簡單講，因為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，那么相對論本身就被推翻了，又何談「根據(jù)相對論」呢？

自從相對論誕生以后，我們看到，時間和空間再也不是兩個毫無關系的概念了，時間和空間就像是焦不離孟、孟不離焦的一對結義兄弟，又像是難分難解地糾纏在一起的 DNA 雙螺旋結構，我們再也不能只談空間而不談時間，只談時間而不談空間。

愛因斯坦指出，時間和空間不僅不能獨立于宇宙，而且不能互相獨立，引力不可能只使得空間彎曲而時間卻安然無恙。

從此我們多了一個新的名詞——時空。請注意，千萬不要把「時空」等價于「時間和空間」，時空就是時空，它是一個整體，就好像你不能把「牛奶」看成是「牛」和「奶」的簡單相加一樣。

被我這么一解釋，我知道你開始對「時空」這個詞感到疑惑了，你能想象出時間，也能想象出空間，但是你卻無法想象出時空的模樣。

請跟隨我來，讓我來幫你在頭腦中建立「時空」這個誕生于 20 世紀的偉大名詞，它是人類對宇宙認識的一次大飛躍，我將再次帶你踏上一次驚奇之旅。

時空中的運動

我們的故事要從一次跑步開始講起，這個故事無所謂年份，無所謂地點，無所謂具體人物。

為了敘述的方便，就讓我們一起去學校的操場跑步吧?，F(xiàn)在，讓我來計時，你來跑步。我們的規(guī)則是跑兩次，白天一次，晚上一次。你先克制一下你的疑惑，讓我們跑完再說。白天這次你跑了 16.8 秒，離達標還差一點。為了晚上取得更好的成績，你努力鍛煉了一下，試圖恢復一些當年的勇猛。晚上又跑了一次，這次你自我感覺很不錯，覺得應該會比白天那次跑得更好一點，可是我把成績一告訴你，你卻吃了一驚，怎么反而只有 17.2 秒了？

下面這幅示意圖可以解釋為什么你晚上狀態(tài)更好，成績卻更差了。原因很簡單，晚上視線太差，黑漆漆的你跑了一條斜線都不自知。

跑步的方向不一樣導致成績不同

看了這張圖，你恍然大悟了，原來你小子讓我在晚上跑步是別有用心的，故意就是要讓我把方向跑偏。你不用生氣，為了科學，犧牲這么點兒自尊不要緊?，F(xiàn)在我來問你：「假設你兩次跑步的速度是一樣的，為什么晚上的用時比白天更長了呢？」

你白了我一眼說：「你這不是明知故問嘛，晚上我方向跑偏，跑的路程更長了，所以用時就更多了?！?/p>

我說：「回答正確，用距離來解釋這個現(xiàn)象是我們最直觀、最樸素的想法。但是你知不知道，還有另外一種更抽象的解釋，在這個解釋中，我們不需要距離這個概念?！?/p>

你說：「哦？什么解釋，你說說看。」

我說：「你剛才自己也提到，運動是有方向的，你的運動速度我們可以分解為 x 軸方向的速度和 y 軸方向的速度的合成速度。假設你跑步的速度是 v，白天跑步的時候，你在 y 軸方向的速度是 vy= 0，而在 x 軸方向的速度 vx= v。但是到了晚上，你在 y 軸方向的速度大于零，在合成速度不變的情況下，你在 x 軸方向上的速度就必然小于 v 了。這就好像在 y 軸方向的速度分走了一部分你的跑步速度，你在 x 軸方向上運動的速度變慢了，所以你晚上的成績不如白天?！?/p>

你若有所思地點點頭說：「明白了，速度的方向看來很關鍵?！?/p>

千萬別小看這個看起來更抽象一點的解釋，這是我們對運動本質認識上的一次大飛躍。我們認識到，任何一個物體在空間中的運動速度，都可以分解為在互相垂直的三個方向上運動的合成，像下面這個示意圖顯示的那樣：

物體的運動速度是三個方向的合成速度

一個物體的運動速度 v 是由它在 x、y、z 三個軸方向上的速度合成的，如果總速度恒定的話，其中一個方向上的速度增大，另外兩個方向上的合成速度就必然減小，就好像速度是被切成三塊的蛋糕，你可以隨便怎么切這三塊，但是蛋糕的總大小不會改變。這 x、y、z 三個方向，物理學家用了一個聽起來很「拉風」的詞來描述，那就是「維度」。我前面所說的概念如果讓物理學家來說的話，他們就會說：「物體在三維空間中的運動可以分解為在三個維度上的運動合成」。這種物理學描述方式聽起來很拉風，但其實意思跟我們前面用方向來表述是一樣的。

下面又該愛因斯坦登場了。愛因斯坦向我們大聲宣布了一個驚人的發(fā)現(xiàn)，他說：「這個宇宙中任何物體的運動速度都是光速 c。對，沒錯，你我的速度是 c，太陽、月亮、星星，還有光本身，我們的運動速度都是光速 c。只不過這個速度不是在三維空間中的速度，而是在「時空」中的速度。除了空間的三個維度以外，我們必須再增加一個維度，這個維度就是時間，多了個時間維度后，空間就不再是空間，時間也不再是時間，而是糾纏在一起成為時空。時間空間是一個整體，我們每個人都是生活在這樣一個四維時空中，我們每個人在時空中的運動速度都恒定為 c，永遠不會快一丁點兒，也不會慢一丁點兒?！?/p>

這個發(fā)現(xiàn)實在是太讓人震驚了，如果我們把愛因斯坦的這個發(fā)現(xiàn)畫成一個簡單的示意圖的話，就會是下面這個樣子：

物體在時空中的運動速度恒定

你是不是已經(jīng)在頭腦中模模糊糊地建立起了時空概念了呢？一旦我們明白了時空的含義，就會發(fā)現(xiàn)，任何物體的運動速度不再是把蛋糕切成三塊了，而必須切成四塊，蛋糕的總大小永遠恒定為 c。

這是一個如此簡潔、優(yōu)美而深刻的發(fā)現(xiàn)，這是人類對宇宙認識的一次飛躍。每當我想起它，總是一次又一次地被深深震撼。用這個簡潔而深刻的思想來解釋狹義相對論中關于時間和速度的關系，就成了天經(jīng)地義的事情：物體在空間中的運動速度會分走在時間中的運動速度，空間中運動得越快，在時間中就越慢。時間空間是一個密不可分的整體，任何物體都是在時空中做著相對運動，時間和空間是互相垂直的兩個維度。運用這個思想，就可以用普通的速度合成公式極其簡單地推導出相對論因子。

這個思想還蘊含著這樣一個顯而易見的事實：物體在空間中的運動速度有一個極限，那就是光速 c。我們不再需要用眼花繚亂的質能公式和牛頓第二運動定律去聯(lián)合解釋為什么光速是極限，這個時空運動的思想簡潔而有力地告訴我們：假設物體的運動速度完全從時間這個維度中轉移到空間中，那么物體在空間中的運動速度就達到了最大速度 c。以光速在空間中運動的事物，在時間中就停止運動了，所以，光是不會變老的，從宇宙大爆炸中誕生出來的光子仍然是過去的樣子，在光速運動中，沒有一丁點兒時間的流逝，時間真的停止了。現(xiàn)代的相對論學家認為，光速 c 很可能是我們這個宇宙時空的一個幾何性質，就像圓周率是π，它是一種數(shù)學性質，跟物理性質無關。

從此，我們不再分開談論時間的流逝和空間中運動的速度，只要是運動，就是在時空中的運動。當你進行百米沖刺的時候，你我在時空中進行著相對運動，空間發(fā)生變化的同時，時間也一定會發(fā)生變化?？磥?，我們經(jīng)常在科幻小說中看到的「時空穿梭」其實一點兒都不稀奇，你大可以理直氣壯地宣布：我以百米沖刺的速度在時空中穿梭，我們每個人每時每刻都在時空中穿梭。

你也可以理直氣壯地宣布：我離一秒鐘前的自己距離 30 萬千米。這真是一個遙遠的距離啊，如果你和你的愛人錯開了一秒鐘，那么你要不停地步行九年半才能追上你的愛人。我們都是生活在低速世界中的生物，我們在空間的三個維度中能達到的速度和光速相比實在是小得可憐，這才會讓我們產(chǎn)生時間和空間這兩個完全不同的概念。如果我們想象宇宙中有一種日常生活的速度都是接近光速運動的智慧生命，那么在那些智慧生命的概念中，將不再區(qū)分時間和空間，在它們的感覺當中，時間和空間只不過是不同的方向而已，他們看狹義相對論的各種效應都會像我們看太陽的東升西落和大自然的花開花落一樣平常。在相對論學家的眼里，時空才是我們這個宇宙的本質。請你務必在頭腦中牢牢地建立時空這個概念，牢牢地記住沒有單純的空間運動，這對于理解我們后面要講的東西至關重要。

四維時空

其實，我們在日常生活中早就已經(jīng)有了四維時空的概念。不是嗎？回憶一下你和朋友約會是怎么約的?！肝覀冊诶系胤剑ㄈ嗣駨V場噴水池旁）見」，只是這么一個空間坐標夠嗎？如果就這么一句話的話，你們倆多半還是見不了面，你還得再加一句「老時間（晚上七點）」，這樣你們才能確保雙方達成了一個準確的協(xié)議，也就是說一個約會的事件在時空中的坐標必須包含四個維度的信息，空間的三個維度加上時間的一個維度。

在我們低速的地球世界中，似乎「老時間老地點」這句話已經(jīng)能確保你和朋友見面了；但是，如果我們到了銀河聯(lián)邦的萊因哈特時代（什么？你不知道銀河聯(lián)邦和萊因哈特是誰？那楊威利也不知道嗎？拜托，《銀河英雄傳說》（田中芳樹著）怎么能沒看過？我不管了，凡是不看「銀英傳」的人，我不照顧了，默認當大家都看過的，本人是「銀英」迷），在銀河帝國時代，如果只是這么一句約會的口頭禪很可能就要犯大錯了，你和朋友多半永遠也見不著面了。

因為沒有設定統(tǒng)一的時空坐標參考系，那可真就是差一秒就差十萬八千里還多了。

不過，在時空的四個維度中，時間這個維度有一點特殊性，那就是你只能在時間這個維度中朝一個方向運動，而空間的三個維度可以朝正反兩個方向運動。

本文主要講的是時間旅行、星際殖民和星際貿易這三件有趣的事情。但是請各位讀者千萬注意，我絕不是在創(chuàng)作科幻小說，我要從科學的角度去幫你分析和看待以上三件科幻小說中最常出現(xiàn)的元素，幫你提高以后欣賞科幻小說的能力，幫你找出科幻小說和幻想小說的區(qū)別。

時間旅行

讓我們先從最讓你感到激動的時間旅行開始說起吧。

現(xiàn)在這年頭，穿越類的小說真多，儼然已經(jīng)成為各大文學網(wǎng)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范圍之列。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(jù)相對論，只要速度能超過光速，我們就可以回到過去」。各位，以后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(jù)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涂。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，那么相對論本身就被推翻了，又何談「根據(jù)相對論」呢？這是一個顯而易見的自相矛盾，那么多的「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。

那我們來了解一下，真正的物理學家研究的時間旅行到底是一些什么樣的科學原理和依據(jù)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?shù)目茖W家在探討這方面的可能性。根據(jù)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(jù)廣義相對論的這個原理，我們會發(fā)現(xiàn)時空不是平坦的，時空是有形狀的。

我知道我這么說還是讓你感到不太明白，那么我就來打一些粗糙的比喻來幫助你理解。我們首先把時空想象成一張紙，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，那么我們只能朝著一個方向運動，因為時間維度是只能朝一個方向運動的，這是時間維度的物理性狀。

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里，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。

真實的時空不是平坦的

現(xiàn)在假設我們在一個平坦的時空中，上午 8︰00 出發(fā)，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(jīng)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）?，F(xiàn)在再假設我們經(jīng)過的這段時空被某種力量彎曲了，那么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。

隨著時空彎曲程度加大，到達時間越來越早

現(xiàn)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后，發(fā)現(xiàn)到達的時間比你出發(fā)的時間竟然還早。這意味著你回到了過去。

在一個時間圈環(huán)中，到達時間早于出發(fā)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(huán)回到過去，這個時空圈環(huán)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(huán)」）。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(huán)。直到 1949 年，他的好朋友——大數(shù)學家哥德爾（Godel,1906-1978）在廣義相對論方程中發(fā)現(xiàn)了一個解，這個解居然允許宇宙中這種時空圈環(huán)存在。愛因斯坦當時就震驚了，但隨后他就意識到這個時空圈環(huán)正是自己和助手羅森一起發(fā)現(xiàn)的「蟲洞」的某種特性。

所以，靠譜一點的時空穿梭原理一般都要借助蟲洞來完成，以后看穿越小說記得先翻翻，有沒有提到愛因斯坦—羅森橋或者蟲洞什么的。

非常抱歉，前面出現(xiàn)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(jīng)常被叫作魔比斯環(huán)，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(jīng)常出現(xiàn)的一個神奇事物，它往往象征著時空穿梭。以它的發(fā)現(xiàn)者莫比烏斯命名，到現(xiàn)在也快有兩百年了。

莫比烏斯帶

看到?jīng)]？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后和另一頭粘起來，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。如果你拿一只毛筆，沿著紙面只用一筆就可以把顏色涂滿整個紙帶。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，那么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(fā)現(xiàn)，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。然后你再沿著這個圈圈的中線剪開，你會神奇地發(fā)現(xiàn)，這次剪出了互相嵌套在一起的兩個圈圈。然后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。

這么剪下去永無止境，最后圈圈套圈圈復雜得可以把你搞瘋掉。你是不是很有沖動去試試看了？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。想一下左右兩只手套，這兩只手套你怎么看它都像是對稱的，但問題是，如果你不把手套在空間中翻一個面的話，你永遠也無法把兩只左右手套完全重合地上下疊在一起，就好像你怎么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，如果你讓一只左手套沿著莫比烏斯帶轉剛好一圈（不是兩圈），這只手套就會翻過一面成為一只右手套，但是請千萬記住它的神奇之處就在于：如果手套有感覺的話，它根本不會發(fā)現(xiàn)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，不知怎么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。

左手套轉一圈變成了右手套

伽莫夫寫的著名的科普經(jīng)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(fā)生在三維空間中，我們的鞋子制造商就會大為欣喜，他們只要生產(chǎn)左腳的鞋子，然后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(fā)現(xiàn)自己的心臟跑到右邊去了，這就不爽了。但問題是，我們很容易想象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(shù)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」。

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象力）。你盯著它看 3 分鐘，想象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。你想象一下，如果時空扭曲成這種神奇的形狀，那么你就完全有可能坐著宇宙飛船從 21 世紀出發(fā)，到 19 世紀返回；穿越了一個世紀的時間，如果繼續(xù)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(fā)現(xiàn)，如果允許回到過去的話，會產(chǎn)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，那么你祖母既然死了，你又怎么能存在？你不存在了又怎么能回去殺死你的祖母呢？我總覺得這個故事寫得拗口不已，完全沒必要這么復雜的嘛，簡單說來就是如果你回到過去殺死以前的自己的話，又怎么能有后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(tài)的悖論說的是，你在未來給自己做了變性手術，然后回去找到自己，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?shù)臄?shù)學方法論證出了時空圈環(huán)的可能性，但是祖母悖論又顯然在挑戰(zhàn)我們的常識，沒有人能接受祖母悖論會真的發(fā)生。

現(xiàn)代的物理學家們?yōu)榇藸幷摬恍?，想出了各種各樣的解決方案來避免邏輯悖論的發(fā)生，有代表性的解決方案有這么幾種：

第一種，叫作自由意志喪失說。物理學家說所有該發(fā)生的歷史都已經(jīng)發(fā)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，叫做時空交錯說。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，叫做多歷史說。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，你也可以回去干任何事情，甚至殺死羅斯福讓希特勒取得勝利，什么都可以干。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，當你干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臺了，在你那個世界中希特勒最后成了全世界的偶像。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(shù)個世界出來。但恰恰是最后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(xiàn)在大熱的「平行宇宙」說。

難道物理學家都瘋了嗎？這世界有這么瘋狂嗎，怎么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(fā)現(xiàn)，這個世界真是不可思議，很多微觀世界的現(xiàn)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么也說不通，包括這個多歷史的現(xiàn)象似乎在微觀世界中每時每刻都在發(fā)生著。

你可能也看出來了，真要想時間旅行，以我們人類現(xiàn)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(chǎn)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(jīng)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采集下來的話，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(shù)的原子通過后，再在另外一頭組裝起來?！惯@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(xiàn)在是沒有能力制造時間機器，但是未來人呢？如果在遙遠的未來有人造出了時間機器，那么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。但是為什么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，那么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 周年，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，并且攜帶未來的物品作為證據(jù)。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？

星際殖民

好了，關于時間旅行的話題我們就聊到這里。這個話題其實蠻有趣的，我建議你把我前面說的那些好好地看上三五遍，然后記下來，和朋友喝茶吃飯聊天的時候用自己的語言復述一遍，保證能讓你大放異彩。本人就是經(jīng)常這樣放放異彩的，結局往往是話講完了，菜也被別人吃完了。

講完了時間旅行，我們該來說說同星際殖民有關的話題了。在《銀河英雄傳說》中，自由行星同盟的國父海尼森遠征兩萬光年，去尋找適合人類居住的外星球。那么真正的星際旅行可能嗎？會遇到什么樣的事情？如果我們真的能在幾十甚至幾百光年（幾萬光年我是不敢想的）的范圍內建立第二個、第三個地球，我們這些星際殖民者的日常生活和時空觀念在相對論的理論下又該是一個怎樣的情景呢？這類題材的科幻小說也不少，包括著名的《銀河英雄傳說》，但是小說中的很多事情都是不可能真實發(fā)生的，真實的世界可能會令人非常沮喪。讓我們先從一堂令人沮喪的算術課開始這個話題吧。

如果我們要到太陽系以外的地方去殖民，首先我們至少要飛往一個恒星系，只有在恒星的附近才有可能出現(xiàn)適宜人類居住的星球，恒星就是那顆星球的太陽，給它溫暖和能量，如果沒有恒星，那么在黑漆漆的宇宙中我們肯定是會被凍死的。讓我們仰觀蒼穹，看看滿天的星星離地球有多遠吧。天文學家早就發(fā)現(xiàn)，離地球最近的一顆恒星叫作比鄰星（半人馬座α星 C），距離我們的時空距離是 4.3 光年。所謂光年就是光跑一年走過的距離。光年這個單位，在你小的時候，看到后可能會認為是一個時間單位，長大后懂的多一點了，才知道是個距離單位?，F(xiàn)在當你有了時空的概念以后，會發(fā)現(xiàn)光年這個單位其實是時空單位。在宇宙空間中，因為時空的不平坦性，其實你是沒法用千米去定義距離的，在宇宙中只能用光年來定義時空距離，你可以把它看成是距離單位，你把它看成是時間單位也問題不大，時間空間已經(jīng)成為一個整體，不分你我。

總之，即使是離我們最近的恒星聽上去也是離我們非常遙遠的，光都要走 4.3 年嘛。同學們，現(xiàn)在我們來做一些簡單的數(shù)學計算，看看這顆比鄰星離我們到底有多遠。以人類目前掌握的技術而言，最快最快的宇宙飛船能飛得多快呢？即使是按照最樂觀的估計，大概也只能達到光速的萬分之一。來，算算看，它飛到比鄰星得多少年？沒錯，是 4.3 萬年。有沒有搞錯？！你驚呼一聲，我以為人類的宇宙飛船已經(jīng)夠快了，沒想到那么慢啊。抱歉，我這還是給足了人類面子了，阿波羅登月飛船飛到月球差不多用了四天時間，我已經(jīng)讓人類最快的宇宙飛船飛到月球的時間減少到三小時了。而且，我這還是忽略了加速和減速的時間（這大概還要耗掉兩百年呢）?？磥?，以人類目前的技術實力，飛往比鄰星是沒戲了，4.3 萬年，不用說人類的壽命問題，就算你能在飛船上生兒育女一代代地延續(xù)，也沒有任何機器設備能工作那么久的時間，金屬也會疲勞。

看來必須要提升飛船的速度。那么你們覺得至少要達到什么速度才有可能進行星際殖民呢？掐指一算，可能得出的結果是最低速度怎么著也得達到光速的十分之一，也就是 0.1c 吧，這樣我們飛到最近的比鄰星就只需要 43 年了。我們且不談把速度從光速的萬分之一提到光速的十分之一技術難度有多高，因為今天只是一堂算術課。

聽起來貌似靠譜，從地球出發(fā)，算上加速減速的時間，飛 50 年到達目的地，到了以后發(fā)個電報回來告知情況，地球用四年多時間收到電報。這樣的話，如果我有幸 30 歲的時候能到 NASA（美國國家航空航天局）參與這個偉大的比鄰星探索計劃，那么當我 84 歲的時候就有望聽到從比鄰星那邊傳回來的消息?？偹泷R馬虎虎還能接受，在我有生之年還是有希望知道實驗結果的。

但是，同學們啊，千萬別忘了，我們說的只是離地球最近的比鄰星，我們的目的可是要尋找適合人類居住的星球，并不只為了到別的恒星系中看看風景。遺憾的是，比鄰星系很可能找不到任何行星，去了也是白去。

按照現(xiàn)在天文學家的估計，我們距離最近的宜居行星，大概至少有 50 光年的距離。這也就意味著，我們即便達到了 0.1c 的速度，飛過去至少也要花 500 年的時間。并且隨著最大速度的增加，加速減速需要消耗的時間也會迅速上升，要達到 0.1c 的速度，加速減速所需要的時間可能要占到總飛行時間的一半。顯然，人類不可能到來回飛一趟要 1000 年的地方去拓展殖民地的，就好像你不能指望原始人靠游泳從歐洲去美洲新大陸拓展殖民地一樣。這個速度還是不夠快，還得提升。那你覺得，以 50 光年考量的話，我們的速度至少要達到多少，才有可能進行星際殖民呢？

你心里想著可能需要反算一下，也就是我們先設定多少年能飛到的心理預期，然后再反推要達到的速度。經(jīng)過一番掙扎，你可能會想，好吧，不管怎樣，讓我在到達目的地后，能讓我的親人在有生之年知道我活著到達就可以了。但是我將非常遺憾地告訴你，不管我們怎么努力，哪怕我們的星際飛行速度能無限接近光速，你的這個樸素的愿望還是無法實現(xiàn)，你的親人也不可能在有生之年得到你的消息。理由很簡單，假設 50 光年外的那顆星球叫作「奧丁」（《銀河英雄傳說》中銀河帝國的首都星），你首先至少要用 50 年的時間飛到奧丁，到達以后你往回發(fā)一個電報，這個電報也需要 50 年的時間到達地球，你在地球上的親人從你出發(fā)那天起最少也要等 100 年才能等到你這個報平安的電報。

這確實是一堂令人沮喪的算術課?？磥?，要想星際移民，你出發(fā)的那天就是和你所有親人永別的一天；對你的親人來說，你不但是一去不復返，而且這一去就是杳無音信，他們等待一生也得不到你平安抵達的消息。

但是，如果我們的飛船速度能在很短的時間內加速到無限接近光速（雖然這在今天在技術上還是無法想象的，甚至連理論上的可能都沒有），對于星際旅行者的你來說，情況卻要樂觀得多，50 光年的距離對你來說就像是在地球上做了一次長途旅行而已。根據(jù)時空中運動速度恒定的原理，你在空間中的運動速度會分走你在時間中運動的速度，換句話說，你飛得越快，你的時間流逝得越慢。假設你以 0.9999c 的速度飛向 50 光年外的奧丁星的話，你自己感覺僅僅用 81 天就抵達了，而你在地球上的親人則已經(jīng)老了 50 歲，我們用下面的時空運動圖來表現(xiàn)這個概念：

地球上的人和星際飛船上的你在時空中運動

在這張圖中，大家都以奧丁星為參照物，地球上的人在時間中運動得很快（接近光速），但是在空間中運動得很慢；而星際飛船上的你則恰恰相反，你在時間中運動得很慢，但是在空間中運動得飛快（接近光速）。所以，以你自己的感覺，你沒有用多少時間就從地球飛過來了，但與此同時，地球上的時間卻在飛速流逝。

沿著上面這個思路，我們可以得出一個推論：如果地球和奧丁的時空距離是 50 光年的話，那么就意味著它們的時間距離至少為 50 年，也就是說，這兩顆星球的人想要發(fā)生任何相互接觸，不管是通訊還是旅行，總之，這個 50 年是不可逾越的。我們現(xiàn)在假設你供職于地球上的一家公司，公司派你去奧丁的分公司出差，你坐上星際飛船到達奧丁，辦了幾天公事再回到地球的時候，盡管你自己覺得只用了幾個月甚至更短的時間，但是地球已經(jīng)過去了一百多年，你的老板早就過世了，你供職的這家公司是否還存在也很難說了。因此，在星際殖民時代，恐怕不會發(fā)生派人去別的星球出差辦點事再回來這種事情，雖然這樣的情節(jié)在星際殖民題材的科幻小說中比比皆是（比如電影《阿凡達》）。

那么我們再來看看在星際殖民時代的約會又會有哪些特點呢？你和你的朋友都在地球上，有一天你們心血來潮相約要到奧丁去見面，比如說你們約定在一年后的今天見面，然后分手各自準備行程去了。我提醒你們注意，你們千萬不要以自己的手表為準，哪怕你們分手的時候對表對得再精確也沒用。你們必須非常精確地算準你們的時空坐標，特別要注意時空運動速度恒定這條鐵律，各自小心翼翼地算好自己的空間運動速度會如何影響時間運動速度，否則將要發(fā)生的可就完全不是一個人早到一會兒等著另外一個人飛過來，而是很可能發(fā)生這種情形：先到的一個人苦苦等待一生之后，老得牙齒都快掉光了才終于見到了活蹦亂跳的另外一個人。

在星際旅行時代，兩個人的年齡再也無法處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)了。拿《銀河英雄傳說》里面的故事來說，情節(jié)會變成這樣：米達麥亞和羅嚴塔爾奉命去星際空間打擊海盜，這兩人指揮著各自的戰(zhàn)艦出發(fā)了。由于戰(zhàn)事激烈，他們在廣袤的太空中作戰(zhàn)，經(jīng)常要變換自己飛船的速度，而且偶爾能剛好在太空中會合一下，互相見見面。于是在這些日子里，他們會對每次見面相隔的時間產(chǎn)生完全截然不同的意見，米達麥亞覺得隔了好幾個月才遇上羅嚴塔爾，而羅嚴塔爾卻說我們昨天才剛剛見過面呀。下一次見面的時候，米達麥亞覺得也就過了不到一個禮拜，但是羅嚴塔爾卻堅持聲稱至少已經(jīng)過去了三個月。這哥倆每見一次面就爭吵一次。他們都得特別小心地控制自己飛船速度，萬一速度太快了，等他們回到奧丁的時候，他們的司令官萊因哈特就已經(jīng)過世很多年了。

因此，在星際殖民時代，必須建立宇宙歷、宇宙標準時和統(tǒng)一的時空坐標參照系。好在咱們的銀河系有一個好處，那就是所有的恒星基本處在相對靜止的狀態(tài)。我們地球和奧丁星之間的相對運動速度應該是很小的，并且我們不妨假設人在奧丁星和在地球上所受到的引力大小基本相當。這個應當好理解，人類不會習慣在一個能使自己體重突然增加好幾倍或者輕好幾倍的地方長期生活，總還是要在一個能基本適應的范圍內，而這個引力大小對于時空彎曲程度來說是可以忽略不計的。

所以，如果真到了那個在奧丁星殖民的時代，地奧聯(lián)邦政府可能會同意我的建議，把地球和奧丁星看成是一個大的參考系，這個參考系跨越了 50 光年的時空，在這個 50 光年的范圍內建立時空坐標。以新的宇宙歷法規(guī)則通過的那天零時為銀河紀年元年，仍以一個地球日和一個地球年作為標準宇宙歷法的標準日和標準年，在銀河紀元元年的零時零分啟動一只精心調快過的原子鐘，然后把這只原子鐘放上星際飛船，以接近光速的速度帶到奧丁星，到達以后再把原子鐘的頻率調成跟在地球上一樣。于是我們會看到，在奧丁星上的宇宙歷生效的那個時刻，原子鐘顯示的可能已經(jīng)是：銀河紀年 50 年 2 月 21 日 9 時 13 分 10 秒。因此，奧丁星上的宇宙標準歷和標準時的時間是直接從 50 年后開始的，而不是像地球一樣從元年開始，當然，奧丁星上的人必然還要根據(jù)自己星球的自轉和公轉日期（奧丁星不一定有衛(wèi)星，所以可能沒有月份的概念）制定自己的地方時，以便生活。

所以，奧丁星上的手表一般都必須顯示兩個時間，一個是標準宇宙歷的時間，一個是奧丁歷的時間。這些手表還得有一個特殊功能，那就是登上星際飛船后，可以根據(jù)星際飛船的飛行速度調節(jié)手表的頻率，飛得越快，表的頻率就得跟著調得越高。

假想一下你在星際飛船上看著時間飛快地跳動，一年一年就在你眼前像走馬燈一樣流逝，你會產(chǎn)生一種什么樣的感覺呢？最要命的是，這些走馬燈般流逝的時間并不是幻覺，而是實實在在地發(fā)生在地球和奧丁星上的時間流逝。地奧聯(lián)邦政府還有一條不得不頒布的法令，那就是所有的星際飛船上的時間頻率調快的行為都必須全部詳細記錄在案，調快頻率后流逝的時間不能算作年齡的增長。如果不頒布這條法令，那么這個世界的倫理就要徹底混亂了，人們再也搞不清楚誰比誰年齡大了。

以上這些就是最粗略的星際殖民時代的時間觀念。對于那些要登上星際飛船的人來說，他們必須要做好十足的心理準備，因為登上飛船的那個時刻就是他們真正告別過去、奔向未來的時刻。星際飛船是一艘真正的時間機器，只不過這部時間機器只能把人帶向未來而無法返回過去。一旦登上了星際飛船，那么過去的一切就將過去，對于過去的一切親朋好友來說，你死了，而對你自己來說，親朋好友們死了，因為你們此生再也不可能相見了。當親朋好友們向你揮手道別，看著你登上星際飛船的景象，那就跟看著你走入棺材是一模一樣的心情。各位親愛的讀者，我很想知道，此時此刻的你對于星際殖民時代是感到興奮呢，還是沮喪呢？過去曾經(jīng)看到過的很多此類題材的科幻小說和科幻電影，是不是都有一點點變味了呢？