我們?cè)谏弦徽掠懻摿?，為什么我們看到時(shí)間向前進(jìn)：
為什么無(wú)序度增加，并且我們記住過(guò)去而非將來(lái)。時(shí)間好像是一條筆直的鐵軌，人們只能往一個(gè)方向前進(jìn)。
如果該鐵軌有環(huán)圈以及分岔，使得一直往前開(kāi)動(dòng)的火車卻返回原先通過(guò)的車站，這是怎么回事呢？人們能否旅行到未來(lái)或過(guò)去呢？
H?G?韋爾斯在《時(shí)間機(jī)器》中，正好像其他無(wú)數(shù)的科學(xué)幻想作家那樣，探討了這些可能性。科學(xué)幻想的許多觀念，諸如潛水艇以及飛往月亮等都已變成了科學(xué)的事實(shí)。
那么，時(shí)間旅行的前景如何呢？
1949年庫(kù)爾特?哥德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)了廣義相對(duì)論允許的新的時(shí)空。這首次表明物理學(xué)定律的確允許人們?cè)跁r(shí)間里旅行。哥德?tīng)柺且幻麛?shù)學(xué)家，他由于證明了不完備性定理而名震天下。該定理是說(shuō)，不可能證明所有真的陳述，即使你只試圖證明像算術(shù)這么明確而且枯燥的學(xué)科中所有真的陳述。這個(gè)定理也許是我們理解和預(yù)言宇宙能力的基本極限，然而至少迄今為止，它似乎還未成為我們尋求完備統(tǒng)一理論的障礙。
哥德?tīng)栐诤蛺?ài)因斯坦于普林斯頓高級(jí)學(xué)術(shù)研究所度過(guò)他們晚年時(shí)通曉了廣義相對(duì)論。他的時(shí)空具有一個(gè)古怪的性質(zhì)：整個(gè)宇宙都在旋轉(zhuǎn)。人們也許會(huì)問(wèn)：“它相對(duì)于何物旋轉(zhuǎn)？”其答案是遠(yuǎn)處的物體圍繞著小陀螺或者陀螺儀的指向旋轉(zhuǎn)。
這導(dǎo)致一個(gè)附加的效應(yīng)，一位航天員可能在他乘航天飛船出發(fā)之前即已回到地球。這個(gè)性質(zhì)使愛(ài)因斯坦非常沮喪，他曾經(jīng)以為廣義相對(duì)論不允許時(shí)間旅行。然而，鑒于愛(ài)因斯坦對(duì)引力坍縮和不確定性原理的無(wú)端反對(duì)，這也許反而是一個(gè)令人鼓舞的跡象。因?yàn)槲覀兛梢宰C明，我們生存其中的宇宙是不旋轉(zhuǎn)的，所以哥德?tīng)栒业降慕獠⒉粚?duì)應(yīng)于它。它還有一個(gè)非零的宇宙常數(shù)。宇宙常數(shù)是當(dāng)愛(ài)因斯坦以為宇宙是不變時(shí)引進(jìn)的。在哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙的膨脹后，就不再需要宇宙常數(shù)，而現(xiàn)在普遍認(rèn)為它應(yīng)為零。然而，之后從廣義相對(duì)論又找到其他一些更合理的時(shí)空，它們?cè)试S旅行到過(guò)去。其中之一即是旋轉(zhuǎn)黑洞的內(nèi)部。另外一種是包含兩根快速相互穿越的宇宙弦的時(shí)空。顧名思義，宇宙弦是弦狀的物體，它具有長(zhǎng)度，但是截面很微小。實(shí)際上，它們更像在巨大張力下的橡皮筋，其張力大約為1億億億噸。把一根宇宙弦系到地球上，就會(huì)把地球在1/30秒的時(shí)間里從每小時(shí)零英里加速到每小時(shí)60英里。宇宙弦初聽(tīng)起來(lái)像是科學(xué)幻想物，但有理由相信，在早期宇宙中由在第五章討論過(guò)的那種對(duì)稱破缺機(jī)制可以形成宇宙弦。因?yàn)橛钪嫦揖哂芯薮蟮膹埩Γ铱梢詮娜魏涡螒B(tài)起始，所以它們一旦伸展開(kāi)來(lái)，就會(huì)加速到非常高的速度。
哥德?tīng)柦夂陀钪嫦視r(shí)空一開(kāi)始就這么扭曲，使得總能旅行到過(guò)去。上帝也許會(huì)創(chuàng)生了一個(gè)如此卷曲的宇宙，但是我們沒(méi)有理由相信他會(huì)這樣做。微波背景和輕元素豐度的觀測(cè)表明，早期宇宙并沒(méi)有允許時(shí)間旅行的曲率。如果無(wú)邊界設(shè)想是正確的，從理論的基礎(chǔ)上也能導(dǎo)出這個(gè)結(jié)論。
這樣問(wèn)題就變成：如果宇宙初始就沒(méi)有時(shí)間旅行必需的曲率，我們能否隨后把時(shí)空的局部區(qū)域卷曲到這種程度，直至允許時(shí)間旅行？
快速恒星際或星系際旅行是一個(gè)密切相關(guān)的，也是科學(xué)幻想作家關(guān)心的問(wèn)題。根據(jù)相對(duì)論，沒(méi)有東西比光運(yùn)動(dòng)得更快。因此，如果我們向我們最近鄰的恒星――半人馬座α――發(fā)送航天飛船，由于它大約在4光年那么遠(yuǎn)，所以我們預(yù)料至少要8年才能等到旅行者們回來(lái)報(bào)告他們的發(fā)現(xiàn)。如果要去銀河系中心探險(xiǎn)，至少要10萬(wàn)年才能返回。
相對(duì)論確實(shí)給了我們一些寬慰。這就是在第二章提及的雙生子佯謬。
因?yàn)闀r(shí)間不存在唯一的標(biāo)準(zhǔn)，而每一位觀察者都擁有他自己的時(shí)間。這種時(shí)間是用他攜帶的時(shí)鐘來(lái)測(cè)量的，這樣航程對(duì)于空間旅行者比對(duì)于留在地球上的人顯得更短暫是可能的。但是，這對(duì)于那些只老了幾歲的返回的空間旅行者，并沒(méi)有什么值得高興的，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)留在地球上的親友們已經(jīng)死去幾千年了。這樣，科學(xué)幻想作家為了使人們對(duì)他們的故事有興趣，必須設(shè)想有朝一日我們能運(yùn)動(dòng)得比光還快。這些作家中的大部分并未意識(shí)到的是，如果你能運(yùn)動(dòng)得比光還快，相對(duì)論意味著，你就能向時(shí)間的過(guò)去運(yùn)動(dòng)，正如以下五行打油詩(shī)描寫的那樣：
有位年輕小姐名懷特，
她能行走得比光還快。
她以相對(duì)性的方式，
在當(dāng)天剛剛出發(fā)，
卻已在前晚到達(dá)。
關(guān)鍵在于相對(duì)論認(rèn)為不存在讓所有觀察者同意的惟一的時(shí)間測(cè)量。相反，每位觀察者各有自己的時(shí)間測(cè)量。如果一枚火箭能以低于光的速度從事件A（譬如2012年奧林匹克競(jìng)賽的100米決賽）至事件B（譬如半人馬座α議會(huì)第100004屆會(huì)議的開(kāi)幕式），那么根據(jù)所有觀察者的時(shí)間，他們都同意事件A發(fā)生于事件B之先。然而，假定飛船必須以超過(guò)光的速度旅行才能把競(jìng)賽的消息送到議會(huì)。那么，以不同速度運(yùn)動(dòng)的觀察者關(guān)于事件A和事件B何為前何為后就眾說(shuō)紛紜。按照一位相對(duì)于地球靜止的觀察者的時(shí)間，議會(huì)開(kāi)幕也許是在競(jìng)賽之后。這樣，這位觀察者會(huì)認(rèn)為，如果他不理光速限制的話，該飛船能及時(shí)地從A趕到B。然而，在半人馬座α上以接近光速在離開(kāi)地球方向飛行的觀察者就會(huì)覺(jué)得事件B即議會(huì)開(kāi)幕，先于事件A即百米決賽發(fā)生。相對(duì)論告訴我們，對(duì)于以不同速度運(yùn)動(dòng)的觀察者，物理定律是完全相同的。
這已被實(shí)驗(yàn)很好地檢驗(yàn)過(guò)。人們認(rèn)為，即使用更高級(jí)的理論去取代相對(duì)論，它仍然會(huì)被作為一個(gè)特性保留下來(lái)。
這樣，如果超光速旅行是可能的，運(yùn)動(dòng)的觀察者會(huì)說(shuō)，就有可能從事件B，也就是議會(huì)開(kāi)幕式，趕到事件A，也就是百米競(jìng)賽。如果他運(yùn)動(dòng)得更快一些，他甚至還來(lái)得及在賽事之前趕回，并在得知誰(shuí)是贏家的情形下放下賭金。
要打破光速壁壘存在一些問(wèn)題。相對(duì)論告訴我們，飛船的速度越接近光速，用以對(duì)它加速的火箭功率就必須越來(lái)越大。對(duì)此我們已有實(shí)驗(yàn)的證據(jù)，但不是航天飛船的經(jīng)驗(yàn)，而是在諸如費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室或者歐洲核子研究中心的粒子加速器中的基本粒子的經(jīng)驗(yàn)。我們可以把粒子加速到光速的但是不管我們注入多少功率，也不可能把它們加速到超過(guò)光速壁壘。航天飛船的情形也是類似的：不管火箭有多大功率，也不可能加速到光速以上。
這樣看來(lái)，快速空間旅行和逆時(shí)旅行似乎都不可行了。
然而，還可能有辦法。人們也許可以把時(shí)空卷曲起來(lái)，使得A和B之間有一近路。在A和B之間創(chuàng)生一個(gè)蟲(chóng)洞就是一個(gè)法子。顧名思義，蟲(chóng)洞就是一個(gè)時(shí)空細(xì)管，它能把兩個(gè)相隔遙遠(yuǎn)的幾乎平坦的區(qū)域連接起來(lái)。
蟲(chóng)洞兩個(gè)端點(diǎn)之間在幾乎平坦的背景里的分離和通過(guò)蟲(chóng)洞本身的距離之間沒(méi)必要有什么關(guān)系。這樣，人們可以想像，他可以創(chuàng)造或者找到一個(gè)從太陽(yáng)系附近通到半人馬座α的蟲(chóng)洞。雖然在通常的空間中地球和半人馬座α相隔20萬(wàn)億英里，而通過(guò)蟲(chóng)洞的距離卻只有幾百萬(wàn)英里。這就允許百米決賽的消息趕在議會(huì)開(kāi)幕式前到達(dá)。然后一位往地球飛去的觀察者也應(yīng)該能找到另一個(gè)蟲(chóng)洞，使他從半人馬座α議會(huì)開(kāi)幕在賽事之前回到地球。這樣，蟲(chóng)洞正和其他可能的超光速旅行方式一樣，允許人們逆時(shí)旅行。
時(shí)空不同區(qū)域之間的蟲(chóng)洞的思想并非科學(xué)幻想作家的發(fā)明，它的起源是非常令人尊敬的。
1935年愛(ài)因斯坦和納珍?羅森寫了一篇論文。在該論文中他們指出廣義相對(duì)論允許他們稱為“橋”，而現(xiàn)在稱為蟲(chóng)洞的東西。愛(ài)因斯坦-羅森橋不能維持得足夠久，使得航天飛船來(lái)得及穿越：蟲(chóng)洞會(huì)縮緊，而飛船會(huì)撞到奇點(diǎn)上去。然而，有人提出，一個(gè)先進(jìn)的文明可能使蟲(chóng)洞維持開(kāi)放?？梢赃@樣做，或者把時(shí)空以其他方式卷曲，使它允許時(shí)間旅行，人們可以證明，這需要一個(gè)負(fù)曲率的時(shí)空區(qū)域，如同一個(gè)馬鞍面。通常的物質(zhì)具有正能量密度，賦予時(shí)空以正曲率，如同一個(gè)球面。這樣，為了使時(shí)空卷曲成允許逆時(shí)旅行的樣子，人們需要負(fù)能量密度的物質(zhì)。