来源：科学人文在线

作者：张双南

这么玩科幻，其中一个主要原因就是，这些天体或者天体物理效应很神奇，能够实现很多在现实生活中和目前的科技水平下做不到的事情， 但是又有别于奇幻类的小说或者电影，因为这些用在科幻里面的效应一方面是目前科学研究非常前沿的事情，似乎也不违背已有的科学规律或者天文知识，这样就构成了严肃的硬科幻的基本元素。而且由于目前的科学研究对这些天体或者天体物理效应在很多情况下也没有定论，这就给了作者、编剧和导演很大的自由发挥的空间，所以就可以搞出来各种富有想象力和冲击力的科幻作品了。从历史上来看，不少以前出现在科幻里面的科学和技术，现在都已经实现了，所以科幻也是促进科技发展的一个正面元素。

简单地说，作为广义相对论所预言的宇宙中的天体，白洞也只具有质量、自转和电荷三个性质，同样也是宇宙中最简单的天体。但是白洞是宇宙中最“慷慨大方”的天体，只会往外输出物质和能量，不会接收任何东西。由于白洞也有质量，所以在远处感受不出黑洞和白洞的区别，但是任何东西到了它附近的一个界面之后就只能停下来，而无法进去，所以从机制上就决定了白洞绝对不可能成为“贪官”。

既然白洞只出不进，那么它里面的东西是从哪里来的呢？广义相对论本身回答不了这个问题。但是，如果我们假设时间可以倒转，那么黑洞“吃”东西的过程的回放就是白洞吐东西的过程。所以可以说，白洞就是黑洞的逆过程的产物。也有人猜测，黑洞的奇点就是一个时间机器或者时空隧道，任何东西到了那里都有可能通过白洞冒出去，所以白洞就是黑洞的将来。这样就可以回答前面关于黑洞的三个难题了：进入黑洞的东西通过白洞跑掉了，因此不会发生宇宙中的所有东西都进入黑洞的情况，当然最终的宇宙也不会充满了黑洞。

遗憾的是，目前还没有确凿的证据表明宇宙中存在白洞，我们其实也不知道有什么具体的天体物理过程或者机制能够形成白洞。但是没有找到不等于没有，不知道也不表明没有，因此白洞不但能用在科幻作品中，而且用好了还能够做出惊心动魄的硬科幻。

 电影《星际穿越》的火爆，让很多人都知道了虫洞。让我们拿一张纸，将其卷成一个筒，然后把这个纸筒逐渐压扁。在压扁的过程中，纸筒的周长是不变的，一只蚂蚁绕纸筒爬行一圈花费的时间不变，即使这个纸筒已经压得很扁了也是如此，而且这只蚂蚁还不会感受到纸筒变扁了，因为蚂蚁在纸筒上就是一个二维生物。但是，作为三维生物的我们就会注意到，当纸筒压得扁时，原来纸筒上背对面有两点之间在三维空间的距离就会越来越近，最后会靠在一起，我们用一个钉子直接穿过这两点就能够建立一个最短距离的通道了，而且这个距离最短可以等于零。这个通道就是三维空间的生物在二维空间建立的虫洞，如果让蚂蚁通过这个虫洞到达纸筒的背对面，那就是分分钟的事情了，不用费力地折腾。作为二维生物的蚂蚁是体会不到三维空间的，所以我们可以为蚂蚁造虫洞。

当然，天文学家目前也没有发现宇宙中哪里真的有虫洞，因此，虫洞目前也就只能用在科幻里面了。科幻影视系列“星际迷航”总是在用“瞬间移动”方法，把人从一处送到另一处。这样科学吗？其实，“瞬间移动”背后的科学有可能就是量子纠缠，而量子纠缠也有可能就是虫洞的实现方法。

如果黑洞视界内部真的有一堵火墙，那么到黑洞探险的宇航员就麻烦了。不过《星际穿越》的科学顾问索恩似乎不相信黑洞火墙，因为电影的男一号库珀在穿越黑洞视界进入黑洞的时候并没有遭遇不测。

无论是穿越剧还是正儿八经的科幻作品，都特别喜欢将时间旅行情节融入其中。这很容易理解，毕竟我们都生活在时间的河流里，并不能控制时间的流逝，但是又想回到过去，看看将来，甚至想改变现实，但是这样做科学吗？的确有一些科学道理，尽管目前还真的做不到。

自从爱因斯坦提出狭义相对论以来，孪生子佯谬就是比较“烧脑”的一件事。生子佯谬指的是，一对孪生子中的哥哥坐宇宙飞船作长程太空旅行，弟弟在家里，哥哥回来之后到底谁更年轻？根据狭义相对论，运动的物体的时间走得慢，那么应该是哥哥更年轻。但是，运动是相对的，相对于哥哥，弟弟也是在运动的，所以应该是弟弟更年轻。历史上对于这个佯谬有过各种解释，但是实验结果表明，的确是哥哥更年轻，也就是哥哥回来之后就得管弟弟叫哥哥，原来的弟弟管哥哥叫弟弟。

实验证据就是两个事先对好的时钟，在实验结束之后，的确是出门的哥哥带着的那个时钟走得更慢一些。最简单的理解就是，由于哥哥相对于旅行的目的地在运动，根据狭义相对论，哥哥得到的他自己相对于目标的距离比弟弟近，所以旅行花的时间比弟弟按照他的旅行速度和弟弟相对于目标的距离计算出来的时间短。而弟弟看到哥哥在运动，同样根据狭义相对论，所以哥哥的时钟应该走得更慢，因此也得到哥哥回来后比自己年轻，并没有什么矛盾。所以，通过高速旅行就可以实现时间旅行，相当于穿越到了没有运动的世界的未来。这是最简单的时间旅行，原则上只要跑得足够快，就可以穿越到很遥远的未来。

另外一种时间旅行是回到过去，这个比较难实现，需要一个黑洞和一个虫洞配合起来才可以。我们已经知道，虫洞可以让一个人在很短的时间内完成本来需要很长时间才能完成的旅行，而在黑洞附近时间则可以放慢。所以，如果把虫洞放到黑洞旁边，那就特别厉害了。

我们假设这个虫洞连接的是在三维空间相距很远的两点，在没有虫洞的情况下这两点的时钟由于黑洞的引力相差一个小时，也就是离黑洞近的那一点的时钟慢一个小时。首先下午2:00 的时候从三维空间里远处的那个位置旅行到离黑洞近的位置，假设花了5 分钟，到了离黑洞近的地方携带的时钟就变成了下午2:05，然后发现了那个连接这两点的虫洞，于是经过虫洞花了一分钟的时间到了上面，由于虫洞两端的时钟是一样的，到了上面携带的时钟就变成了1:06，比出发的时候年轻了54 分钟，就相当于旅行到了过去。虽然这个方案理论上没有问题，但是如果没有放到黑洞附近的虫洞还是实现不了，不过，用在科幻作品里面是完全可以的。比如，电影《星际穿越》里面既有黑洞又有虫洞，当然就可以这么玩了。

编辑：榛子さま