穿越时空改变历史是否可行？

近年来，穿越剧越来越多。例如，最近流行的《星际穿越》吸引了许多人的注意。这部电影可以说是2014年最杰出的科幻大片，许多科普网站和娱乐网站纷纷报道。事实上，对于那些1980年后出生的人来说，他们中的许多人也喜欢看时空旅行剧，比如《终结者》、《大话西游》系列电影，以及周杰伦的《不能说的秘密》。从内容和情节的角度来看，这些电影和其他艺术作品讲述穿越时空的故事。事实上，穿越时空的本质属于广义相对论。那么，在什么条件下我们能像剧中的角色一样通过时间和空间改变历史呢？

时间旅行剧《星际穿越》的海报

在哪个宇宙中，一个人可以自发地回到过去？

人类能回到过去吗？这是一个非常有趣的问题。首先，回到过去，这发生在时间和空间。我们需要了解一些时间和空间的结构。时间和空间实际上是时间和空间的结合。中国古代有“宇宙”的说法，其中“宇宙”是空间，“宇宙”是时间。因此，宇宙是时间和空间。因为时空本身就像房子一样，有一个结构。可能有楼梯、烟囱和其他复杂的结构。因此，总的来说，回到过去相当于在空间和时间中存在一条封闭的类时曲线(所谓的“类时曲线”是指物体在空间和时间中的每一点的运动速度都不超过光速)。封闭的时间曲线就像蛇咬自己的尾巴。时间在过去和未来形成一个封闭的循环，所以不清楚过去还是未来。以下是一些基于相对论的理论:理论上很有可能在一些奇怪的时空中回到过去，比如哥德尔的时空。哥德尔的时空是一个真空，但它是旋转的，因为在那里，高速旋转在时空中产生漩涡，这可以导致封闭的类时曲线的存在——就像马桶冲水时产生的漩涡一样，而时空的漩涡可以导致封闭的类时曲线的存在。

时间漩涡

哥德尔是爱因斯坦在美国普林斯顿高等研究院的同事(爱因斯坦以前住在德国，但后来希特勒迫害犹太人。爱因斯坦是犹太人，对希特勒不满，所以他来到了美国。哥德尔是数学逻辑专家。以他的名字命名的不完全性定理可以说是对所有试图追求大统一理论的人的致命一击:所有的理论体系都不是自我完整的——总是有“先有鸡还是先有蛋”的问题无法解决。在数学中，像“连续体假说”这样的猜想最终被证明既不可证伪也不可验证，逻辑系统的集合将被逻辑本身刺穿。这样的例子还有很多。例如，爱因斯坦的广义相对论引力方程最终会在空间和时间上产生奇点，而在这个奇点处，广义相对论本身就破产了(关于黑洞的奇点，请参考下面5篇作者在蝌蚪工作人员网站上发表的关于“星际”的科普文章)。

星际中的永恒离黑洞有多远？

为什么星际中的虫洞是一条捷径？

《星际穿越》如何避免时间和空间的矛盾？

为什么“星际”一小时在巨星上≈ 7年在地球上？

关于黑洞星际有什么未解之谜？

哥德尔绝对是个天才。爱因斯坦跟他讲了半天相对论，他学到了相对论的基本原理和思维方法。几个月后，他找到了爱因斯坦引力场方程的解，这就是所谓的哥德尔时空。在这个时间和空间的某些领域，一个特定的人可以回到他的过去而不在地面上移动，这是令人惊讶的。在这个时间和空间的某些区域，有人一动不动地站在地上，但是因为时间永远流逝，他可以沿着时间旅行回到他的过去——因为这个人的质量不等于零，所以他在空间中的速度小于光速，因此，他的世界线将形成一条封闭的时间曲线。为此，熟悉相对论的人可以把它比作爱因斯坦的转盘模型。在爱因斯坦的转盘中，转盘边缘的一群观察者认为“空间”不是一个封闭的圆，而是一条开放的曲线——在旋转的情况下，空间和时间是相当神秘的。哥德尔的发现需要相对较高的数学技能。从物理上来说，这很简单:有些观察者可以回到他们的过去。

爱因斯坦和哥德尔

我们怎样才能回到我们宇宙中的过去？

例如，在一般的时间和空间中，我们的宇宙(称为弗里德曼、罗伯逊、沃克宇宙模型，或F-RW时空)并不像哥德尔时空那样旋转——我们的宇宙没有旋涡，是平的(这是一个重要的结论，它来自于对宇宙微波背景辐射的分析，而空间的平坦度被认为来自于宇宙的早期暴涨)。因此，人们普遍认为在我们真实的宇宙中很难有大的漩涡结构，所以从宇宙的角度来看，可能没有一个类似于哥德尔的回到过去的解决方案。然而，不要忘记在我们的宇宙中仍然有许多黑洞，黑洞可以旋转，这就是所谓的克尔黑洞(但我们现在只讨论整个宇宙)。在广义相对论中，奇点的出现使物理学失去了平衡。爱因斯坦场方程的解，如史瓦西解，具有球面对称性，而F-RW解是一致的和各向同性的。这可以解释我们宇宙目前的真实状态。因此，F-RW时空是真实的宇宙。我们的空间不旋转，所以如果我们想回到过去，就相当于在四维时空的某个区域需要虫洞。

虫洞的存在需要负能量密度的支持(见本文末尾的视频链接)，而且我们宇宙中的物质基本上都是正能量，所以从技术上来说很难打开时间隧道。因为在我们人类能够产生的物质和能量的状态下，物质通常具有正能量，而负能量物质非常小且不稳定——相距1米的两块金属板之间的Schmiel效应，它产生的负能量密度相当于每十亿立方米体积中一个(负质量)基本粒子！此外，间距越大，负能量密度越小。因此，量子效应产生的负能量在任何宏观尺度上都可以忽略不计。