在克里斯托弗·諾蘭基於堅實科學理論的硬科幻電影《星際穿越》中，為了挽救人類種族於累卵，宇航員庫珀帶著一個科學團隊，開始一場很可能有去無回的星際旅行。他們透過高階智慧生命放置在土星附近的一個蟲洞，才得以進入河外星系，為瀕臨滅絕的人類尋找火種。在這部電影裡，最令人津津樂道的，當屬宇宙飛船藉助蟲洞穿越時空的情節，雖然庫珀等人並未在外星系逗留多久，然而在他們航行的日子裡，地球卻經歷了一百多年的崢嶸歲月。

不論是科幻小說還是科Phantom視，時空穿越題材炙手可熱，永遠是創作者的寵兒。之所以這類題材廣受歡迎，完全是在我們每一個人的心中，都隱藏著對歲月流逝的恐懼，都有在時間無情的擠壓之下，產生的根本無法反抗的沉重無力感，更有衝破時間的禁錮，進入完全自由王國的渴望。

人類渴望進行時空穿越，本質上是在挑戰時間所遵循的無情法則。在牛頓經典力學主導世界的年代，時鐘的滴答聲在全宇宙都是一致的，地球的上的一小時與火星上的一小時並無不同。然而愛因斯坦的狹義相對論卻對此提出了質疑，認為宇宙中各點的時間步調並不一致，距離越遠，時間差距就越大，這對牛頓經典力學是徹底的顛覆。然而，廣義相對論卻又更進一步，認為時間和空間並非獨立存在的，而是緊密結合在一起，稱之為“時空”。“時空”看起來更像一塊巨大的絲織品，可以隨意伸展和收縮，並且伸展和收縮的速度可以快過光速。“時空”有很多神奇的特性，比如在一個巨型的天體附近，引力強大到可以將時空扭曲，時間也隨之變慢，這就是所謂的“相對論效應”。而愛因斯坦的相對論，給時空穿越提供了多種可能。

時間給予我們的最直觀的感受就是其冷酷性，它讓每個人從嬰幼兒長大成人再繼續衰老，直至走向生命的終點。時間的箭頭永遠朝向未來的方向，這也是整個宇宙從有序向無序的演化過程，也是從有秩序的低熵向混亂的高熵不斷推進的過程。比如一個人從年輕變得衰老，也是從低熵到高熵的轉變。當整個宇宙的熵變得最大，世界也就徹底死亡了，生命消失，只剩下一片混亂不堪的熱寂狀態。

因此，時空穿越包含著兩層含義。第一層含義，穿越時空可以打破空間限制，實現運輸方式的飛躍，從宇宙的某個角落去往另一個角落，轉瞬之間就可以完成，不再受距離的限制。

第二層含義，穿越時空也相當於時間旅行，原則上既可以去往未來，也應該可以回到過去。實際上，回到過去的時間旅行，難度比去往未來要大到不可想象。原因很簡單，去往未來符合宇宙的執行法則，所以難度小；而回到過去要對抗“低熵到高熵”的宇宙法則，俗話說就是逆天，能不難嗎？

由於回到過去的時空穿越難度很大，暫不討論，那麼就讓我們研究一下衝破空間障礙的星際旅行到底有幾種方法吧。我們知道，愛因斯坦的相對論有一個基本假設，就是光速在整個宇宙中是恆速不變的常數。然而即使宇宙飛船按照光速執行，去往最近的比鄰星座也需要4.2年，想要穿越整個銀河系需要10萬年。況且，相對論效應告訴我們，當飛船以接近光速飛行的時候，質量接近無限大，相應的，就得需要無限大的能量來驅動飛船，這明顯是不合理的。因此依靠速度來打破空間屏障，勝算不大。

不過，我們可以另闢蹊徑，在時空上面下功夫。因為時空的特性類似絲織品，可以伸展和收縮，並且不受光速限制，意味著時空的膨脹或者收縮可以超光速。此時，我們就找到了時空穿越的第一種辦法——拉伸時空。具體而言就是，採用某種技術手段拉伸飛船身後的空間，並且與飛船前面的空間相接觸，此時，乘客們根本就不需要長途跋涉，由於空間已經發生變化，飛船瞬間便來到另外一個新世界，實現了時空穿越。

那麼，到底採用的何種手段才能拉伸時空呢？原來，飛船採用的是阿庫別瑞引擎，也就是《三體》中唯一能夠拯救人類的曲率引擎。這種發動機可以扭曲和拉伸飛船附近的時空，從而實現星際穿越。《星際迷航》中的企業號飛船，安裝的就是這類曲率引擎。

穿越時空的第二種辦法，就是撕裂時空。從時空上面撕裂一個洞，讓飛船轉過去，這是多麼振奮人心的高科技。其實，所謂撕裂時空並沒有多稀奇，就說我們耳熟能詳的製造“蟲洞”。這個概念最早來源於奧地利物理學家路德維希·弗萊姆，而在1935年，愛因斯坦與他的助手納森·羅森研究引力方程之時，發現引力方程的一個解，預言了蟲洞這種特殊的時空結構存在，稱之為“愛因斯坦—羅森橋”。但是由於蟲洞的出現都是在極微小的量子世界裡，且出現的時間很短，拿來穿越時空根本沒有可能。到了1988年，加州理工學院物理學家基普·索恩和同事一起發現了可穿越的蟲洞，不過，要想保持蟲洞穩定，需要耗費差不多一個恆星的能量，對於人類而言，這是可望而不可求的神仙級別的技術。

不管是拉伸時空還是撕裂時空，都需要巨大的能量來進行，很多科學家認為，只有負能量這類“奇異物質”才能當此重任。華盛頓大學物理學家馬修·維瑟透過計算告訴我們，要想開啟一個直徑1米的蟲洞，所需要的負能量的質量等同於木星，而木星的質量是1.90×1027千克！如果要想製造一個能穿越宇宙飛船的蟲洞，該需要多少負能量？透過類比計算就一目瞭然，耗能高到令人咋舌。一個文明如果達不到II級文明，也就是能夠將整個恆星的能源為我所用，製造蟲洞只能是天方夜譚。

在《星際穿越》中，庫珀在外星系轉了一圈之後，找到了拯救人類的鑰匙，並且幸運地回到了地球。雖然他感覺自己只不過經過了幾年時間，然而強烈的相對論效應，讓地球的時間流逝比庫珀飛船快得多，他回到了未來的地球，也是一百多年後地球。從這個意義上而言，庫珀完成了面向未來的時間旅行。

那麼最簡單的去往未來的時間旅行採用何種辦法呢？有兩個辦法，一個是乘坐速度極快的飛船。比如當一艘飛船以光速飛行的時候，差不多花費1分鐘到達附近的恆星，而此時，地球的時間已經過去了4年，就相當於飛船裡的宇航員來到4年之後，雖然，對飛船的乘客而言，感覺剛剛過去了1分鐘。因此，速度可以讓人穿越時空。還有另一種回到未來的辦法，就是把飛船開到一個引力巨大的黑洞附近，並且遠離黑洞視界，以免被吞噬。此時，黑洞無與倫比的強大引力也會扭曲時空，讓時間變慢，等宇航員離開黑洞附近，回到地球之時，他們就回到了未來。

回到未來的時間旅行雖然更可行，但也平淡無奇，波瀾不驚，即使一眨眼回到了未來，也沒什麼好激動的，畢竟“天上一日，地上一年”，這是由於兩地時間流逝差異巨大造成的。如果遇見“天上一小時，地上七年”的極端情況，等宇航員回到家鄉之後，也許好幾萬年過去了，舉目無親，回到未來又有何用？與此相反，如何能夠回到過去，對抗宇宙法則，才是更多人津津樂道的，也可以說是夢寐以求的。因為，能夠回到過去，會給自己人生帶來無數個可能。

我們該如何透過時間旅行回到過去呢？答案很簡單，透過時間機器啊！然而，時間機器只是小說家言，那些一摁按鈕，一拍腦門，就可以回到過去的時間機器實在太不靠譜，因此很有必要透過真正的科學來研究我們是否能夠回到過去。

當然，靠譜的科學解釋依然離不來愛因斯坦的相對論。科學家們經過研究顯示，愛因斯坦的相對論方程允許多種時間機器存在。這裡的時間機器，不是《神秘博士》飛來飛去的電話亭，也不是《回到未來》的汽車，更不是像加速器一樣的環形通道，更不是意識脫離肉體遨遊太空的冥想，而是有一個別致的名字叫“閉合類時曲線”，這是允許時間旅行回到過去的專業術語。一個人一旦進入“閉合類時曲線”，就可以沿著時間軸一路上溯，回到自己出發之前。但是如何進入這類時間曲線，可就難上加難了。

第一種時間旅行的方法，透過蟲洞可以瞬間實現時空穿越。因此，理論上而言，透過蟲洞，我們也可以回到過去。開啟蟲洞，當然離不開神秘的奇異物質——負能量。

第二種時間旅行回到過去的方法，就是透過旋轉的宇宙來進行。這種宇宙叫哥德爾宇宙，它性質穩定，不膨脹，所有的物質都繞著一個對稱軸勻速轉動，其中也包含了愛因斯坦的宇宙學常數，但這裡的宇宙學常數小於零，因此產生的是引力和物質的引力一起抵消了轉動產生的離心力。哥德爾的宇宙還有一個很特殊的性質——允許時間旅行。這個宇宙模型奧匈帝國的數學家和邏輯學家庫爾特·哥德爾發明的，他在1949年透過獲得了愛因斯坦方程的一個解之後，才得出這個開腦洞的結論的。然而，旋轉的宇宙只是一廂情願，至少目前來看，各種觀測資料都證明了宇宙根本就沒有轉動。所以，哥德爾宇宙只有理論猜想價值。

第三種回到過去的方式是透過一根快速旋轉的、無限長的圓柱體。毫無例外，這個設想也來自愛因斯坦方程的另一個解。做出這個猜想的是荷蘭數學家威廉·範斯托克姆，他指出理論上存在一個快速旋轉而又無限長的柱體重力場，這樣的重力場會違反因果律，允許出現連線兩個時空的“閉合類時曲線”，說白了就是能夠時間旅行。請看這種時間旅行方式有多極端，一是高速旋轉，二是無限長。無論哪一個特徵，對於時間旅行者而言都不是福音，想要實現，更是不可能。

第四種時間旅行的方式是透過宇宙弦來進行。這個發現要歸功於美國物理學家理查德·戈特，他同樣也是透過解愛因斯坦的方程得出的結果。那麼宇宙弦是什麼鬼？戈特認為，宇宙中存在著兩根巨大的弦，並且接近碰撞狀態，時間旅行者如果快速繞著這兩根宇宙弦做轉圈運動，就會一下子回到過去。且不說這種時間旅行方式成功率有多高，光是尋找這兩根宇宙弦花費的功夫，就可以研製一臺時間機器了。

以上是世界頂尖的科學家，從嚴謹科學角度提出的時間旅行的方法，雖然離奇，且基本沒有實現的可能，卻讓我們大開眼界，連呼過癮。回到過去的時間旅行之所以如此困難，也是宇宙法則造成的，如果回到過去那麼容易，天下豈不大亂？每一個人都可以根據自己的喜好改變過去，產生的強烈的蝴蝶效應很可能會讓整個人類社會崩潰。如果時間旅行那麼簡單，如今我們周圍會充斥著來自未來的旅行者，這到底是禍還是福，真的很難說。

因此，為了杜絕時間旅行者改變過去歷史，在上世紀80年代，俄羅斯理論物理學家伊戈爾·諾維科夫在對時間旅行的可能性認真研究後指出，人可以回到過去，但不能因此改變歷史，時間旅行者將被迫不讓悖論發生，這被稱為“諾維科夫自洽性原則”。而斯蒂芬霍金也提出了“時序保護猜想”，將時間旅行的危險發生機率限制在可控範圍之內。

時空穿越可以實現，只是需要使用新技術才能實現，而使用現有的火箭技術卻永遠實現不了。這個新技術叫正負引力力學，技術實體叫飛碟。用地球時間做參考，它一個小時可以跨越120光年左右，遨遊銀河系也不過幾十天的事情。電影星際迷航中的曲率飛船，其理論與技術還處在科幻階段。即便有此實物產生，也遠不如正負引力力學先進。

理論上是可以的。《星際穿越》是一部典型的硬科幻，其中的很多場景都是基於現代物理學，在理論上都是行得通的。

在影片中，由於枯萎病在全球範圍爆發，地球已經變得不宜居，為此，人類需要尋找可以替代地球的宜居星球。但影片中的人類所具有的宇航科技還沒有辦法離開太陽系，所以尋找宜居的系外星球是天方夜譚的事情。

好在有“人”在幫助那時的人類，“他們”把一個蟲洞放在太陽系中的土星軌道那裡，蟲洞的另一端連線著100億光年之外的潛在宜居行星。100億光年是一個極為遙遠的距離，要知道銀河系的寬度也就10萬光年。正常情況下，飛到100億光年之外幾乎是不可能的，或者需要極為漫長的時間。但如果有了蟲洞，情況就不一樣了。

蟲洞是愛因斯坦和羅森兩位物理學家從廣義相對論中推匯出來的結果，理論預言，一種時空捷徑可以互相連線兩個遙遠的時空，這就是愛因斯坦-羅森橋，即我們通常所說的蟲洞。蟲洞就像任意門一樣，只要穿過去，很快就可以到達遙遠的地方。在影片中，主角他們就是透過蟲洞穿越到100億光年之外。

理論上，宇宙中到處都有蟲洞，只是它們的尺度太小，是微觀級別的，並且它們無法長時間維持在同一個地方，一產生就會馬上消失。如果想要維持蟲洞的穩定，並且使它們可以張開到宏觀尺度，這就需要一種擁有負質量的奇異物質作為支撐。當然，這種奇異物質也只是理論預言的東西，目前還沒有相關的證據。如果未來人類可以掌握蟲洞的製造方法，那麼，像電影中的星際穿越完全是可以實現的，那時我們將能在宇宙中自由穿行。