根据迈克尔·克莱顿的时间旅行冒险故事《时间线》改编的电影将于11月26日上映。克莱顿称，纽约市立大学的理论物理学家米奇奥·卡库是该故事背后科学灵感的来源之一。卡库是一位弦理论家，也是多本科普物理学著作的作者，包括《超空间》和《展望：科学将如何革命21世纪》，并主持一个每周科学广播节目。他最近与大众科学.com谈论了时间旅行的可能性以及他对科学和流行文化的看法。以下是该对话的编辑稿。
大众科学.com： 多年来，对时间旅行的推测发生了怎样的变化？
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米奇奥·卡库： 大约10年前，如果你是一位严肃的物理学家，谈论时间旅行，你会被科学界嘲笑。人们会在背后窃笑你，你的科学职业生涯会被毁掉，你也不会获得终身教职。在过去的十年左右，科学界对时间旅行的态度发生了巨大的转变，我认为迈克尔·克莱顿也意识到了这一点。我也试图在我的书《超空间》中传达这一点。最初，证明时间旅行是可能的责任在物理学家身上。现在，证明一定存在禁止时间旅行的定律的责任在物理学家身上。
《大众科学》： 科学家们最早在什么时候开始以严谨的方式思考时间旅行？
米奇奥·卡库： 1949年，爱因斯坦在普林斯顿的同事是库尔特·哥德尔，他是过去一千年中最伟大的逻辑学家之一。哥德尔找到了爱因斯坦方程[广义相对论]的一个解，其中宇宙是旋转的。如果宇宙是旋转的，那么在宇宙飞船中，如果你绕宇宙转一圈，你就会在你离开之前回来。
现在爱因斯坦对此非常不安。牛顿认为，时间之河是笔直而均匀的；它从不偏离，总是以相同的速率流动，并且携带它所经过的一切。爱因斯坦走出来说，“没那么快，时间之河蜿蜒曲折，在恒星和星系周围加速和减速。” 哥德尔在1949年展示的新变化是，时间之河可能有漩涡。这些被称为“封闭类时曲线”。在他的回忆录中，爱因斯坦说，是的，这些是他方程的解，但我们可以基于物理理由驳回它们：宇宙在膨胀；它不旋转。
然后科学家们回顾了爱因斯坦方程的早期解，发现还有其他解也允许时间旅行。1937年，[W. J.] 范·斯托克姆假设一个无限长的圆柱体像五朔节花柱一样旋转，[后来发现]如果你绕着花柱跳舞，你就会在你离开之前回来。1963年，数学家罗伊·克尔发现，一个旋转的黑洞会坍缩成一个压缩物质环，而不是一个点。如果你穿过这个环，你可能会回到过去，或者可能到达另一个宇宙。数学家称[这样的空间]为多连通空间。物理学家称它们为虫洞。在20世纪80年代后期，加州理工学院的基普·索恩和他的同事们又发现了另一类爱因斯坦方程，其中这些时间机器是可以穿越的。就像连接平行宇宙的电梯一样，这些解有一个向上按钮和一个向下按钮。在某些条件下，你可以像在电影中一样轻松地穿过它们。你可以穿过镜子，然后再回来。
《大众科学》： 在那种情况下，虫洞会从哪里来？
米奇奥·卡库： 我们将从真空中获取虫洞，因为它们无处不在。我们认为，在非常小的距离，10-33厘米处，时空变得泡沫化。在那些量子距离上的主要结构可能是虫洞，小气泡，宇宙突然出现，然后又突然消失。现在，如果你可以操纵[所谓的]量子泡沫，那么你就可以穿过这些气泡之一。在基普·索恩最初的时间机器提案中，他说也许我们可以通过抓住这些气泡之一并扩大它，用负能量稳定它来获得虫洞。
《大众科学》： 负能量？
米奇奥·卡库： 负能量是低于真空态或静止无物状态的能量。假设我们有两个平行的未充电的板。我们说它们处于零能量状态，因为没有任何东西在移动。但是，当您实际计算[使用量子场论的这种状态]时，您会发现“虚粒子”在各处跳舞。这些虚粒子产生的压力在板外部大于板之间。因此，板会坍缩。但是板处于零能量状态；因此，当它们坍缩时，它们会进入较低的能量状态。这被称为卡西米尔效应。它非常微小；需要一个拥有精密设备的实验室才能捕捉到它。但这确实存在。这不是科幻小说。我们在实验室中看到了负能量，我认为这就是迈克尔·克莱顿所意识到的，那里存在着一丝真理。
《大众科学》： 《时间线》中的想法是，你可以将粒子“传真”到过去。那里的真理内核是什么？
米奇奥·卡库： 在过去的10年中，在被称为量子隐形传态的领域取得了巨大的进展。这不再是科幻小说了。现在，要说实话，我们不是在谈论将柯克船长送过空间和时间。但是我们正在谈论将单个光子送过空间。在几十年内，也许我们将隐形传送第一个病毒，如果该病毒由几千个分子组成的话。但是目前，这就是我们能做的极限。我们只能在空间中隐形传送物体，而不是时间。但是传真物质的概念并非完全不可能。这也在我的书中提出了。所以那里有一点真理。
《大众科学》： 在《时间线》中，角色们回到公元1357年的法国，因为虫洞恰好在那里出口。他们有六个小时返回，但他们在过去的六个小时与现在是同步的。这一切有多么合理？
米奇奥·卡库： 这取决于情况。时间机器有很多设计。来自真空的虫洞将随机地与空间和时间中的任何点连接，因此另一端将连接到天知道的地方。从概率上讲，虫洞更有可能与过去而非现在的宇宙连接。如果虫洞的入口相对于彼此是静止的，那么时间将在每个入口以相同的速率流逝。
《大众科学》： 建造这些时间机器中的一台有多实际？
米奇奥·卡库： 事实上，我们谈论的能量是恒星的能量。这将需要一个比我们更先进得多的文明，难以置信地先进，才能开始操纵负能量来创造通往过去的门户。但是，如果你能获得大量的负能量——这是一个很大的“如果”——那么你就可以创造一台时间机器，它显然遵守爱因斯坦方程，也许也遵守量子理论定律。你需要弦理论来最终控制所有的发散[即，以确保当你打开或关闭时间机器时，不会被引力子的阵雨炸死]。一些愤世嫉俗者说，量子效应可能仍然会使机器爆炸。但是在这一点上，举证责任已经转移：对时间旅行持怀疑态度的人必须证明这是不可能的。到目前为止，他们还没有成功。
《大众科学》： 时间旅行难道不会导致悖论吗？
米奇奥·卡库： 大约有四到五个主要的悖论类别。最著名的是祖父悖论，那就是当你回到过去并在你出生之前杀死你的父母。如果你在你出生之前杀死你的父母，你又怎么可能出生并能在你出生之前杀死你的父母？对此有两种思想流派。第一种是俄罗斯学派。哥本哈根大学的伊戈尔·诺维科夫是一位著名的宇宙学家。他提出，自由意志在某种程度上会被回到过去的行为所剥夺。会发生一些事情来阻止你在出生之前杀死你的父母。或者，例如，假设你回到过去，回到伊丽莎白女王的军队击败西班牙无敌舰队的时候。假设你给西班牙人一艘装有机枪的潜艇；那么你当然是在改变人类历史，我们现在都在说西班牙语了。诺维科夫说这是不可能的，因为当你回到过去并将潜艇交给西班牙人时，会发生一些事情来阻止你。嗯，我的态度是，在未来，先进的文明可能只是简单地将潜艇邮寄给西班牙人，而没有任何自由意志被剥夺；无生命的物质将通过时间机器并改变过去。这就是为什么我倾向于怀疑诺维科夫的解释。假设宇宙定律串通一气以防止悖论，这简直太过分了。
《大众科学》： 那么是什么解决了悖论？
米奇奥·卡库： 我更喜欢“多世界”解释。[编者注：量子物理学用概率波函数描述粒子，因此粒子的位置是不确定的，直到波函数“坍缩”，粒子才呈现出确定的，尽管是随机确定的位置。] 多世界理论只是说，也许波[函数]永远不会坍缩。也许波只是在每次遇到障碍时不断分叉。因此，时间线不断分叉，因为波一直在分叉。我们只是恰好处于这个波的一个线程中。我们有我们是唯一存在的幻觉。在另一个线程中，他们认为他们是唯一的宇宙。现实是，没有人的函数坍缩。
在时间旅行场景中，你只需从一个线程跳到下一个线程，从一条时间线跳到下一条时间线。而这两条时间线看起来非常相似。如果多世界理论是正确的，这意味着如果你回到过去并在你出生之前杀死你的父母，他们是别人的父母。时间线已经分歧。你的父母在你的宇宙，你的时间线中生了你。因此，如果你有多世界理论，就没有悖论，只有不同的时间线。
《大众科学》： 物理学家思考时间机器的价值是什么？
米奇奥·卡库： 在物理学中，我们有一个定理，如果某事没有被禁止，那就是强制性的。因此，当我们假设我们理解万物定律时，这意味着它必须回答所有“如何”的问题。它必须回答宇宙从哪里来，大爆炸从哪里来，黑洞的奇点是什么？而在这里，我们在因果关系问题上存在巨大的差距；迄今为止，为了禁止时间旅行而创建“年代保护”假设的尝试已经失败。因此，我们并不真正了解这些定律。当你看计算时，令人惊讶的是，每次你试图证明或证伪时间旅行时，你都将爱因斯坦的理论推到了量子效应必须占主导地位的极限。这告诉我们，你真的需要一个万物理论来解决这个问题。而唯一的候选者是弦理论。所以这就是我们应该研究这些东西的原因，即使我们可能在几千年内都无法建造其中一台。
《大众科学》： 弦理论到目前为止对这些问题有什么洞察力吗？
米奇奥·卡库： 没有。弦理论给你万亿个解。每个解都是爱因斯坦方程和量子理论的明确定义的解。因此，在弦理论中存在一个多元宇宙[许多可能的宇宙，也许共存]。但是，弦理论也与哥本哈根解释[多世界理论的替代方案]兼容。因此，弦理论不排除任何一种解释。就我个人而言，我相信多世界理论是否正确将由弦理论决定。而弦理论似乎倾向于多元宇宙的观点。
《大众科学》： 那么你认为为什么我们没有看到任何时间旅行者？
米奇奥·卡库： 如果你走在路上，看到一个蚁丘，你会走到蚂蚁那里说，“我给你们带来小饰品：我给你们带来核能，我给你们DNA技术吗？” 答案是否定的，而且在大多数情况下，你甚至可能会踩到它们。从科学角度讲，蚂蚁和我们之间的距离，与我们和一个可以操纵普朗克能量[探测非常小的距离和操作时间机器所需的能量]的文明之间的距离相当。我们自大而以自我为中心地认为他们会对我们感兴趣到想要访问我们并给我们技术。在大多数情况下，他们可能不在乎。但是，我应该指出，如果有一天有人敲你的门，声称自己是一位曾曾曾曾孙女，她决定在过去拜访你，不要砰地关上门。因为谁知道呢？也许他们有时间机器的权限。
《大众科学》： 您如何看待流行文化和科幻小说对物理学的影响？
米奇奥·卡库： 历史上，科学家们对科幻小说感到尴尬；他们想尽可能地与科幻小说保持距离。但是，当你阅读伟大科学家的传记时，你会意识到他们中的许多人在童年时期就对科幻小说着迷。我刚刚完成了一本关于爱因斯坦的传记，名为《爱因斯坦的宇宙》（将于2004年4月出版），我不得不查阅许多伟大科学家的传记。我震惊地发现，例如，埃德温·哈勃年轻时读过儒勒·凡尔纳的作品。他对进入外太空的概念，去月球的概念，诸如此类的东西着迷。童年时期的这种迷恋是如此之大，以至于他放弃了有前途的法律职业，成为了一名天文学家。所以我认为，尽管科学家们不好意思承认这一点，但许多人在童年时期都受到了儒勒·凡尔纳甚至《星际迷航》的影响。我认为这没什么可羞耻的。这就是我们应该认真对待科幻小说的原因之一。
但另一个原因是打击公众的科学无知。任何促进科学内核的东西，即使它被好莱坞夸大和炒作，我认为也是向前迈出的一步。象牙塔里的我们最终必须意识到，在某种意义上，我们必须为我们的晚餐唱歌。超导超级对撞机的取消是对所有高能物理学家的警钟。不幸的是，我认为我们科学家未能与公众互动。我认为这会产生负面后果。
《大众科学》： 怎么会呢？
米奇奥·卡库： 看看乔治·伽莫夫，他现在被公认为上个世纪最伟大的宇宙学家之一。我推测他可能没有获得诺贝尔奖，因为人们无法认真对待他。他写儿童读物。他的同事们公开表示，他撰写关于科学的儿童读物对他的科学声誉产生了不利影响，当他和他的同事们提出应该存在宇宙背景辐射时，人们无法认真对待他，我们现在知道宇宙背景辐射是20世纪物理学最伟大的发现之一。
当卡尔·萨根多年前与公众互动时，他被拒绝加入美国国家科学院。在辩论中，有人指出许多[科学家]无法认真对待他。他们在电视上看到了他；你怎么能认真对待你在电视上看到的人呢？你在电视上看到的是演员。所以我认为这对他的科学职业生涯产生了负面影响。
《大众科学》： 听起来情况已经改变了。
米奇奥·卡库： 当斯蒂芬·霍金写了《时间简史》这本书时，发生了巨大的变化。他是一位严肃的宇宙学家，他花时间为公众写了一本书，这本书是有史以来最畅销的书籍之一。即使是出版界也不得不注意到这本书。我认为这使得更多的科学家有可能与公众互动，以至于信誉良好的科学家可以撰写关于科学的书籍，而不必像伽莫夫几十年前那样遭受痛苦。
《大众科学》： 这与您的广播节目以及您做广播节目的原因有关吗？
米奇奥·卡库： 是的，我喜欢与公众互动，因为当我读高中时，我对反物质、更高维度和时间旅行有所有这些问题。每次我去图书馆，每次我向人们提出这些问题时，我都会得到一些奇怪的眼神。没有人能回答这些问题。所以我从小就对自己说，当我成为一名理论物理学家，并且我做研究时，我想能够为那些提出这些问题但得不到答案的孩子回答这些问题。
《大众科学》： 您最喜欢的时间旅行电影是什么？
米奇奥·卡库： 哦，这很难说。成为一名物理学家存在一个问题，那就是当你看这些电影时，你会说，“嗯，那是不对的。” 这真的会破坏观影体验。但我喜欢《回到未来》系列。这是一部你真正看到科学家建造和做事的电影；他是整个系列中必不可少的角色。布朗博士是个疯子，但至少他们展示了他。他在那里。他在让这个系列运作起来。
《大众科学》： 即使在《超空间》中，您说《回到未来》中发现的那种时间旅行实际上是行不通的？
米奇奥·卡库： 这两种理论[单一或多条时间线]都与当你慢慢改变过去时慢慢消失的情况不相容。在第二部中，布朗博士确实画了一条时间线分叉，他明确表示我们从一条时间线跳到了下一条时间线。我认为有趣的是，在电影中他们采取了一种立场，他们的立场是多世界理论。
JR·明克尔是一位居住在纽约市的自由撰稿人。