身穿红色毛衣、米色休闲裤和米白色徒步鞋，留着山羊胡的亚基尔·阿哈罗诺夫（Yakir Aharonov）在加利福尼亚州伯克利的彩色街道上大步走着，并不显得特别引人注目。这个小镇——无数扎染T恤上自豪地宣称自己是“伯克利人民共和国”——有着一种几乎是刻意的随意感，阿哈罗诺夫完美融入其中。他停下来重新点燃片刻被忽视的雪茄，却不小心掉了雪茄，然后盯着看了几秒钟，显然在考虑从街上捡起这支冒烟的烟蒂是否妥当。
最终——尽管不情愿——阿哈罗诺夫放弃了雪茄，点燃了一支新的，然后继续前行，渴望继续描述他最近的工作。即使对于一个量子力学理论家来说，这也是一种奇特的工作：阿哈罗诺夫设计了一台时间机器。“现在我真的吸引了人们的注意，”这位59岁的研究员 beaming 说。
自赫伯特·乔治·威尔斯时代以来，科幻迷们就对时间旅行的想法如痴如醉。然而，他们突然间有了一些严肃的同伴。阿哈罗诺夫——一位严肃的、主流的物理学家，他不仅是加州大学伯克利分校的客座教授，还是特拉维夫大学和南卡罗来纳大学的教员——是第三位将职业生涯的一部分投入到研究时间旅行现实的著名研究员。
这个过程始于几年前，当时加州理工学院物理学家基普·索恩（Kip Thorne），以其开创性的黑洞理论而闻名，以及当时的博士生迈克尔·莫里斯（Michael Morris）根据爱因斯坦的广义相对论提出了一种将宇宙虫洞转化为时间机器的方案（参见《发现》杂志，1989年6月）。宇宙虫洞是理论上通过空间连接两个遥远地点的隧道——根据索恩和莫里斯的计算，也可以连接两个时间点。不幸的是，虫洞也会像宇宙垃圾压缩机一样，残酷地压碎任何不幸进入其中的物体。
这两个新的时间机器，一个由阿哈罗诺夫提出，另一个由普林斯顿物理学家J·理查德·戈特（J. Richard Gott）提出，也都依赖爱因斯坦相对论来提供必要的时空扭曲，但两者都更适应操作者的身体舒适度。这两个方案的计划还远未进入融资阶段——事实上，很有可能两者都永远不会实现——但这些基本思想的理论可行性已经让物理学家们议论纷纷。“这整个事情，”戈特说，“告诉我们很多关于一些从未真正探索过的物理学基本领域。”这两个提出的时间旅行方法也都依赖于一些相当极端的科学。阿哈罗诺夫的理论，可能是两者中更合理的，源于他对物理学中最引人入胜的子专业之一：量子力学的研究。
量子力学涉及亚原子粒子的研究，其基础是简单但难以捉摸的观测和随机性原理。根据量子力学理论，一个像电子一样的运动粒子不是从A点移动到B点再到C点然后返回，而是在任何给定时刻同时存在于A、B、C三点——以及介于所有点之间。它字面上具有在同一时间存在于多个地方的能力。同样，电子不必只存在于一个能级，而是同时存在于所有能级。
将粒子固定在单一位置的唯一方法是观察它。通过某种物理学家们不完全理解的过程，观察的行为不仅揭示了粒子的状态，而且实际上决定了它，迫使其选择一种可能的态。至于这些观察之间发生了什么，物理学家们只会耸耸肩回答：“别问。”他们的意思是，字面上就是别问。量子力学被理解为，在观察之外没有现实。
对于外行来说，这样的理论与简单的逻辑相悖，然而物理学家们近70年来一直相信，亚原子层面上的事物正是如此运作的。亚原子粒子的双重性质——它们既可以表现出粒子性，也可以表现出波动性——是最初导致物理学家们相信它们也可能具有双重位置和状态的原因。但是由于粒子总是只被观察到处于一种状态或另一种状态，所以在观察行为中必然有某种东西迫使它们选择状态。
当量子理论首次提出时，物理学家们意识到可以用一个实验来证明它，在这个实验中，一个单独的电子将被投射穿过一个有两条狭缝的墙壁。如果粒子探测器在电子飞行过程中寻找其轨迹的证据，那么这个微小的抛射物将只穿过一条狭缝。然而，如果只在之后寻找，电子将被视为同时穿过了两条狭缝。这个想法听起来荒谬，但多年来，无数实验——例如日本一项用电子和磷光屏进行的实验——都得出了这些结果。
阿哈罗诺夫一直被观测之间亚原子粒子的奇异世界所吸引。从他还是研究生的时候起，他就一直在探索这个世界，效仿爱因斯坦，设计了各种精心构建的假想实验。这些思想实验通常涉及陀螺式旋转的粒子，并使用量子方程来推断它们的旋转方向。“作为理论物理学家的好处是，”阿哈罗诺夫说，“你永远不必担心思想实验的成本。”
两年前，阿哈罗诺夫提出了一个特别有趣的实验，这个实验只需要一个奇特的设备：一个巨大的气球状球体，能够瞬间膨胀或缩小到各种尺寸。这种能力的好处丝毫不亚于设备本身：气球的主人可以爬进去，让它膨胀和收缩，然后被向前或向后传送到时间中。
为什么膨胀和收缩会有这样的效果呢？为此，你必须转向广义相对论。根据该理论的基本前提之一，引力会减慢时间；当你在飞机上，地球的引力作用稍微弱一点时，你的手表实际上比在地面上走得快一点（尽管在这种情况下，这种效应微乎其微）。气球，像任何其他物体一样，也会产生引力。当它变大时，坐在里面的人会受到相应较小的引力对时间的拖累，因为气球会在更大的体积上施加相同的引力效应，从某种意义上说，稀释了它的强度。当气球收缩时，它的单位体积引力会更大。因此，在膨胀的气球中，时间对乘员来说会稍微加快；在收缩的气球中，时间会减慢。
通常，这种时间扭曲会小到无法测量。但如果气球被量子力学化，情况就不同了。“什么是量子力学气球？”实际上，任何东西都可以通过将其行为与一个或多个量子力学粒子的行为联系起来，从而使其量子力学化。量子力学之父之一欧文·薛定谔在六十年前阐明了这一点，当时他构思了他著名的、略显病态的实验，在这个实验中，一只猫会被放在一个盒子里，里面有一个放射性样本、一个盖革计数器、一小瓶氰化物和一个弹簧驱动的锤子。（动物权利活动家请注意：这是一个思想实验。）该装置将被设置成，如果盖革计数器检测到辐射——一个其发生严格取决于量子力学几率的事件——它就会触发锤子砸碎小瓶，将无辜的猫送到一个更好的世界。
过了一会儿，当有人打开盒子往里看时，他会发现一只完全正常的猫——尽管如果样本发出了辐射，那它就是一只死猫。但是，当盒子密封且未被观察时，放射性样本将存在于其所有可能的状态；也就是说，正在发射和没有发射。结果，盖革计数器将同时检测到和没有检测到辐射；锤子将同时砸碎和没有砸碎小瓶，而那只毫无戒心的猫将是——嗯，既死又活。猫的最终命运将只由观察的行为决定。
同样地，阿哈罗诺夫的气球可以与量子力学事件联系起来；一个粒子的状态（例如，它旋转的方式）将与气球的不同大小相关联。每当观察到这种状态时，整个装置都会表现得非常得体，从而导致气球达到特定的膨胀程度。但是由于是量子力学的，粒子在两次观察之间不处于任何特定状态；它们同时存在于所有状态。这意味着气球，就像薛定谔的猫一样，也将处于悬而未决的状态，同时存在于所有可能的大小中——而气球的乘员将同时存在于许多略有不同的时间速率中。
但阿哈罗诺夫的气球不仅仅是薛定谔猫的一个奇特版本。因为阿哈罗诺夫确定，在非常罕见的情况下，同时发生的微小时间扭曲可以累积成一个巨大的扭曲，方向或前或后。气球的任意两种特定大小，由对粒子的两次观测决定，就像双缝实验中电子的两种可能路径。经典上，这两种可能性是独立的，但量子力学上它们相互影响。“在任何时刻，”阿哈罗诺夫说，“气球都存在于许多状态的叠加之中。当进行观测时，所有这些状态都会相互影响。”从某种意义上说，气球的重叠膨胀和收缩就像波浪的重叠波峰和波谷，有时它们可以相互放大成一个超级波峰或超级波谷。在这种情况下，对于气球内的任何人来说，超级波峰将对应于他被抛向未来。另一方面，超级波谷将对应于时间倒流。
这最后一部分究竟是如何运作的？“这只是量子力学的一个结果，没有经典的类比，”阿哈罗诺夫耐心地说，“有时你会得到一种特定的干涉模式，它对应着时间倒流。”
换句话说，别问。
这个设想唯一的障碍是，这种对时间的操纵效果将不像流行小说中看到的那样。阿哈罗诺夫的气球不会将乘客送入世界的过去或未来，而是会让他变年轻或变老——实际上是将他送入他自己的个人过去或未来。驾驶这种机器的危险之一显而易见：你可能会被时间转换成一堆腐烂的骨头。（作为一点小小的安慰，你仍然会觉得你经历了正常的寿命——尽管，当然，你的一生都在气球里度过。）
至于变年轻，嗯，事情变得更棘手了——特别是如果气球的乘坐者设法让自己回溯到出生之前，而没有母亲在身边履行她的职责。在这种情况下，阿哈罗诺夫边抚摸着山羊胡边若有所思地说，这看起来就像那个人已经分解成了他最初的原子。又沉默地抚摸了几下之后，他补充道：“实际上，我还没有完全理清在这种情况下会发生什么。我一直忙于许多其他事情。”
阿哈罗诺夫不打算急着申请他的时间转换机器的专利。他指出，就目前而言，这将是一种非常不切实际的设备。“我不知道你如何建造它，即使你建成了，实现一个有趣的时间跳跃的可能性也极小。”不过，该设备背后的理论可能是可验证的：阿哈罗诺夫说，有人想出一种方法来构建一个小型、简化版的时间转换实验，将粒子送入它们自己的未来或过去，这并非不可能。
不幸的是，J·理查德·戈特对他的时间旅行理论得到证实不抱太大希望。这是因为他的理论需要比阿哈罗诺夫的理论更奇特的物理学。戈特是一位备受尊敬的普林斯顿宇宙学家，他的外表，就像阿哈罗诺夫一样，往往掩盖了他崇高的地位。他棕色蓬松的头发，一件黄色毛毡般的运动夹克，以及带有路易斯维尔口音的响亮、略带鼻音的声音，戈特更容易被误认为是重型农机销售员。但衬衫口袋里伸出的五颜六色的笔是个提示；在中国餐馆里，他一支一支地拿出笔，疯狂地在桌子上散落的塑料投影片上涂写着，暂时吸引了店内一半食客的注意，以及他身后水箱里两条大梭鱼的注意。“我喜欢视觉辅助工具！”他大声喊道。
戈特是在研究宇宙弦时偶然发现他的时间旅行假说的——宇宙弦是理论上的时空怪胎，本质上是大爆炸后遗留下来的细长能量束。在宇宙的某个地方偶然发现一根宇宙弦，有点像在纽约中央公园中央偶然发现一片火山原始地球。宇宙学家认为，宇宙弦会非常紧密地缠绕在一起，以至于一英寸的长度就重达近四千万亿吨。正如广义相对论所指出的，物体扭曲时空的程度与其密度有关，所以宇宙弦会相当程度地扭曲周围环境。
这种宇宙扭曲的一个结果是，弦可以在空间中形成捷径，就像把一张纸扭曲起来可以为一只匆匆从纸的一边爬到另一边的蚂蚁提供更快的路径一样。因此，一个相对较慢的物体在弦附近运动可以受益于这个捷径，并超越一个走不同路径的更快物体——甚至在极端条件下，即使这个更快物体恰好是一束光。
“如果火箭船沿着弦附近正确的路径行驶，”戈特说，“以略低于光速的速度移动，它可以在一束同时从同一地点发出的光线之前到达弦的另一边。”
但即使借助弦的帮助，超越光速也是一项非常特殊的壮举。根据爱因斯坦的理论，一个接近光速运动的物体会经历时间变慢；一个以光速运动的物体会经历时间冻结；一个有效速度超过光速的物体会向时间倒流。因此，通过给太空旅行者一个机会，让光束在通过时被截断，宇宙弦将开启一个时间扭曲——物理学并不区分通过简单超越光速来超过光速，和通过走捷径来超过光速。
唉，计算表明，弦开启的任何扭曲都太小，无法带来真正的乐趣：尽管一个太空旅行者在绕弦循环一半时能回头看到自己出发时的影像，但当他完成循环时，他会发现原来的自己已经离开了。无论他多么努力，他都无法在自己离开之前返回。
戈特和其他宇宙学家早已知道这种时间延迟现象，但从未觉得它那么有趣。如果根本无法体验过去，又何必费心观察呢？我们需要的是某种方法来放大宇宙弦的“椒盐卷”效应，以便火箭乘客真的可以被抛回到他们自己的过去。理论认为，即使是最扭曲的弦也无法产生如此巨大的时空扭曲冲击力，但在1990年，戈特设想了一个解决方案。假设不是只有一根弦参与了飞船的环绕，而是两根。并且假设这两根弦以略低于光速百分之一秒的速度，向相反方向相互冲刺并掠过，这样 approaching 的时空扭曲就能像两股相遇的微风一样，汇聚成一个龙卷风。
“两根弦的相对运动给时空增加了额外的扭曲，”戈特说，“使火箭飞船能够回到出发之前。”
以下是它的工作原理：两根弦相互冲过，第一根在飞船离开母星时朝飞船移动，而第二根则远离飞船。飞船沿着第一根弦打开的捷径飞过；然后飞船追赶第二根弦，绕过它，沿着那根弦打开的捷径返回，并降落在它的母星上。火箭飞船的乘员出来时发现自己已经回到了自己的过去。
“戈特说，能够两次施展这个技巧回到起点，真是了不起。”
尽管这个设想似乎是合理的，但物理学家们认为，除非将其代入爱因斯坦为描述广义相对论而建立的方程进行计算，否则任何时空安排都不可行。这些方程允许科学家们输入某个空间区域的各种形状、质量、速度和能量，然后计算时空以各种方式扭曲的情况。在除了最简单的设想之外的任何情况下，这都绝非易事；这些方程非常难以处理。
“我们能够精确解决的问题并不多，”戈特说，“通常我们只是满足于一个能给出很好近似值的计算机模拟。”
然而，戈特却“先射箭后画靶”，在提出他的理论之前就解出了证明其理论的爱因斯坦方程。事实上，正是通过研究爱因斯坦关于弦行为的方程，戈特才首次偶然发现了他的时间旅行理论。“这里没有猜测或近似，”戈特说，“如果存在以如此高速移动的宇宙弦，这种情况就可能存在。”
戈特相信，你很可能找到一些弦轨迹，能够带你回到几乎你想要的任何远古时间。你也可以简单地重复这个循环，每次都回溯得更远。不过有一个注意事项：运行一个循环可能会让你遇到时间旅行前的自己，而运行比如15个循环，可能会让你面对15个自己。“显然，”他说，“你不会想重复太多次。”
既然戈特已经完善了他的宇宙时间机器的细节，除了建造火箭飞船之外，剩下的就是找到一对以接近光速向相反方向移动的弦。“实际上，在尝试定位一对宇宙弦之前，定位一根弦可能会有帮助——这是目前没有人做到过的。”戈特解释说，“大约一半的宇宙形成理论都预测它们的存在，所以我想你可以说它们存在的可能性是百分之五十。”
如果它们真的存在，我们可能会通过引力透镜效应发现它们。引力透镜效应发生在遥远物体发出的光线被一个介入物体的引力弯曲时。如果来自一个特别明亮的光源（如类星体）的两束光线被一根弦以正确的方式弯曲，它们最终都会射向地球。结果就是我们会在天空中看到同一个类星体在两个不同的位置。戈特指出，一个大星系也可以弯曲类星体的光线并产生相同的效果，但弦的标志将是一系列双生类星体图像堆叠在一起，因为弦不仅会使光线左右偏转，还会上下偏转。
“如果我们看到五对相同的类星体，我们就会知道那是一根弦，”戈特说，“我们现在就在寻找那样的图像。”
当然，一对方便的弦并不能构成时间机器，除非它们碰巧以——根据戈特的计算——大约光速的99.999999992%的速度移动。“这实际上并不比我们让电子在斯坦福线性加速器中移动的速度更快，”他充满希望地指出——暂时忽略了一个有点令人不安的事实，那就是电子是宇宙中最轻的物体之一，而弦则是最重的物体之一。
也可能存在一个由弯曲成闭合环的单根弦开启的时间窗口。如果这个环自我坍塌，事件的剧烈程度本身就能扭曲时空。唯一的区别是，一个坍塌的环可能会形成一个黑洞，吞噬经过的火箭飞船。然而，即使形成了黑洞，即使经过的火箭飞船被吸入，那也不一定是故事的结局。戈特指出，与普遍观点相反，探险者可以在黑洞的引力范围内生存，只要他被锁定在事件视界（黑洞引力影响的外边缘）内的一个惰性轨道上。然而，最终，飞船将被拉入黑洞的核心并被撕裂。“我认为一个人在黑洞中可以时间旅行这一点毫无疑问，”戈特说，“问题是他能否出来炫耀。”
正是这类问题使得对基于弦的时间旅行的探索如此诱人。“每次我们找到爱因斯坦方程的新解，我们都会发现一些关于物理学的新东西，”戈特说，“黑洞就是如此，现在弦也是如此。这种情况正试图告诉我们一些事情，我们应该继续探索，直到我们知道那是什么。”
阿哈罗诺夫非常赞同他的时间探索同事。事实上，他说，爱因斯坦本人不能活着看到他自己的理论所带来的惊人时间旅行可能性，这太遗憾了。话说回来，如果我们能时间旅行，难道我们就不能以某种方式让这位伟人知道吗？
