穿越时空是否可能，或者悖论是否会阻碍？

本文首次发表于我们的免费数字杂志第 15 期好奇的。

HG 威尔斯 (HG Wells) 引发了对他小说的痴迷时间机器，它在科幻小说中的频繁出现证明了它自此以来的受欢迎程度。威尔斯和他的同时代人所写的许多其他未来主义概念早已成为现实，但我们似乎并没有更接近时间旅行，至少是普遍设想的那种。那么，这可能吗？

物理学提供了我们认为它可能是这样的理由，首先是它作为第四维度的地位。然而，它也带来了很多障碍，其中一些可能是无法克服的。

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回答这样的问题需要从时间旅行的含义开始。从某种意义上说，我们都在时间旅行，以每秒一秒的速度接近未来。当然，这不是人们的意思，但它表明需要更加认真地思考定义。

某些形式的时间旅行绝对是可能的，但虽然它们可能更接近流行的含义，但它们仍然不存在。我们知道从狭义相对论对于在某个地方旅行的人来说，时间的流逝方式有所不同实质性分数光速比静止的人快。因此，前往火星旅行的宇航员，特别是更快的一个比目前考虑的情况，会经历非常轻微的时间膨胀效应。从某种角度来看，他们将返回一个地球，其生物钟（包括生物钟）与他们自己的生物钟略有不同步。

对于这样的短途旅行，差异很小，而且在零重力的影响下，老化程度会被淹没。更快、更远的旅程，时间的变化会更加明显，可能远远超出我们目前的能力，更不用说预算了，但我们知道它们在理论上是可能的。太空旅行者返回地球的各种时间旅行几乎没有改变但他们的家人已经年迈数十年，这种情况可能会发生，如果人类不因战争或环境崩溃而破坏其进步，他们很可能会这样做。

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除非有某种力量维持旅行者相对于地球的位置，否则你会发现自己无助地漂浮在太空中，等待地球赶上。

撇开迂腐不谈，我们都知道时间旅行的含义：前往过去或未来的某个点，并（希望）安全返回。即使这在理论上是可能的，也有一些相当重大的实际问题需要考虑。

仅举一个例子：时间旅行的虚构表现几乎总是假设旅行者最终到达太空中相对于地球的同一位置，但情况会是这样吗？毕竟，即使你只是回到过去一周，例如，你可以在一场体育比赛上打赌，那时地球将在绕太阳的轨道上移动数百万公里，而太阳也会在转身，迁移了一小段距离环绕银河系。

除非有某种力量维持旅行者相对于地球的位置，否则你会发现自己无助地漂浮在太空中，等待地球赶上。忽视这个问题反映了哥白尼反驳的地球是宇宙中心的观点。

如果你假设时间旅行涉及动量守恒，那么旅行者最终可能会接近他们的起源位置，但方向的轻微变化仍然可能导致位置的相对变化，这可能是致命的。

然而，像这样的反对意见并不会使时间旅行成为不可能，只是不切实际。

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除了提高时间膨胀效应的可能性之外，爱因斯坦的狭义相对论还暗示空间和时间的联系比以前假设的更加密切。四维时空的想法很快就被提出，并在广义相对论中得到发展，爱因斯坦证明巨大的质量可以弯曲时空，包括物理学家所说的世界线。

其结果之一是，在强大的引力场中也会发生类似的时间膨胀效应，就像在接近光速行进时一样。如果您想体验皮尺度的时间旅行，请爬山或乘坐飞机，以在您与地球引力之间保持一定的距离。

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更重要的是，如果这种扭曲变得足够极端，它应该会产生所谓的“闭合类时曲线”（CTC），精确地遵循它会带你回到更早的时间。

正如书上时间旅行的量子物理学 笔记：“如果时间旅行是不可能的，那么原因还没有被发现。”

尽管如此，我们显然还有很多不知道关于时间。如果只是第四维度，为什么我们在空间上可以轻易改变自己的位置，而在时间上却不可以，只能让它像河流一样带着我们前进？答案可能会对时间旅行造成物理障碍，我们尚未确定。

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回到过去的一个明显问题是：意外（或故意）杀死了你的祖父母，而你从未出生，那么你怎么能杀死他们呢？科幻小说作家通常用它作为情节手段来迫使他们的角色撤销他们所做的改变。结局产生了一个所有关键细节都足够相似的世界，以至于旅程无悖论地发生，但情况仍然更好。

这对于小说来说很棒，但科学家们必须承认这样的结果不太可能出现。

祖父悖论的一种可能解决方案在于多世界解释。如果这是真的，那么每次发生可能以不同方式发生的事件时，都会有无数个宇宙彼此分支。在这种情况下，你的祖父在怀上你的父母之前被神秘杀害的宇宙与你所经历的宇宙一样真实，而时间旅行仅仅意味着从这个宇宙跳到那个宇宙。

祖父悖论的一个变种是引导悖论，时间旅行为其自身的发生创造了条件。一个例子可能是一个人从未来接收到如何建造时间机器的指令，从而创造出一个世界，未来的自己可以将这些指令发回。虽然这些情况是自洽的，但仍然没有解决信息最初来自哪里的问题。再一次，这是小说作家可以在电影中随意掩盖的事情，比如这终结者，但物理学家却不得不直面。将它们称为闭合因果循环可能会加快沟通速度，但并不能解决问题。

然而，尚不清楚的是，悖论是否真的会阻止人们穿越时空，即使它们可能使之成为一个非常糟糕的主意。

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回到自己的时代可能会面临引导悖论的风险，即旅途中收集的信息被用来将预见的世界变成现实。

如今，大多数时间旅行故事都涉及努力回到过去，试图改变我们不满意的事情。然而，威尔斯的故事是关于一位旅行者继续前行，见证人类的衰落，并最终见证地球的衰落。这避免了祖父悖论，并且很可能更合理。

这种向前旅行可能有其吸引力，特别是如果您期望未来比过去更好的话，那么您无需做任何工作就可以从解决当今问题的过程中获益。如果您开始想念亲人并希望回家，问题就会出现。至少，回到自己的时代会面临引导悖论的风险，即旅途中收集的信息被用来将预见的世界变成现实。

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如果我们承认时间旅行是可能的，那么悖论就可以得到解决，而且我们愿意冒这个风险，但这仍然留下了如何进行的问题。

听起来简单的解释是，人们需要以超过光速的速度行驶，但这说起来容易做起来难。旅行速度可能比当地的光在减慢光速的介质中的速度，我们在切伦科夫效应。然而，这并不能让你获得 19 日的门票。^th世纪。为此，您需要在真空中以比光速更快的速度行驶。尽管超光速旅行本质上并不是不可能的，但具有质量的物体不能完全以光速旅行，这对超光速旅行构成了一定的障碍。实际上，如何从低于光速的速度加速到更快的速度，而不达到介于两者之间的光速？

根据史蒂芬·霍金，时间旅行的先决条件是奇异物质的存在，特别是具有负能量的物质。这并不一定像听起来那样不可能，但到目前为止我们还没有发现任何负质量粒子的存在，与反物质，虽然很少见，但绝对存在。