球的生態(tài)災(zāi)難，讓他們預(yù)先采取措施以改變事情的發(fā)展方向，把歷史事件扭向另外一個發(fā)展軌道上。理查德.高特50一篇論文中的內(nèi)容，還作為制作超光速粒子發(fā)射器的重要線索在小說中被提到。
電影中，《蝴蝶效應(yīng)》很典型，主人公一次一次通過日記本，回到過去更改歷史，使事情行進(jìn)到平行的另外一個時間分支中發(fā)展；表達(dá)方式更為極端的影片如《土撥鼠日》，主人公每天清晨醒來后都會發(fā)現(xiàn)自己又很怪異地回到了頭一天，“土撥鼠日”被不斷重復(fù)。相類似的《十二點(diǎn)零一分》也是如此，一件事總是在每天的“十二點(diǎn)零一分”重復(fù)出現(xiàn)，處置方式不一樣，整個事件的發(fā)展也完全不一樣。相較而言，《救世主》對“平行宇宙”的思想表達(dá)則過于簡單直白，它講述的是來自多個宇宙的同一人之間決斗的故事。
“多世界理論”對時間佯謬的解決通常被認(rèn)為比較激進(jìn)。后來的K.S.索恩和I.D.諾維柯夫在研究蟲洞理論時，對時間佯謬提出了新的解決方法51：“諾維柯夫自洽原則”（Novikov Self-consistencyPrinciple）。同樣，這個原則主要基于物理學(xué)上的自洽，而非現(xiàn)實中的事件情形，這里想回避掉的是自由意志的問題，用索恩的話來說52：
“即使宇宙中沒有時間機(jī)器，自由意志現(xiàn)在也是令物理學(xué)家手足無措的問題。我們通常總是逃避它，認(rèn)為它不過是把原本清楚的事情弄得更復(fù)雜罷了。在時間機(jī)器上，更是如此，所以……堅持不在文章中討論人類穿越蟲洞的事情，我們只談簡單的非生命旅行……。”
在新的解決方案中，“外祖母佯謬”中那位回到過去想殺死自己外祖母主人公，無論如何也不會得逞，因為他會被種種因素所干擾限制，這是被時間旅行者進(jìn)入時間機(jī)器前的初始條件就決定了的，所以，過去歷史不會被更改。按照諾維科夫的說法53，物理定律不允許時間旅行者殺死自己的祖母，就像物理定律不允許人們行走在天花板上一樣，只不過前者加在自由意志上的約束是“不尋常的、神秘的”，但與后者相比并非全然獨(dú)一無二的，“雖然有所不同，但不是根本的不同”。
相較多世界理論，自洽原則通常被認(rèn)為較為保守，但它在科幻作品中仍然被廣泛運(yùn)用。在電影中，《十二只猴子》屬于這一類型，主人公回到過去，他最終沒有改變歷史而是被擊斃；2002年新版《時間機(jī)器》中，科學(xué)家多次乘坐時間機(jī)器回到過去，希望改變未婚妻被殺害的事實，但這件事卻無論如何都會發(fā)生。
任職于NASA的科學(xué)家Geoffrey A. Landis在他的小說《狄拉克海上的漣漪》54（Ripples in the Diracsea 1989年）中設(shè)置了“時間旅行準(zhǔn)則”，把諾維柯夫自洽原則成功地和整個故事情節(jié)結(jié)合起來：1、旅行只能前往過去；2、傳送對象要回到精確的出發(fā)時間和地點(diǎn)；3、把過去的對象傳送到現(xiàn)在是不可能的；4、過去的行為不能改變現(xiàn)在。準(zhǔn)則1限制人們不能預(yù)知未來，準(zhǔn)則4則是專門針對時間佯謬的。故事中那位發(fā)明時間機(jī)器的天才科學(xué)家，在公布他的成果之前，卻被困在一個發(fā)生火災(zāi)的旅館中，盡管他可以一次又一次地乘坐時間機(jī)器逃到過去，但他卻不能改變歷史，所以，火災(zāi)還是會發(fā)生，死亡還是在一步步逼近——最重要的是，時間機(jī)器也將被毀掉了。
七、物理學(xué)家對時空旅行的看法
通過上述對科幻作品中時空旅行物理學(xué)歷史理論背景的分析，不難看出，該題材科幻作品在不斷涌現(xiàn)中，其創(chuàng)作與相關(guān)科學(xué)理論研究始終保持著密切聯(lián)系。科幻作品從物理學(xué)理論上前沿成果中不斷獲取創(chuàng)作靈感——這是時空旅行題材的科幻作品能夠持續(xù)涌現(xiàn)的主要原因，與此同時，物理學(xué)研究也在接納吸收科幻作品所帶來的啟發(fā)性思路。
相關(guān)的討論也還遠(yuǎn)未結(jié)束，在物理學(xué)界對時空旅行持否定態(tài)度的觀點(diǎn)也一直存在著。事實上，早在哥德爾公布他允許時空旅行的場方程解時，愛因斯坦就曾對此做出過回應(yīng)55：
“這里涉及的問題還在建立廣義相對論的時候已經(jīng)攪得我心煩意亂了，我一直沒能把它澄清。完全撇開相對論與唯心主義哲學(xué)、與所論問題的任何哲學(xué)提法之間的關(guān)系不談，權(quán)衡一下有沒有物理根據(jù)去排除這些解將是令人感興趣的”。
最主要的是，盡管時空旅行的能量條件在科幻小說家那里幾乎都不太成問題，但卻是物理學(xué)家最為關(guān)注的問題，由于所有的理論表明時空旅行只有在高速運(yùn)動的世界中才有可能發(fā)生，非凡的能量條件就是時空旅行所必備條件之一。理論物理學(xué)家魯佩茨.伯格（HeinzRupertsberger）針對這種情形曾表達(dá)了他頗具代表性的擔(dān)憂56：
“時間旅行所需的速度需要超過光速的70%；所需要的能量是巨大的。如果把地球想像為火箭，把它的物質(zhì)想像為以光速噴射的火箭燃料，這件事就變得清楚了。非常粗略的計算，要進(jìn)入一條物質(zhì)世界線過去100年中旅行——旅行者需要在其中旅行100年——至少旅行結(jié)束時，需要消耗相當(dāng)于使地球塌縮成一個半徑為6米的天體所需要的那么多的地球物質(zhì)。”
索恩在研究蟲洞時，一開始就預(yù)料到他的理論將面臨這一難題，所以他一再強(qiáng)調(diào)把實現(xiàn)時空旅行的計劃交給無限高級的先進(jìn)文明去完成，只單純探討物理學(xué)理論法則允許物理學(xué)家們對此做些什么。即便這樣，蟲洞理論也還是沒有避免來自理論層面的置疑。史蒂芬.霍金提出了的時序保護(hù)猜想（TheChronology ProtectionConjecture）57，經(jīng)過論證，霍金認(rèn)為，物理定律會以某種方式阻止時間旅行成為可能——無限先進(jìn)的文明也不可能制造出時間機(jī)器，在機(jī)器啟動的那一刻，它會被強(qiáng)大的量子真空引力所擊碎。
這個思想也可追溯到科幻作品：前面提及的電影《時間警察》、阿西莫夫的著名小說The End of Eternity（1955年）、CharlesStross的小說 Singularity Sky（2003年），都是涉及這一主題的作品，電視系列劇《胡博士》和《星際迷航》自然也不會放過這一題材。著名連環(huán)漫畫MarvelUniverse（1961）更是把這一思想夸張到了極至，它里面類似于時間警察的Time VarianceAuthority（TVA）主要職能就是管理并存的多宇宙和修剪那些有危險存在的時間線，以及防范那些打算改變過去或未來歷史的犯罪行為。
在索恩60歲生日上，他提出了十個猜想和預(yù)言58。猜想9聽起來還不無樂觀：
我們將證明，物理學(xué)定律確實允許在人體大小的蟲洞內(nèi)存在足夠的奇異物質(zhì)，從而保持蟲洞的開放。但我們也將證明，制造蟲洞和打開蟲洞的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越我們?nèi)祟愇拿鞯哪芰Α?br>但他的最后一個猜想則表明他最終被霍金的理論說服了：
我們將證明，物理學(xué)定律嚴(yán)禁回到過去的時間旅行，至少在人類的宏觀世界是這樣的。不論多么先進(jìn)的文明付出多么艱辛的努力，都不可能阻止時間機(jī)器在啟動的時刻發(fā)生自我毀滅。
盡管如此，但時空旅行——特別是超空間旅行對人類目前的技術(shù)拓展毋庸置疑有著很大的誘惑力：1996年翹曲飛行被NASA列入BPP（Breakthrough Propulsion PhysicsProgram）計劃之一，2002年該計劃被停止59，有關(guān)翹曲飛行的研究自然也擱置下來，意味著它距離實現(xiàn)依然非常遙遠(yuǎn)。
事實上，時空旅行的現(xiàn)實可能性除了來自物理學(xué)法則和物質(zhì)技術(shù)水平的局限之外，來自哲學(xué)層面上對因果律的思考也使它陷入困境，所以，對于時空旅行，現(xiàn)在唯一能做出的預(yù)測也許只能是：與其相關(guān)的爭論還將從這兩個方面被繼續(xù)下去，這也恰恰就是這個科幻分支繼續(xù)存在下去的主要原因。
附錄
時空旅行題材的電影（電視）作品，按出品年代排序（多年代表示多版本或多系列），空格表示電影中未提及：
| 名稱 | 國別 | 出品年代 | 時間旅行方式 | 時間旅行 手段 |
| 《時間機(jī)器》 The Time Machine （三個版本） | 美國 | 1968、1969、2001 | 未來 | 時間機(jī)器 |
| 《胡博士》Doctor Who(電視系列) | 英國 | 1963-現(xiàn)在 | 過去 未來 超空間 | 超立方體 |
| 《星際迷航》Star Treck（系列電視?。?/span> | | 1966-2005 | 過去 未來 超空間 | 太空船 |
| 《猿人星球》Ⅰ、II、III Planet of the ApesⅠ、II、III | 美國 | 1968、1969、2001 | 未來 | 飛機(jī) |
| 《一次又一次》 Time After Time | 美國 | 1979、1985 | 未來 | 時間機(jī)器 |
| 《超人II》 superman | 美國 | 1980 | 過去 | 超光速飛行 |
| 《時光倒轉(zhuǎn)七十年》 somewhere in time | 美國 | 1980 | 過去 | 催眠 |
| 《終結(jié)者ⅠII III》 The Terminator Ⅰ II III | 美國 | 1984、1991、2003 | 過去 | 時間機(jī)器 |
| 《回到未來》Ⅰ、II、III Back to the FutureⅠ、II、III | 美國 | 1985、1989、1990 | 過去 | 汽車 |
| 《比爾和特德的精彩冒險》Ⅰ、II Bill&Ted‘s Excellent AdventureⅠ Bill&Ted‘s Bogus Journey II | 美國 | 1989、1991 | 過去 | 電話亭 |
| 土撥鼠日Groundhog Day | 美國 | 1993 | 停止 | |
| 《12點(diǎn)零一分》 12:01 | 美國 | 1993 | 停止 | |
| 《大話西游》 | 中國 | 1994 | 回到過去 | 月光寶盒 |
| 《時間警察》 time Cop | 美國 | 1994、2003 | 過去 | 時間機(jī)器 |
| 《十二只猴子》 Twelve Monkeys | 美國 | 1995 | 過去 | 時間機(jī)器 |
| 《接觸》contact | 美國 | 1997 | 超空間 | 時間機(jī)器 |
| 《黑洞視界》 Event Horizon | 美國 | 1997 | 超空間 | 太空船 |
| 《生死調(diào)頻》Frequency | 美國 | 2000 | 平行宇宙 | |
| 《居家男人》 The family man | 美國 | 2000 | 平行宇宙 | 睡眠 |
| 《救世主》The one | 美國 | 2001 | 平行宇宙 | |
| 《穿越時空愛上你》Kate & Leopold | 美國 | 2001 | 過去來到現(xiàn)在 | |
| 《觸不到的戀人》 | 韓國 | 2001 | 多世界 | |
| 《重返中世紀(jì)》Timeline | 美國 | 2003 | 平行宇宙 | 三維復(fù)制 |
| 《情牽一線》 | 中國 | 2003 | 平行宇宙 | |
| 《蝴蝶效應(yīng)》The Butterfly Effect | 美國 | 2004 | 回到過去 | 日記本 |
| 《雷霆萬鈞》A Sound of Thunder | 美國 | 2005 | 回到過去 | 時間機(jī)器 |
| 《無極》 | 中國 | 2006 | 回到過去 | 超光速奔跑 |
| 《湖邊小屋》The Lake House | 美國 | 2006 | 多世界 | |
20071028加入
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