黑洞的形成原因和过程科普（如何利用黑洞回到过去）

相对论表明，时间并不是绝对的，较大的引力和较高的速度会使时间流动得更慢，许多实验也证实了这一点。例如，当我们把一个原子钟放在海平面，另一个原子钟放在山顶时，我们发现海平面上的原子钟比山顶上的原子钟要慢一些。所以去未来旅行的想法一点也不奇怪，如果你能把自己加速得很快，或者把自己放在一个极端的引力源附近，你的时间就会过得相当慢，可能你一天的时间就相当于地球一年。当你再次回到地球时，你就这样穿越到了未来。

问题是，你如何回到最开始的时间？如果你再也回不来了，那么去未来就没有什么意思了。为了做到这一点，你必须在时间上向后旅行，这在理论上是可行的吗？让我们从基础开始讲起。

为了更好地理解时间旅行，理解光锥的概念很重要。我们生活在三维空间和一维时间的宇宙，但为了便于我们对四维时空的可视化，我们消除了一个空间维度并替换上时间维度。为了在所有轴上都具有相同的单位，我们将时间乘以光速来转换成长度。该图上的所有点都称为事件，所以在这个图上，一个在空间中静止的对象将创建一条竖直向上的线，因为它只会在时间上移动。在空间中移动的物体将创建一条斜线，因为它在时间和空间维度上都移动了。这些线又被称为世界线。

如果我们点亮一盏灯，这一点将是一个事件，我们可以称它为事件A。它会创建一个圆锥体，因为光会在空间维度和时间维度上传播，圆锥体代表了所有可以与事件A有因果关系的未来事件。事件A也有一个过去的光锥，它代表过去与事件A有因果关系的所有事件。锥体外的点是与事件A没有因果关系的事件，换句话说，它们不会对事件A产生影响。

坐标的设定使得任何以光速运动的物体总是与垂直方向形成45度角，所以任何运动物体的世界线总是在圆锥内或圆锥上的某个地方。任何在光锥内移动的世界线都被称为“类时”；一个以光速运动的粒子在时间和空间分量之间会以45度角运动，像这样的世界线被称为“类光”，因为它就是光移动的方式。如果一个物体的世界线越过了45度角向空间分量倾斜，我们称它为“类空”世界线。由于这是在光锥之外，这意味着物体的速度超过了光速。原则上，只要没有信息被传输，这种世界线就不会有任何问题，否则这将破坏因果关系。

如果我们想要让时光倒流，超光速旅行能实现这样的场景。但正如我们之前讨论过的，将物体加速到光速需要无限的能量，超光速更是不可能的。为了实现时空倒流，我们需要找出一些其他技巧来操纵时空。任何涉及到时空操纵的东西，都可以用爱因斯坦的广义相对论方程来描述。

最简单的时空是平坦时空，我们可以在笛卡尔坐标系下写出该方程，同样的方程也可以用球坐标表示。但为了有希望使时空倒流，平坦空间是远远不够的。爱因斯坦方程的第一个解是由卡尔·史瓦西所完成的，它制定了一个简单的非平坦时空，也恰好描述了一个黑洞。

现在让我们看看落入黑洞的物体的光锥会发生什么？当物体开始慢慢靠近黑洞的时候，我们可以看到它的光锥开始慢慢倾斜。随着物体越来越接近黑洞，只有以越来越高的速度远离黑洞的世界线才能逃离它。而在黑洞的视界上，类光世界线恰好与之对齐，所有未来的事件都指向黑洞视界内部。随着物体继续移动，光锥将在黑洞中继续倾斜。最终，光锥将完全指向黑洞中心奇点，这意味着未来所有事件都位于奇点。

我们可以通过接近黑洞奇点在理论上制造时光倒流，但它不是史瓦西黑洞，而是克尔黑洞。1965年，克尔解出了一个方程，它描述了一个旋转的黑洞，如下图所示。

在这个解当中，当Δ不等于0的时候，黑洞的视界就消失了。当你做数学计算时，你会发现只要角动量除以（黑洞质量乘以光速）大于史瓦西半径的一半，那么Δ就永远不可能等于0。换句话说，如果黑洞旋转得足够快，视界就会消失，那时它就不再是黑洞了，并且留下了一个裸奇点。

裸奇点是个没有视界的奇点，它对于时光倒流来说非常重要。因为没有了视界，你可以靠近奇点再返回，光锥的未来世界线并不会全部指向它。相反，如果我们足够接近奇点，旋转的奇点弯曲了它周围的时空，这样我们就可以用世界线来环绕奇点，它允许世界线从未来的光锥循环到过去的光锥。这样，我们的未来就连接到了过去，我们可以走出时空，回到我们开始的地方。

但是这里实际上是有漏洞存在的。某些东西在广义相对论中有效，并不意味着它在现实情况可以存在。有充分的理由相信，黑洞的物理旋转速度不足以使事件视界消失，所以科学家认为裸奇点不可能存在。