一直以來，時空穿越幾乎是每本科幻小說必備的情節。物理學家也為此爭論了幾十年。雖然關於穿越能否穿越到過去的爭論至今仍在繼續，但有一點已經確定，穿越到未來是絕對可能的。
蟲洞
現實生活中的時間旅行是通過一種叫做時間膨脹的現象發生的，這是愛因斯坦狹義相對論的一個屬性。狹義相對論是對速度如何影響質量、時間和空間的一個解釋。愛因斯坦第一個意識到，時間不是恆定的，而是隨着你在空間中移動的速度加快而減慢的。這就表明時間是一種幻覺，對於觀察者而言，時間會發生變化。如果你能以光速旅行，相比靜止的觀察者，你能體驗到更慢的時間。甚至太空中的宇航員也比在地球上的人衰老得慢。如果我們要進行時間旅行，那麼了解時空如何運作是很重要的。
時間會變化
我們對時間和因果關係的理解來自愛因斯坦的廣義相對論。愛因斯坦重新認識了空間本身，並創造了 "時空 "這個短語，它將空間的三個維度和時間的一個維度融合在一起。愛因斯坦認為空間不是平坦而僵硬的，而是彎曲的，在大型天體—行星、恆星和黑洞—周圍形成引力凹陷，稱為引力井。引力導致時空的宇宙結構彎曲，不僅僅在黑洞附近，而是在包括地球在內的任何引力場。這一點很重要，因為你離引力源越遠，時間就流逝地越快。
引力井
但也有可能在宇宙中潛伏着其他東西，使時空結構發生彎曲。愛因斯坦和另一位名叫內森-羅森的物理學家在研究黑洞時，他們從理論上發現，黑洞的表面可能可以作為橋樑連接到另一個空間，這被稱為愛因斯坦-羅森橋，或蟲洞。在愛因斯坦的廣義相對論中，創造一個蟲洞是非常簡單的：你只需把一個黑洞和一個白洞連接起來，結果就是一條穿越時空的隧道。
愛因斯坦和內森-羅森
如果你以前從未聽說過白洞，小編為你介紹一下。白洞是純粹的假設性物體，天文學家們正試圖弄清楚它們如何以及是否會在太空中形成。理論上，白洞被認為是一個時間逆轉的黑洞，是一片噴發出光和物質的時空區域，而不是像黑洞那樣將物質困住並擠壓成一個奇點。如果它與黑洞完全相反，我們應該能夠通過它們發出的不同類型的光或輻射看到它們。事實上，一些研究人員認為，我們所發現的一些黑洞實際上可能是偽裝的白洞。
黑洞、奇點與白洞
蟲洞被認為是彎曲時空結構的跨維度傳送門，並連接銀河系的宇宙某些遙遠角落。蟲洞需要對時空進行極端扭曲，並且需要強大的引力才能存在。這就是為什麼一些天文學家說，尋找蟲洞的好地方是潛伏在星系中心的超大質量黑洞附近，比如我們銀河系的人馬座A*。
愛因斯坦和羅森在研究蟲洞時，出現了很大的挑戰。第一個挑戰是，在廣義相對論中，正常物質通過蟲洞時的引力會讓這條「隧道」關閉。因此，製造一個穩定的、保持開放的蟲洞將需要某種類型的奇異負物質來保持隧道的開放。第二個挑戰是創建蟲洞所需的過程，找到穩定蟲洞的奇異負物質不能偏離目前的物理學規則太遠。而負物質在宇宙中似乎找不到，但這並不意味着它不存在。
正常物質通過蟲洞
為了穩定一個蟲洞，旅行者必須通過負能量來平衡旅行者的正能量，這聽起來幾乎和時間旅行、蟲洞本身一樣不可能。但在2017年，物理學家們發現了一種用量子糾纏來撐開蟲洞的方法。糾纏的這種奇特性質將為蟲洞的穩定性提供所需的奇異負物質。這是一個有趣的想法，因為蟲洞從未被發現過。而且不幸的是，如果蟲洞真的存在，它們將是極端不穩定的。
通過負能量來平衡正能量
即便真有蟲洞形成，它們會立即崩潰，或者它們的引力會以超過光速的速度將它們撕碎，使它們作為穿越宇宙的捷徑變得幾乎毫無用處。蟲洞就算在我們周圍突然出現，但迅速就崩潰了，我們從來沒有機會發現一個。
想像中的蟲洞
即使我們找到了蟲洞，也需要記住，宇宙是無垠的。如果看過電影《星際穿越》，你會記得未知生物為拯救人類在太陽系的土星附近創造了一個蟲洞，這個需要大量負能量來保持穩定的蟲洞，對人類來說也不太方便，因為最快的飛船也要花上近4年時間才能到達那裡，相比之下，"新視野"號飛船花了九年半時間才到達冥王星。
"新視野"號飛船
如果我們真的在宇宙中發現了一個蟲洞，並且由於一些奇怪的未知原因，它是穩定的，沒有瞬間蒸發，我們也很難能夠及時趕到那裡。假設在地球和火星中間出現了一個蟲洞，那就真的很方便了。假設這個蟲洞真的出現了，我們可以乘坐宇宙飛船及時到達，但人類能在穿越蟲洞的旅行中倖存下來嗎？這個問題沒有人知道答案。
想像中的蟲洞
當然，也沒有人知道穿越蟲洞是否會是一次單程旅行，你很有可能永遠回不來了，即便能夠回來，你也要面對滄海桑田的變幻，一切都會變得陌生。一些物理學家認為，人類如果進入蟲洞，不僅可以存活下來，而且可以瞬間到達銀河系的另一端，而那些沒有通過蟲洞的人......永遠都不可能跨越銀河系。
穿越蟲洞
但是沒有蟲洞，時間旅行是否可能？如果特指穿越到未來，那沒啥問題，但這需要巨大的能量和速度來實現。我們之前提到了太空中的宇航員，宇航員根納季-帕達爾卡在太空呆了879天。當他在太空呆了2.5年後回到地球時，帕達爾卡發現自己已經穿越了1/44秒。通過回到地球，他實實在在地穿越到了未來。雖然1/44秒並不會讓你感到震驚，但證明了時間旅行是可能的。目前帕達爾卡保持着時間穿越的世界紀錄。
根納季-帕達爾卡
然而，我們要知道，宇航員當時的時速只有27,358公里，而且離地球並不遙遠。但是，如果有東西可以移動得更快，會發生什麼？科學家們一直在使用大型強子對撞機，將亞原子粒子送入未來。事實上，該粒子加速器有能力以99.999999%的光速推動質子。在這個速度下，質子的相對時間比人類觀察者慢了大約6900倍。
大型強子對撞機
回到電影《星際穿越》，還記得主角經歷了時間膨脹，回到地球發現他的女兒，一個躺在醫院病床上的老太太嗎？你離開地球越遠越快，時間對你來說就會變得越慢，但對地球上的觀察者來說，時間會保持不變。例如，假設我們想穿越到公元3000年的地球，你只需要坐上一艘飛船，以99.99%的光速旅行。假設目的地是開普勒186f，它距離地球大約580光年，你需要大約580年才能到達那裡。抵達後，隨便吃點東西，稍微休息一下，然後返回地球，你又需要580年。總的來說，你要花1160年才能完成一次往返旅行。
地球到開普勒186f
說到這裡，你可能會想，「我怎麼可能可以活1000多年呢？」。這裡有一個關於時間膨脹得令人震驚的理論。由於你的移動速度如此之快，你的旅行所產生的時間膨脹對你來說根本就不是一千年，因為你的內部時鐘已經放慢到地球上時鐘的1/100。宇宙飛船上的你只會衰老10年左右，而對地球上的人來說，則會超過一千年的時間。
內部時鐘放慢到地球上時鐘的1/100
所以你看，時間旅行到未來是可能的，但現在巨大的工程障礙讓我們還無法實現。在可見的未來，我們還沒發造出一艘能以光速飛行的宇宙飛船。當然，這必須解決一個主要困難，那就是找到能夠推動飛船達到光速所需的驚人能量。在完全掌握時間和引力方面，人類還有很長的路要走。
人類還有很長的路
也許有一天人類會弄清楚如何進行光速旅行，或者有一天我們能夠探測並找到一個離我們足夠近的蟲洞，並派宇航員通過它去另一端發現更加廣闊的世界。
