愛因斯坦是個很牛X的科學(xué)家，牛X到他死了以后，他的腦子被取出來送到科學(xué)機構(gòu)研究，看看他的腦子是不是和一般人不一樣。愛因斯坦到底牛X在哪里呢？他的牛X之處，簡而言之可以總結(jié)為，他證明了牛頓力學(xué)的理論是錯的。
牛頓力學(xué)有三大定律，具體是什么我就不多說了，但這三大定律成立的前提是，時間是永恒不變的，永遠均勻向前的。所謂“天上一天，地上一年”，在牛頓看來，那就是封建迷信。但愛因斯坦的理論則表示，這是實實在在存在的。
愛因斯坦首先提出了光速恒定不變，也就是說，在任何情況下，光在真空中的速度都是每秒30萬公里，這是個定數(shù)。在此基礎(chǔ)上，行進的速度越快，則時間就會過得越慢，如果即所謂的“時間膨脹”，這就是愛因斯坦的“狹義相對論”。
為什么會出現(xiàn)這種情況呢？以下內(nèi)容是有點燒腦的。關(guān)鍵還是在于“光速恒定不變”，這意味著在任何參照系中，光速都是恒定不變的。舉例來說，當你在一個每秒10萬公里的宇宙飛船中，扔起一個蘋果，這個蘋果依然還是會落在你手里，這是因為，你看到蘋果是直上直下的，但由于慣性的原因，蘋果已經(jīng)疊加了宇宙飛船的速度，因此你扔起的蘋果也是每秒10萬公里。但宇宙飛船頂燈發(fā)出的光卻仍然是每秒30萬公里，并不會疊加宇宙飛船的速度而變成40萬公里。
但是你作為宇宙飛船之內(nèi)的人，你所看到的光子依然是垂直運動的，所以光走過的距離就是垂直的這個距離（假設(shè)這個距離是S1）。但對于宇宙飛船之外的人來說，光走的距離就不是垂直的，而是從頂部發(fā)射，落在了已經(jīng)移動了之后的飛船底部。所以，宇宙飛船之外的人看到的光走的距離更長（假設(shè)這個距離是S2）。
S1=光速×飛船之內(nèi)的時間，S2=光速×飛船之外的時間。由于光速恒定不變，而S2比S1要大，所以在飛船之外所感知到的光所行進的時間就更長。也就是說，飛船內(nèi)的人用更短的時間就經(jīng)歷了飛船之外更長的時間。所以，飛船內(nèi)的人相對飛船外的人來說，就做到了“天上一天，地上一年”。
但按照狹義相對論來說，所有的這一切都是相對的。在飛船上，你吃掉一包辣條依然需要10分鐘的時間，消化這包辣條依然需要2小時的時間，一切都顯得那么正常。但地面上的人看飛船上的人（假如你能看清的話），他們就好像慢動作一樣。而當飛船上的人回到地球時才發(fā)現(xiàn)，一切已經(jīng)滄海桑田，孩子已經(jīng)長大，而你卻依然年輕。沒錯，你穿越到了未來。
這就是狹義相對論能夠推導(dǎo)出來的“時間穿越”。當你以接近光速的速度行進到足夠遠的地方，再以接近光速的速度返回地球，你就相當于穿越到了未來。其實是你用相對比較短的時間，度過了地球上漫長的時間，這種穿越依然是需要花費時間的，而不是影視劇里那種“瞬間”穿越。
速度越快，時間過得越慢
當你的速度越接近光速，穿越所花費的時間就越短。那么，如果你超越光速呢？按照狹義相對論來說，任何物體的速度都不可能超越光速，但有一種例外，就是“曲率引擎飛船”。這就涉及到了愛因斯坦的“廣義相對論”。
在廣義相對論中，時間成為了三維空間之外的第四維，時間與我們身處的三維空間合在一起，形成了“四維空間”。這在三維世界里很難理解，你可以想象成，我們每分每秒在三維空間所發(fā)生的每個動作，都是一個一個的立方體，這些立方體沿著一個時間軸向前，就像快速翻動的動畫片段一樣，形成了我們的連續(xù)動作。這個時間軸，就是每分每秒正在流逝的時間，這個時間只能向前。
因此，在四維空間中，三維空間與時間就共同組成了一個新的坐標系，我們姑且稱之為“四維的網(wǎng)”。既然是網(wǎng)，就可以折疊，就好像將一個重物放在一塊布上，這塊布就會被壓彎，這種彎曲的程度就叫做“曲率”。當年牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力，卻無法解釋萬有引力是如何產(chǎn)生的，而愛因斯坦在廣義相對論中明確解釋了萬有引力的產(chǎn)生來源就是來自空間曲率。這就相當于，如果一個重物把布壓彎，那么你往布上放一個乒乓球，這個乒乓球自然就會沿著布旋轉(zhuǎn)，最終被“吸”到了這個重物上。重物越重，布被壓得就越彎，所展現(xiàn)出的“引力”也就越大。
萬有引力來自于空間曲率
當兩個重物彼此撞擊，那么布就可能產(chǎn)生波動，這就是“引力波”。如果一個飛船能夠制造出這種波動，那么空間就可以折疊，飛船就可以瞬移。折疊的曲率越大，瞬移效果就越明顯。如果把瞬移也看作是一種“速度”，那么這個速度就可能會大大地超越光速。
按照上面的推導(dǎo)，如果你與光速相同，你的時間就會停止，你回到地球時就會穿越到未來。那么如果你超過光速，時間會倒流嗎？答案是肯定的，但卻又不完全。
曲率飛船利用空間折疊來前進
如果你超越光速，你將追上過去發(fā)出的光，因此你會看到過去發(fā)生的事情。但這僅僅是射入你眼中的信息而已，事情其實早已發(fā)生，只不過信息又被你重新捕獲。你沒有辦法改變光中的信息，而只能眼睜睜地看著他們?nèi)珉娪鞍阍谀阊矍傲鲃?。那么電影里的人自然也不會感知到有一個未來的人正在看著過去的事情重演。所以，通過超光速就可以“回到過去”，其實是錯誤的，它只能讓你看到過去，卻不能讓你回到過去。
說到這里，按照相對論的理論，就可以得出兩個結(jié)論。
第一，如果你用接近光速的速度來航行，你可以直接穿越到未來。
第二，如果你通過曲率飛船來超越光速，那么你可以看到過去發(fā)生的事情，卻沒有辦法改變它。
這就解釋了一個長期以來困擾人們的問題，如果未來人類科技進步到創(chuàng)造出時間機器，為什么沒有未來的人會到現(xiàn)在來旅行？答案就是，時間機器只能奔向未來，或者是看過去的電影，卻沒有辦法真的回到過去。所以，所謂的“祖母悖論”就是個偽命題，是不可能發(fā)生的，這就是霍金所主張的，時間旅行是不可能發(fā)生的。
蟲洞
當然，還有另外一個“蟲洞”理論，支撐了“回到過去”的可能性。也就是通過某種通道，將兩個折疊的時空連接在一起。這樣你就可以通過這個通道，在兩個時空之間任意穿越，那么無論是回到過去還是奔向未來，都成為可能。但從相對論研究而言，如果想要制造一個能夠容納宇宙飛船穿越的沖動，其所耗費的能量將超過宇宙總能量之和。所以，這個想法也就只能存在于理論中，是不可能實現(xiàn)的。
牛頓的力學(xué)理論假設(shè)時間是絕對的，但愛因斯坦證明了時間是相對的，所以牛頓的理論從根基上就是錯的，這就是愛因斯坦的牛X之處。但為什么物理學(xué)依然還是要學(xué)牛頓的理論呢？為什么不直接學(xué)相對論呢？因為在地球上的絕大多數(shù)場景，因為衡量的尺度有限，牛頓理論與愛因斯坦理論所計算出來的結(jié)果，誤差可以幾乎忽略不計。只有放大到宇宙場景之下，牛頓和愛因斯坦的計算結(jié)果才會有明顯差異。所以，在大多數(shù)場景下，我們依然可以使用牛頓力學(xué)的簡單公式，而不必去深究愛因斯坦復(fù)雜的相對論體系。
