我們把時(shí)間旅行定義為：從某個(gè)時(shí)空出發(fā)（旅行者視角），然后提前到達(dá)同一地點(diǎn)（久坐的觀察者視角）（換而言之，就是從某個(gè)時(shí)空穿越到另外一個(gè)時(shí)空的意思）。時(shí)間旅行悖論產(chǎn)生于這樣一個(gè)事實(shí)：根據(jù)一個(gè)觀察者的說法認(rèn)為出發(fā)發(fā)生于到達(dá)之后，另一個(gè)觀察者則認(rèn)為出發(fā)發(fā)生在到達(dá)之前。在狹義相對(duì)論的術(shù)語中，時(shí)間旅行意味著時(shí)間的類時(shí)順序不是一成不變的。這違反了我們對(duì)因果的直覺概念（直觀感受）。但直覺不是萬無一失的向?qū)?，所以我們必須多加小心。時(shí)間旅行真的是不可能的嗎？或者它是另一種“不可能”現(xiàn)象，意味著“大自然比我們想象的更神秘？答案可能比你想象的更有趣。

科學(xué)小說范式

在B級(jí)電影中，勇敢的時(shí)光旅行者爬進(jìn)他的時(shí)光機(jī)，看著外面的時(shí)鐘向后旋轉(zhuǎn)，而外面的人看著他返老還童的場(chǎng)景，根據(jù)目前理論，這種場(chǎng)景是不可能的。在當(dāng)前的理論，時(shí)光之箭在任何特定的地方都只朝一個(gè)方向前進(jìn)（時(shí)間從過去向未來流動(dòng)）。如果這不是真的，那么一個(gè)人就不可能在時(shí)空中強(qiáng)加一個(gè)四維坐標(biāo)系統(tǒng)，并且許多惡劣的影響也會(huì)隨之產(chǎn)生。然而，目前的理論并不排除有這樣一種情況。該情況通常需要一種不尋常的時(shí)空拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（應(yīng)歸于廣義相對(duì)論中的蟲洞或弦），這種結(jié)構(gòu)尚未見過，但可能存在。在這種情況下，宇宙在每個(gè)局部區(qū)域都表現(xiàn)良好，只有通過探索整體屬性才能發(fā)現(xiàn)時(shí)間之旅。

守恒定律

有人有時(shí)認(rèn)為時(shí)間旅行違反了守恒定律。例如，把質(zhì)量送回去過去的時(shí)空會(huì)增加當(dāng)時(shí)存在的能量。這個(gè)論證使用了整體守恒定律，而物理方程的相對(duì)不變公式是指局部守恒定律。局部守恒定律告訴我們，只有當(dāng)物質(zhì)流入或者流出的時(shí)候，小體積物的質(zhì)量才會(huì)改變。整體守恒定律拋棄了物質(zhì)必須流經(jīng)表面的假設(shè)：他將所有空間整合，并假設(shè)在無窮處沒有流入或者流出的流體，如果沒有辦法對(duì)整體守恒定律的公式做積分，那么整體守恒定律就無法成立。

廣義相對(duì)論

至少從1949年我們已經(jīng)知道了在廣義相對(duì)論中時(shí)間旅行的可能性（來源于庫爾特 哥德爾，文獻(xiàn)【1】中有討論，168頁）哥德爾發(fā)現(xiàn)的廣義相對(duì)論的時(shí)空具有“時(shí)空封閉曲線”（CTCs）?！皶r(shí)空封閉曲線”是一個(gè)粒子或一個(gè)人可遵循的世界線，他結(jié)束是的時(shí)空即他開始時(shí)的時(shí)空。廣義相對(duì)論中，包含“時(shí)空封閉曲線”的解決方案，不能有類似空間的嵌入式空間，而必須有“孔”（如甜甜圈上的孔，而不是紙上打孔）。

有人想完成時(shí)間旅行，必須以一種巧妙的方式繞過或穿過這些洞。哥德爾的解決方案是一個(gè)新的思路，但這對(duì)構(gòu)建時(shí)間機(jī)器并沒有任何用處。最近有兩個(gè)關(guān)于時(shí)間旅行解決方案，一個(gè)是莫里斯等人提出的（文獻(xiàn)【2】），另一個(gè)是哥特提出的（文獻(xiàn)【3】），都宣稱說有可能制造出實(shí)際可靠的設(shè)備（如果你相信，我有一座橋可以銷售給你。作者意指這兩種解決方案與實(shí)際制造實(shí)際機(jī)器依然相差甚遠(yuǎn)）。

在這些解決方案中，與哥德爾一樣，沒有什么地方是奇怪的。不同尋常的時(shí)空拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引發(fā)了時(shí)間旅行。第一種時(shí)間旅行的解決方案是通過利用蟲洞（可能是黑洞的內(nèi)部部分，參見【2】中的圖一），該蟲洞保持打開狀態(tài)，并受電磁力操控。第二種時(shí)間旅行的解決方案是通過由具有質(zhì)量的無限長弦產(chǎn)生的圓錐體。如果兩根弦擦肩而過，聰明的人可以繞著弦循著8字的路線回到過去。在這種情況下，如果管柱的直徑不為0，質(zhì)量密度有限，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)沒有任何異常拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的“時(shí)空封閉曲線”。

祖父悖論

隨著包含“時(shí)空封閉曲線”的廣義相對(duì)論的論證，人們開始研究自我一致性的問題，這個(gè)問題就是“祖父悖論”：如果時(shí)間旅行者回到過去后，在他出生之前就把他祖父殺死，那么會(huì)發(fā)生什么？在更為容易分析的術(shù)語中，我們可以問，量子力學(xué)中的粒子干涉對(duì)其自身的未來有什么影響。博爾維爾（文獻(xiàn)【5】）的論述表面存在一個(gè)問題：違反了一致性。這與上面討論的什么情況下可以整體守恒積分的問題有關(guān)。這是“柯西問題”的一個(gè)例子。（文獻(xiàn)【1】，第7章）

其他問題（是否有逃生艙）

如何避免包含“時(shí)空封閉曲線”的廣義相對(duì)論中的簡單解決方案中，量子力學(xué)的干涉不會(huì)導(dǎo)致上述的情形（即“祖父悖論”）？這并不是將理論運(yùn)用于一個(gè)預(yù)期會(huì)失敗的領(lǐng)域。一個(gè)相關(guān)的問題是時(shí)間機(jī)器的構(gòu)造。畢竟，無限長的弦是不容易得到的。事實(shí)上，（文獻(xiàn)【4】中）顯示，哥特的情形暗示時(shí)空的總動(dòng)量一定是類空（空間）結(jié)構(gòu)的。這似乎意味著，一個(gè)人不能從任何非超光速物體的集合空間中建造時(shí)間機(jī)器，而這些物體的動(dòng)量必須是類時(shí)（時(shí)間）的。蟲洞也存在實(shí)現(xiàn)的問題。

速子

最后，討論一下別的話題。

如果速子作為物理對(duì)象存在，因果關(guān)系就不再是不變的了。不同的觀察者會(huì)看到不同的因果關(guān)系。這種效應(yīng)只需要用狹義相對(duì)論解釋（不是廣義相對(duì)論），而且從任何類空間軌道都可以找到參照系，其中粒子可以在時(shí)間上向前或向后移動(dòng)。下面的時(shí)空?qǐng)D可以說明這一點(diǎn)。一個(gè)人必須對(duì)實(shí)際的事物細(xì)心觀察；一個(gè)在時(shí)間上向后運(yùn)動(dòng)的粒子，被觀察到的是一個(gè)向前運(yùn)動(dòng)的反粒子，所以沒有觀察州把他解釋為時(shí)間。

這里出現(xiàn)了不尋常的情況，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的因果關(guān)系假定沒有超光速運(yùn)動(dòng)。這個(gè)速子的例子是為了證明我們關(guān)于因果關(guān)系的直覺概念是可能有缺陷的。，所以一個(gè)人在談?wù)摮ＷR(shí)時(shí)必須多加小心。有關(guān)超光速粒子的常見問題請(qǐng)參閱有關(guān)文章，以獲得更多關(guān)于這些奇異假想粒子的信息。

結(jié)論

時(shí)間機(jī)器是否可能存在仍然是一個(gè)懸而未決的問題。批評(píng)這兩個(gè)解決方案的報(bào)紙都不愿意斷然排除這種可能性。然而時(shí)間機(jī)器的概念似乎帶來了一系列嚴(yán)重的問題。

相關(guān)知識(shí)

時(shí)間旅行或稱時(shí)空旅行、時(shí)光旅行或穿越時(shí)空等，泛指人或物體由某一時(shí)間點(diǎn)移至另一時(shí)間點(diǎn)，類似在空間中的移動(dòng)。所有事物都順著時(shí)間一分一秒地自然前進(jìn)，因此這里的時(shí)間旅行單指違反這種自然時(shí)間變化的方式：前往未來，或是回到過去。這在哲學(xué)和虛構(gòu)作品中是廣為人知的概念。時(shí)間旅行通常借著存在于假想中的時(shí)間機(jī)器進(jìn)行，這概念因1895年H·G·威爾斯的小說《時(shí)間機(jī)器》而普及起來。

根據(jù)目前的物理學(xué)，無法確定是否可能進(jìn)行回溯時(shí)間旅行（回到過去）；而在狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的架構(gòu)下，朝向未來的時(shí)間旅行已被透徹了解，且是經(jīng)過大量觀測(cè)的現(xiàn)象。然而，現(xiàn)今的科技無法讓一物相對(duì)于另一物的時(shí)間超越或延遲超過幾毫秒。至于回溯的時(shí)間旅行，找到允許這件事的廣義相對(duì)論解不是不可能，但符合該解的條件可能在物理上無法達(dá)成。理論物理學(xué)對(duì)時(shí)空旅行的支持非常有限，通常只牽涉到量子力學(xué)或蟲洞。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. 凡晨moonee- math

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