我們把時間旅行定義為：從某個時空出發(fā)（旅行者視角）,，然后提前到達同一地點（久坐的觀察者視角）（換而言之，就是從某個時空穿越到另外一個時空的意思）,。時間旅行悖論產生于這樣一個事實：根據(jù)一個觀察者的說法認為出發(fā)發(fā)生于到達之后,，另一個觀察者則認為出發(fā)發(fā)生在到達之前。在狹義相對論的術語中,，時間旅行意味著時間的類時順序不是一成不變的,。這違反了我們對因果的直覺概念（直觀感受）。但直覺不是萬無一失的向導,，所以我們必須多加小心,。時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。

科學小說范式

在B級電影中,，勇敢的時光旅行者爬進他的時光機,，看著外面的時鐘向后旋轉，而外面的人看著他返老還童的場景,，根據(jù)目前理論,，這種場景是不可能的,。在當前的理論，時光之箭在任何特定的地方都只朝一個方向前進（時間從過去向未來流動）,。如果這不是真的,，那么一個人就不可能在時空中強加一個四維坐標系統(tǒng)，并且許多惡劣的影響也會隨之產生,。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空拓撲結構（應歸于廣義相對論中的蟲洞或弦）,，這種結構尚未見過,，但可能存在。在這種情況下,，宇宙在每個局部區(qū)域都表現(xiàn)良好,，只有通過探索整體屬性才能發(fā)現(xiàn)時間之旅。

守恒定律

有人有時認為時間旅行違反了守恒定律,。例如,，把質量送回去過去的時空會增加當時存在的能量。這個論證使用了整體守恒定律,，而物理方程的相對不變公式是指局部守恒定律,。局部守恒定律告訴我們，只有當物質流入或者流出的時候,，小體積物的質量才會改變,。整體守恒定律拋棄了物質必須流經表面的假設：他將所有空間整合，并假設在無窮處沒有流入或者流出的流體,，如果沒有辦法對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。

廣義相對論

至少從1949年我們已經知道了在廣義相對論中時間旅行的可能性（來源于庫爾特 哥德爾,，文獻【1】中有討論,，168頁）哥德爾發(fā)現(xiàn)的廣義相對論的時空具有“時空封閉曲線”（CTCs）?！皶r空封閉曲線”是一個粒子或一個人可遵循的世界線,，他結束是的時空即他開始時的時空。廣義相對論中,，包含“時空封閉曲線”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新的思路,，但這對構建時間機器并沒有任何用處,。最近有兩個關于時間旅行解決方案，一個是莫里斯等人提出的（文獻【2】）,，另一個是哥特提出的（文獻【3】）,，都宣稱說有可能制造出實際可靠的設備（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際制造實際機器依然相差甚遠）,。

在這些解決方案中，與哥德爾一樣,，沒有什么地方是奇怪的,。不同尋常的時空拓撲結構引發(fā)了時間旅行。第一種時間旅行的解決方案是通過利用蟲洞（可能是黑洞的內部部分,，參見【2】中的圖一）,，該蟲洞保持打開狀態(tài)，并受電磁力操控,。第二種時間旅行的解決方案是通過由具有質量的無限長弦產生的圓錐體,。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，質量密度有限,，就會出現(xiàn)一個沒有任何異常拓撲結構的“時空封閉曲線”。

祖父悖論

隨著包含“時空封閉曲線”的廣義相對論的論證,，人們開始研究自我一致性的問題,，這個問題就是“祖父悖論”：如果時間旅行者回到過去后，在他出生之前就把他祖父殺死,，那么會發(fā)生什么,？在更為容易分析的術語中，我們可以問,，量子力學中的粒子干涉對其自身的未來有什么影響,。博爾維爾（文獻【5】）的論述表面存在一個問題：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,。這是“柯西問題”的一個例子,。（文獻【1】，第7章）

其他問題（是否有逃生艙）

如何避免包含“時空封閉曲線”的廣義相對論中的簡單解決方案中,，量子力學的干涉不會導致上述的情形（即“祖父悖論”）,？這并不是將理論運用于一個預期會失敗的領域。一個相關的問題是時間機器的構造,。畢竟,，無限長的弦是不容易得到的,。事實上，（文獻【4】中）顯示,，哥特的情形暗示時空的總動量一定是類空（空間）結構的,。這似乎意味著，一個人不能從任何非超光速物體的集合空間中建造時間機器,，而這些物體的動量必須是類時（時間）的,。蟲洞也存在實現(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象存在，因果關系就不再是不變的了,。不同的觀察者會看到不同的因果關系,。這種效應只需要用狹義相對論解釋（不是廣義相對論），而且從任何類空間軌道都可以找到參照系,，其中粒子可以在時間上向前或向后移動,。下面的時空圖可以說明這一點。一個人必須對實際的事物細心觀察,；一個在時間上向后運動的粒子,，被觀察到的是一個向前運動的反粒子，所以沒有觀察州把他解釋為時間,。

這里出現(xiàn)了不尋常的情況,，因為傳統(tǒng)的因果關系假定沒有超光速運動。這個速子的例子是為了證明我們關于因果關系的直覺概念是可能有缺陷的,。,，所以一個人在談論常識時必須多加小心。有關超光速粒子的常見問題請參閱有關文章,，以獲得更多關于這些奇異假想粒子的信息,。

結論

時間機器是否可能存在仍然是一個懸而未決的問題。批評這兩個解決方案的報紙都不愿意斷然排除這種可能性,。然而時間機器的概念似乎帶來了一系列嚴重的問題,。

相關知識

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

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

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 凡晨moonee- math

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1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自：http://math./home/baez/physics/Relativity/GR/time_travel.html

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