【时间旅行的定义】 时间旅行的概念最早出现在科幻作品中，它是最令人激动的想法之一，登上时间机器，一个人就可以利用控制系统确定任何一个日期（过去或未来），然后时间机器就可以在瞬间将他带到那个时代。问题是时间机器会产生明显的悖论，一个人可以在他自己出生之前杀死他的父亲，从而阻止他自己出生。有些科学家认为，大自然总是巧妙的智胜进行时间旅行的人们，使他们无法完成可以形成任何悖论的行为，也就是说，你无法杀死你的父亲，亦或是他自己。但是这种解释太过于牵强。

实际上时间旅行这个概念本身还是模糊不清的，人们对它极大的兴趣恐怕还是源于对时间的过去未来的强烈好奇心。我们来描述一种回到过去的情形，比如你乘座时间机器回到了过去，看到了你自己，这意味着你必须在童年看到过一个成年的自己。因为否则就不能自洽，就不能称为回到过去，充其量是见到一个和过去的世界类似的世界。既然是回到过去，就不容一丝一毫的偏差。而同样，你所见到的哪个你在未来同样要乘座时间机器再回到过去。而“他”的未来似乎已经由你演绎了，同样你的未来也已经有一个“你”，也就是你童年见过的哪个“你”演绎过了。而这似乎说一切都已经确定了，大家都在演绎确定的历史而已。然而显然我们是可以介入这“历史”的，时间机器存在的话就意味着你会知道结果，而你可以改变这结果，这就是悖论。

时间和宇宙在朴素的概念上都具有唯一性，也就是说，如果宇宙之外还有一个宇宙，人们自然会把这两个宇宙合称为一个宇宙。

当然在严格推理下这种解释同样有很多的漏洞，两个宇一但有联系的话，相互的影响是有很多问题需要协调的。

实际上时间是没有方向性的，时间和空间都是我们在描述现实的物质世界时引入的抽象概念，它不是如物质粒子这样客观的实体，是为了对现实世界进行数学描述时引入的一种度量概念。时间与空间在这些数学公式中的地位是极其相似的，但是有一点不同，时间是不能静止的，它总给人一种在不断“流逝”的感觉。但事实上这是因为世界是在不断变化中的，这才是让我们认为时间在“流逝”的根本原因。

如果你被时间这个概念困惑的话，不如说，时间根本是不存在的，存在的不过是一个不断演化的宇宙。时间的概念就是对这个演化宇宙进行描述时产生的，但是现在我们竟然希望用自己意识里的一个概念来主宰宇宙的变化规律，希望看到时间的逆转或者时间的旅行。你可以使用任何技术手段来探知过去和未来的信息，亦或构造过去或未来的现实。你甚至可以在理论上构造多宇宙，产生各种令人惊奇的理论，只要它们没有违反物理规律，并且有严格的数学推理。但是这些都不是时间旅行，不要试图在时间上跳到未来。

时间确实是可以有快慢之分的，强引力下的时钟会变慢，如果一个人在这种强引力下没有被分解掉的话，在他回到地球时，的确会比其它人年轻。但是时间绝不会倒退，和空间哪样可以沿反方向行进。在狭义相对论中，运动的越快，时间就越慢，所以人们会说当超过光速的时候，时间就会倒过来。但是你应该发现对于超过光速的运动，哪个变换因子成为一个虚数，而只有负数才应该被认为是时间的逆转。

在现有的科学体系下，时间具有严格的单向性。在所有的物理定律中，只有热力学第二定律带有时间方向箭头，这就给人一种时光流淌消逝不再的感觉。因此回首检阅过去，或者提前观瞻未来，成为人类的一个永恒梦想。

【相对论】目前，人们对时间最完善的理解来自爱因斯坦的相对论。在相对论问世的1905年，爱因斯坦在他的相对论中说：时间是相对的，当我们以接近或超过光速的运动的时候，时间会很慢或静止，也就是说，如果一个人以接近光速旅行，那么时间对他来说就会停滞，这太令人振奋了，当人乘坐接近光速的飞船去旅行，在旅行的过程中时间就会变慢，因此，当他再回到地球的时候就可能已经过了一个世纪。对他来说，只要花很少的时间就能进入未来世界。之前，时间被广泛地认为是绝对的和普遍的，不管人的运动状态如何，时间对于每个人都是一样的。但是，1905年爱因斯坦的狭义相对论指出：

【时间旅行的可能性】 时间旅行的可能性在理论物理研究领域一直被很严肃地探讨着。 H•G•韦尔斯在《时间机器》中探讨了这些可能性，正好像其他无数的科学幻想作家那样。科学幻想的许多观念，如潜水艇以及飞往月亮等等都被科学实现了。那么，时间旅行的前景如何呢？ 1949年库尔特•哥德尔发现了广义相对论允许的新的时空。这首次表明物理学定律的确允许人们在时间里旅行。哥德尔是一名数学家，他因证明了不完备性定理而名震天下。该定理是说，不可能证明所有真的陈述，哪怕你把自己限制去证明在像算术这么一目了然而且枯燥的学科中所有真的陈述。这个定理也许是我们理解和预言宇宙能力的基本极限，然而迄今它还未成为我们寻求完整统一理论的障碍。

哥德尔在和爱因斯坦于普林斯顿高级学术研究所度过他们晚年时通晓了广义相对论。他的时空具有一个古怪的性质：整个宇宙都在旋转。人们也许会问：“它相对于何物而旋转？”其答案是远处的物体绕着小陀螺或者陀螺仪的指向旋转。 这导致了一个附加的效应，一位航天员可以在他出发之前即回到地球。这个性质使爱因斯坦非常沮丧，他曾经以为广义相对论不允许时间旅行。然而，鉴于爱因斯坦对引力坍缩和不确定原理的无端反对，这也许反而是一个令人鼓舞的迹象。因为我们可以证明，我们生存其中的宇宙是不旋转的，所以哥德尔找到的解并不对应于它。它还有一个非零的宇宙常数。宇宙常数是当爱因斯坦以为宇宙是不变时引进的。在哈勃发现了宇宙的膨胀后，就不再需要宇宙常数，而现在普遍认为它应为零。然而，之后从广义相对论又找到其他一些更合理的时空，它们允许旅行到过去。其中之一即是旋转黑洞的内部。另外一种是包含两根快速穿越的宇宙弦的时空。顾名思义，宇宙弦是弦状的物体，它具有长度，但是截面很微小。实际上，它们更像在巨大张力下的橡皮筋，其张力大约为1亿亿亿吨。把一根宇宙弦系到地球上，就会把地球在1/3O秒的时间里从每小时零英里（1英里= 1.609公里）加速到每小时60英里。宇宙弦初听起来像是科学幻想物，但有理由相信，它在早期宇宙中可由对称破缺机制而产生。因为宇宙弦具有巨大的张力，而且可以从任何形态起始，所以它们一旦伸展开来，就会加速到非常高的速度。

哥德尔解和宇宙弦时空一开始就扭曲，使得总能旅行到过去。上帝也许会创生了一个如此卷曲的宇宙，但是我们没有理由相信他上帝会这样做。微波背景和轻元素丰度的观测表明，早期宇宙并没有允许时间旅行的曲率。如果无边界设想是
正确的
，从理论的基础上也能导出这个结论。这样问题就变成：如果宇宙初始就没有时间旅行所必须的曲率，我们能否随后把时空的局部区域卷曲到这种程度，以至于允许时间旅行？ 快速恒星际或星系际旅行是一个密切相关的问题，也是科学幻想作家所关心的。根据相对论，没有东西比光运动得更快。因此，如果我们向我们最近邻的恒星α-半人马座——发送空间飞船，由于它大约在4光年那么远，所以我们预料至少要8年才能等到旅行者们回来报告他们的发现。如果要去银河系中心探险，至少要10万年才能返回。相对论确实给了我们一些宽慰。

因为时间不存在惟一的标准，而每一位观察者都拥有他自己的时间。这种时间是用他携带的时钟来测量的，这样航程对于空间旅行者比对于留在地球上的人显得更短暂是可能的。但是，这对于那些只老了几岁的回程的空间旅行者，并没有什么值得高兴的，因为他发现留在地球上的亲友们已经死去几千年了。这样，科学幻想作家为了使人们对他们的故事有兴趣，必须设想有朝一日我们能运动得比光还快。大部分这些作家似乎未意识到的是，如果你能运动得比光还快，则相对论意味着，你能向时间的过去运动，正如以下五行打油诗所描写的那样：　　有位年轻小姐名怀特，　　她能行走得比光还快。　　她以相对性的方式，　　在当天刚刚出发，　　却已在前晚到达。

关键在于相对论认为不存在让所有观察者同意的惟一的时间测量。相反地，每位观察者各有自己的时间测量。如果一枚火箭能以低于光的速度从事件A（如2012年奥林匹克竞赛的100米决赛）至事件B（如α-半人马座议会第100，004届会议的开幕式），那么根据所有观察者的时间，他们都同意事件A发生于事件B之先。然而，假定飞船必须以超过光的速度才能把竞赛的消息送到议会，那么以不同速度运动的观察者关于事件A和事件B何为前何为后就众说纷纭。按照一位相对于地球静止的观察者，议会开幕也许是在竞赛之后。这样，这位观察者会认为，如果他不理光速限制的话，该飞船能及时地从A赶到B。然而，在α-半人马座上以接近光速在离开地球方向飞行的观察者就会觉得事件B，也就是议会开幕，先于事件A，也就是百米决赛发生。相对论告诉我们。对于以不同速度运动的观察者，物理定律是完全相同的。

这已被实验很好地检验过。人们认为，即使用更高级的理论去取代相对论，它仍然会被作为一个特性而保留下来。这样，如果超光速旅行是可能的，运动的观察者会说，就有可能从事件B，也就是议会开幕式，赶到事件A，也就是百米竞赛。如果他运动得更快一些，他甚至还来得及在赛事之前赶回，并在得知谁是赢家的情形下放下赌金。 要打破光速壁垒存在一些问题。相对论告诉我们，飞船的速度越接近光速，用以对它加速的火箭功率就必须越来越大。对此我们已有实验的证据，但不是空间飞船的经验，而是在诸如费米实验室或者欧洲核子研究中心的粒子加速器中的基本粒子的经验。我们可以把粒子加速到光速的99．99％，但是不管我们注入多少功率，也不能把它们加速到超过光速壁垒。空间飞船的情形也是类似的：不管火箭有多大功率，也不可能加速到光速以上。

选择历史假想听起来，和理查德•费因曼把量子理论表达成历史求和的方法相类似。它是说宇宙不仅仅有一个单独历史，它有所有可能的历史，每一个历史都有自己的概率。然而，在费因曼的设想和选择历史之间似乎存在一个重要的差别。在费因曼求和中，每一个历史都是由完整的时空和其中的每一件东西组成的。时空可以被卷曲成可能乘火箭旅行到过去。但是火箭要留在同一时空即同一历史中，因而历史必须是协调的。这样，费因曼的历史求和设想似乎支持协调历史假想，而不支持选择历史假想。 费因曼历史求和允许在微观的尺度下旅行到过去。科学定律在CPT联合对称下不变。这表明，一个在反时钟方向自旋并从A运动到B的反粒子还可以被认为是在时钟方向自旋并从B运动回A的通常粒子。类似地，一个在时间中向前运动的通常粒子等价于在时间中往后运动的反粒子。“空” 的空间充满了虚的粒子和反粒子对，它们一道出现、分离，然后回到一块并且相互湮灭。

这样，人们可以把这对粒子认为是在时空中沿着一个闭合图运动的单独粒子。当对子在时间中向前运动时（从它出现的事件出发到达它湮灭的事件），它被称为粒子。但是，当粒子在时间中往回运动时（从对湮灭的事件出发到达它出现的事件），可以说成反粒子在时间中向前运动。 在解释黑洞何以发射粒子并辐射时认为，虚的粒子/反粒子对中的一个成员（譬如反粒子）会落到黑洞中去，另一个成员留下来，失去和它湮灭的伙伴。这个被抛弃的粒子也可以落入黑洞，但是它也可以从黑洞的邻近挣脱。如果这样的话，对于一位远处的观察者，它就作为从黑洞发射出的粒子而出现。 然而，人们对于黑洞辐射的机制可有不同的却是等价的图像。人们可以把虚对中的那个落入黑洞的成员（譬如反粒子）看成从黑洞出来的在时间中往回运动的粒子。当它到达虚粒子反粒子对一道出现的那一点，它被引力场散射成从黑洞逃脱的在时间中向前运动的粒子。相反地，如果是虚对中的粒子成员落入黑洞，人们可以把它认为是从黑洞出来的在时间中往回运动的反粒子。这样，黑洞辐射表明，量子理论在微观尺度上允许在时间中的往回运动，而且这种时间旅行能产生可观测的效应。

如果称作时序防卫猜测成立的话，这些问题便可以避免。它是讲，物理学定律防止宏观物体将信息传递到过去。它正如宇宙监督猜测一样，还未被证明，但是有理由相信它是成立的。 相信时序防卫有效的原因是，当时空被卷曲得可以旅行到过去时，在时空中的闭圈上运动的虚粒子，在时间前进的方向以等于或者低于光速的速度运动时，就会变成实粒子。由于这些粒子可以任意多次地绕着圈子运动，它们通过路途中的每一点许多次。这样，它们的能量被一次又一次地计算，使能量密度变得非常大。这也许赋予时空以正的曲率，因而不允许旅行到过去。这些粒子引起正的还是负的曲率，或者由某种虚粒子产生的曲率是否被别种粒子产生的抵消，仍然不清楚。这样，时间旅行的可能性仍然未决。

1

2