给孩子的未来科学：时间机器

女儿还在上幼儿园时，我曾问她过生日想要什么礼物，她回答想要动画片《哆啦 A 梦》中机器猫的时间机器。我很惊讶，没想到一个上幼儿园的孩子，居然也会对时间旅行感兴趣。在机器猫的世界里，时间机器好像是在 2008 年被发明出来的，但在现实世界中，直到今天人类还没能制造出时间机器呢。

那么，时间机器只是空想的产物吗？绝非如此。正如本书将要介绍的，科学家们已经提出了许多种时间机器的理论方案。无论制造哪种时间机器，必要的操作对象除了时间以外，还少不了空间。实际上，时间、空间是“时空”这一整体的单方面体现。处理时空问题的科学理论，就是爱因斯坦所创立的相对论。谈到时间机器，相对论的知识不可或缺。此外，在实际制造时间机器时，微观世界的物理原理——量子论（量子力学）——同样必不可少。

不过，一旦乘坐时间机器回到过去，改变过去的世界，就有可能造成各种各样的麻烦。甚至，改变过去所造成的影响几经辗转，最终可能导致自己被抹杀，不复存在。这就是 “时间悖论”。时间悖论的问题目前尚无法解决，但科学家们已经提出了若干种理论方案。

时间机器并非彻头彻尾的空想产物，至于是否真的能够制造出来，还没人能给出确切的答案。实际上，对于研究者来说，像这样悬而未决的状态才最有趣呢，因为他们可以借此机会展开多种多样的智力挑战。衷心期望大家能够通过本书，体会到这种挑战的乐趣。

二间濑敏史

本书是适合小学生阅读的科普系列“给孩子的未来科学”中的一册，主题为“时间机器”。

全书按时间线和学说发展梳理人类研究时空问题的成果，从相对论到量子论，科学家们不断提出各种理论方案试图制造出梦想中的时间机器。

时间和空间是绝对的吗？穿过虫洞就能抵达过去吗？掉入黑洞会发生什么？本书用孩子能看懂的语言和插图，将宇宙物理知识深入浅出地讲给孩子听，帮助他们理解光和时间的性质，激发他们探索宇宙的好奇心，培养他们独立思考的能力。

（日）二间濑敏史

日本京都产业大学理学部宇宙物理、气象学科教授。1953年出生于日本北海道。专攻广义相对论、宇宙论。京都大学理学部毕业，威尔士大学卡迪夫学院博士课程修毕。曾就职于华盛顿大学、马克思·普朗克天体物理学研究所等机构。著有《为何时间会“流动”》、《靠近黑洞会发生什么》等多部作品。 

如果存在时间机器 8

Part 1尝试制造时间机器吧

如果拥有时间机器，你想做什么 16

乘坐时间机器去亲眼看一看科学家们的逸闻趣事 18

看不见的近道——虫洞 20

利用虫洞能够瞬间移动至25光年外的恒星吗 22

虫洞究竟在哪儿呢 24

为了使虫洞巨大化而注入的“某种物质”是什么 26

制造可以通行的虫洞必须用到哪些材料呢 28

如何将虫洞变成时间机器的科学论文已经发表了 30

把虫洞变成时间机器 32

通过虫洞回到过去的世界 34

虫洞时间机器会在瞬间遭到破坏吗 36

时间机器所必需的科学理论 38

【了解更多！】时间机器研究热潮的掀起者基普·S. 索恩与引力波 40

Part 2时间旅行的基础知识

时间是什么 44

在新干线车厢内投球与速度合成定理 46

在新干线车厢内发射的光与光速之谜 48

【了解更多！】光速应该也会变化——迈克耳孙 - 莫雷实验 50

用革命性的“逆向思维”解开谜团 52

时间的新性质是什么 54

从新干线车厢外观察车厢内的计时器会发生什么 56

【了解更多！】同时与否“因人而异” 58

时间机器早就有了吗 60

通过微观粒子的寿命探寻时间膨胀的证据 62

【了解更多！】高速运动时，不只时间会变化，“长度”也会变化 64

物体高速运动时，“质量”也会变化 66

著名公式“E=mc2”所揭示的质量与能量的关系 68

【了解更多！】统一天地规律的人——艾萨克·牛顿 70

Part 3引力强则时间变慢

什么是“第二相对论” 74

引力会对时间造成什么影响 76

数小时的逗留会变成几十年——利用黑洞的时间机器 78

爱因斯坦的灵光一现 80

作用于下落物体的神秘力量 82

引力的真相是“空间的弯曲” 84

物体的质量越大，时间和空间的弯曲幅度也越大 86

通过观测日食确认时空是否真的弯曲 88

【了解更多！】智能手机了解引力导致的时间膨胀吗 90

是谁发现了光都无法逃脱的黑洞 92

掉入黑洞会发生什么 94

潜入黑洞内部，看一看位于中心的“奇点”是什么 96

双胞胎兄弟，谁先变老 98

解决“双子悖论”的关键在于“加速和减速” 100

【了解更多！】用数学方法研究运动的伽利略·伽利雷 102

Part 4各种各样的时间机器

利用超高速宇宙飞船和黑洞的“未来旅行时间机器” 106

制造超高密度的“壳”——中子星时间机器 108

“回到过去的时间机器”需要的并非超高速，而是…… 110

超光速粒子时间机器 112

假如宇宙是旋转的，就能回到过去——“哥德尔宇宙” 114

绕着转动的巨型圆柱旋转——迪普勒的时间机器 116

获得专利的时间机器——马利特的时间机器 118

【了解更多！】奇异的“宇宙弦” 120

【了解更多！】同宇宙弦擦肩而过能够回到过去——戈特的时间机器 122

【了解更多！】阿尔伯特·爱因斯坦曾预言存在“负能量” 124

Part 5时间旅行的悖论

回到过去改变历史会发生什么 128

想出漫画后续的人是谁 130

回到过去的时间机器和因果律 132

为什么见不到来自未来的游客 134

时间机器之“敌”是量子论 136

【了解更多！】过去的历史无法改变 138

量子论曾是救世主 140

电子存在于“多重世界”中 142

用多世界诠释回避悖论 144

融合了相对论和量子论的“量子引力理论” 146

量子引力理论与“维度” 148

宇宙是薄薄的“膜”——膜宇宙模型 150

“膜宇宙型时间机器”能实现吗 152

【了解更多！】宇宙起源模型的思考者——史蒂芬·霍金 154

索引 156

★日本京都产业大学理学部宇宙物理、气象学科教授二间濑敏史审读编写，中文版特邀天文学家毛俊捷审校，内容严谨，趣味十足。

★书中不仅有孩子感兴趣的虫洞、黑洞话题，更有相对论、量子论等经典理论的解说，让孩子一次看过瘾！

★未来旅行时间机器、中子星时间机器、超光速粒子时间机器……看科学家们如何脑洞大开，用假想实验制作各种各样的时间机器。

★在科学家的引领下，冲破时间和空间的束缚，放飞孩子的想象力！