郭达最近拍了一部电影，片名“甲天下”，是一部穿越片，2011年即将上映（注：本文写于2011年）。影片设计包含了三个时代：唐朝的武则天时代、民国和现代。整个片子是关于洛阳牡丹的，因为这部片子，有人邀请我做了一个访谈。
访谈的内容完全是关于穿越的物理学的，即穿越到过去和穿越到未来是否可能。大部分穿越电影和科幻小说喜欢将主人公用各种手法送回某个遥远的过去。在中文世界，最有名的就是黄易的《寻秦记》了。书中，项少龙——一名现代特种部队的士兵——参加了时光机的实验，被从21世纪搬到了秦始皇即位的前一年，通过一系列活动改变了中国历史。《寻秦记》的内容告诉我们为什么大多人喜欢回到过去的时光机，因为很多人想改变历史，改变自己的人生，或者简单地想看看我们已经了解一部分的过去。而穿越到未来，未免有点让我们心虚，因为未来世界不可知，也许科技非常发达，社会结构怪异。
人类有很长的梦想穿越的历史。梦想穿越回过去最早可以追溯到18世纪，当时的爱尔兰人萨缪尔·马登（Samuel Madden）在一本《20世纪回忆录》里虚拟了一些来自20世纪末的外交信件，描述那时的情况。而穿越到未来的故事则很古老，例如印度神话《罗摩衍那》中国王黎瓦陀（Revaita）上天去会见创世者大梵天，回到人间时惊讶地发现很多世纪过去了。中国古代神话中也有类似的故事，如南梁任昉《述异记》提到晋代王质砍柴入山砍柴，看到童子对弈，一局之后发现来时的斧头已经烂了，回家后所有同代人都不在了。近代最有名的小说莫过于威尔斯的《时光机器》，写的也是到未来旅行的故事。
我们还没有看到《甲天下》，不知道这个故事中人物是如何穿越的，我猜测大概有穿越回唐朝的事，当然，如果能将武则天移到现代也会很有意思。有意思的是，美国去年二月份也发行了时光旅行的一部喜剧片，叫《热浴盆时光机》，写的是回到过去的故事。
在物理学中，存不存在从现在回到过去，或从未来回到现在的可能，一直是一件极具争议的事。到目前为止，还没有人能够令人信服地构造出一个时空，其中存在时间闭合路径（沿此路径，时间先从过去到现在，再从现在回到过去）。主要困难不在于构造出这么一个时空，而是这个时空需要满足爱因斯坦广义相对论方程，同时物质满足我们认为必须满足的一些条件。
举个例子，用虫洞构造闭合时间路径是最直接的。想象一个虫洞，这个虫洞即是在我们看到的时空之外的一个时空通道（如下图）。现在，假想上方那个出口位于北京，下方出口位于南京。通常，如果我们从北京去南京，要从正常的我们地球上的路径走，这就是那条白线。但如果存在虫洞，我们可以通过走虫洞抄近路。这种虫洞的存在在物理学上并无争议。
现在，我们建议用这个虫洞制造一个时光机。这很简单，我们想办法将位于南京（下方）那个出口加速再减速，然后放回到南京。狭义相对论告诉我们，如果此时一直待在这个出口的人与住在南京没有动的人对照时间，南京人的时间过得快了，也许与出口的人相比，相差了一百年。待在出口的人觉得还是2011年，而位于南京的人已经在2111年了。如果这个时候一位南京人进入这个出口旅行到北京去，他发现北京还处于2011年，他从未来回到现在了。
将上面的时间平移一下，南京人就可以从2011年回到1911年，正是辛亥革命的那一年。也许，他也能像项少龙那样改变中国的历史进程呢。但从我们的描述可知，南京的那个出口至迟也得在1911年开始加速和减速运动。也就是说，这个时光机的制造不得晚于辛亥革命那一年。
霍金曾经说过，时光机是不可能存在的，因为我们没有看到来自未来的人，尽管未来的人类有可能拥有非常发达的科技。但是，上面的虫洞例子告诉我们，也许从未来向过去的旅行被时光机的制造时间所限制，即未来人回到过去不会超过时光机的制造时间。因为我们现在还不能制造时光机，当然未来人类还不能回到现代。如果真是这样，项少龙那样的故事只能永远停留在科幻小说中。
物理学家发现，制造出上述那种虫洞时光机必须用到负能量，而在自然界中我们还没有见过负能量。另外，物理学的自洽性似乎也不允许负能量的存在。另一些人则注意到，一种所谓的Casimir能量是负的，也许这种能量可以帮助我们制造出时光机。反对的人说，我们需要足够多的负能，而Casimir能量不够。支持者说，有一点负能就够了。最后，物理学家Matt Visser说，要使得虫洞时光机有效，虫洞的两个出口必须足够近，但量子效应会使得虫洞崩溃，或两个虫洞的出口互相排斥（在上面的那个例子中，北京的出口会受到南京的出口的极大排斥力）。
另一种可能是制造一个极长、密度极大的柱子，让柱子绕着柱心快速转动。此时，如果我们沿着柱子外面的一个螺旋线旅行，就会回到过去。可是，柱子的密度和旋转速度使得世间没有物质能够承受这种极端条件。另外，霍金证明这种时光机同样需要负能。（《新电影传奇》编导建议孙悟空的金箍棒也许可以，这倒是一个穿越故事的极佳噱头。）
旅行到未来在物理学上是允许的，这就是爱因斯坦狭义相对论中的时间延缓效应。假如我们能够坐上一艘以接近光速飞行的飞船离开地球，旅行一圈后回来，我们可能会发现地球人已经进入22世纪甚至更遥远的未来了。