物理世界里的时间旅行

20世纪初，爱因斯坦提出相对论后，时间旅行逐渐成为科幻小说和哲学讨论的热门话题。任何时间和空间的旅行都不能避免一个悖论，这可以用一个“祖母悖论”来概括:一个人回到过去杀死他的祖母，所以没有她你就没有未来，没有她你也不能回到过去杀死她。

所有科幻小说和电影都必须用他们的大脑以一种不言自明的方式来解释这个悖论，比如前几天非常流行的“恐怖巡航”和“循环信使”。在我们的生活中，每件事都必须有独立的原因(事情不会无缘无故地发生)，就像一条链条，一环接一环，直到第一环(亚里士多德称第一环为宇宙的第一推动力，即上帝)。因果定律确保这条链只能打开而不能交叉，不能关闭也不能逆转，这符合我们的逻辑(也称为热力学箭头)。

另一方面，时间旅行形成了一个时间封闭循环，产生了一些不可思议的因果循环，颠覆了我们的逻辑，比如导言中的小说情节。这样一个闭环在每个时间点都有一个独立的原因，但从整个周期的角度来看，没有独立的原因可以找到。

因此，基于这个悖论，一些人说时间旅行是不可能的，而另一些人则尽力解释因果循环的悖论，以维持时间旅行的可能性。然而，有两个问题需要澄清:首先，时间旅行是因果循环的充分条件吗？第二，已知知识不能解释因果循环，这是否意味着因果循环是不可能的？例如，在我们接受相对论之前，双胞胎悖论是一个明显的经验悖论。

就像关于双胞胎在谬误中游泳的讨论一样，大多数人关于时间旅行的讨论完全脱离了科学，变成了毫无根据的幻想。这篇文章与上述内容无关，只是想让每个人都知道时间旅行的概念在科学界是如何演变的。

牛顿的宇宙学:以牛顿为代表的物理学家认为空间、时间和运动是绝对的，整个宇宙是一个单一的统一的惯性系统。时间在这里以恒定的速度流动，是独立于任何事物的绝对存在。然而，一些科学家如莱布尼茨、贝克勒和马赫反对绝对时间的概念。马赫认为变化比时间更重要，我们所说的时间的“流逝”实际上是我们关注周围事物变化的结果。我们发明了时间来量化这种变化。这个理论深深地影响了爱因斯坦。1905年，爱因斯坦发表了一篇关于狭义相对论的论文。在绝对时空下，时间旅行是完全不可能的。

牛顿万有引力定律可以完美地解释宏观天体的轨道

狭义相对论:狭义相对论基于两个基本原理:相对论原理和光速不变性。简而言之，在任何惯性系统下，物理定律都是一样的。光速不变导致牛顿力学中的绝对空间和绝对时间成为相对量。从那时起，当我们讨论时间和空间点时，我们必须声明我们处于哪个惯性参照系，因为在不同的参照系下，时间和空间测量是不同的。在极端情况下，时间是相对于任何人的。

在闵可夫斯基的四维时空中，不同事件的相对时间差异很大。

狭义相对论区分了黄金时间和坐标时间。原始时间是指事件、观察者和时钟在同一坐标系中的测量值，类似于传统牛顿力学的绝对时间。坐标系是指事件和观察者的时钟在不同的坐标系中，所以需要狭义相对论。在大多数情况下，人们大多处于或接近原始时间系统。我们的时间可以被认为是绝对量，所以我们可以用周围事物的固定频率来定量地描述运动。机械表是根据应时的自然频率制造的。我们的生活都在原始时代的标准之下。当我问你“现在几点了”，我相信你跟我跟的时间是在一个系统里。这就是为什么我们不会错过航班、约会等。

狭义相对论推翻了我们关于同时性的常识。在一个参照系中对两个同时发生的事件的观察一个接一个地发生。这种现象的直接后果是经验的延迟效应。如果两个参考系的相对速度相差很大，就会有明显的时间差。当你乘宇宙飞船以接近光速的速度旅行回来，发现所有你认识的人都比你年长，这就是狭义相对论下的时间旅行。然而，这并不是严格意义上的时空旅行，因为你并没有回到过去，只是时间相对于你流动得很慢。

广义相对论:广义相对论基于等价原则，即重力和加速度只是描述同一现象的不同名称。广义相对论中一个有趣的现象是光线接近物体时会弯曲。这是由于质量产生的引力场导致时空结构扭曲，大质量(如黑洞)附近时钟的时间流逝比远离大质量的时钟慢。在很强的引力场作用下，时空的曲率会产生一条封闭的类时曲线。这个曲面空间不仅意味着回到空间的原点，也意味着回到时间的原点。换句话说，时间在这里已经真正失去了它在实践意义上的单向性，时间旅行在理论上已经成为一种真正的可能性。

经典封闭类时曲线示意图

简而言之，封闭课堂时间曲线上的每个事件都是另一个事件的过去和未来。明天意味着今天的结束。

量子力学:量子力学是描述微观物质的物理理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两个基本支柱。在微观世界中，许多实验现象不能用常识来解释，只能用量子理论来解释。例如，一只死猫和一只活猫，物质有一个最小的量子化普朗克常数。

在量子力学中，有一种量子关联现象。在两个粒子彼此耦合一小段时间后，单独干扰其中一个粒子将不可避免地影响另一个粒子的特性，尽管这两个粒子可能相隔很远。这种效应甚至比光速快10，000倍，可以说是瞬间发生的。因此，可以说粒子同时具有几种可能的状态，就像一只“死猫和活猫”。

两个量子纠缠粒子

许多科学家在时空旅行中使用了这一特征，认为当旅行者回到过去时，任何影响历史的行为都会导致一个新的平行宇宙的产生，这个宇宙是完全不连贯的。