時間旅行是哲學(xué)和科幻小說中廣為人知的概念，但在現(xiàn)實生活中，時間旅行可能發(fā)生嗎？關(guān)于時間旅行，物理學(xué)能告訴我們什么？是否有可能穿越到過去或未來？

尼爾·德格拉塞·泰森解釋了時間的本質(zhì)和時間旅行的難題。

“某種程度上來說，我們現(xiàn)在正在時間旅行，我們只是在“過去”到“未來”的永恒過渡中碰巧成為了“現(xiàn)在”的囚徒。如果你的速度足夠快，實際上你可以飛躍時間，盡管相對論規(guī)定你的速度無法超越光速，但是時間對你來說，也會比你在地球上的所有摯愛都更慢。如果你的旅程很長，比方說你已經(jīng)離開了10年，而地球上其他人的年齡都已經(jīng)是100歲了，實際上你已經(jīng)進(jìn)入了“未來”，你旅行之前認(rèn)識的所有人現(xiàn)在都不在了。

但是如果你想回到過去，那就有點困難了。有些人已經(jīng)認(rèn)識到了嚴(yán)重扭曲空間的作用，即嚴(yán)重扭曲空間和時間結(jié)構(gòu)的影響。如果研究嚴(yán)重扭曲空間對時間流逝的影響，就會發(fā)現(xiàn)有一條路徑可以繞過兩個尚未完全碰撞的移動黑洞，在那里你可以回到旅程剛剛開始的過去。根據(jù)愛因斯坦廣義相對論的計算，時間旅行的倒退是由嚴(yán)重扭曲的空間和時間結(jié)構(gòu)造成的?！?/p>

通過一些物理理論，我們可以了解到什么是時間旅行以及它是如何工作的。

1905 年，阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)表了相對論的第一部分，稱為狹義相對論。狹義相對論表明，光粒子，即光子，以每秒大約30萬公里的恒定速度在真空中傳播。

無論是在真空中，還是從黑洞到我們周圍的整個空間中，這個速度都難以實現(xiàn)，也無法超越。

事實上，粒子現(xiàn)在可以被加速達(dá)到光速的99.9%。

之后他在1915年發(fā)表了另一篇論文，稱為廣義相對論。這些理論是所有物理學(xué)中最重要的理論之一。在愛因斯坦的廣義相對論下，引力扭曲空間和時間，使時間流逝變慢。

在愛因斯坦的狹義相對論中，時間變慢或加快取決于你相對于其他事物的移動速度。

因此，對于觀察者來說，在一個慣性參考系中，相對于他移動的時鐘被判定為比在參考系中靜止的時鐘走得要慢。

這種情況有時被稱為狹義相對論時間膨脹，時間膨脹也可以在有限意義上被視為是時間旅行到未來，相對速度越快，彼此之間的時間膨脹越大，一個人接近光速時，時間速度達(dá)到零。

科學(xué)家們做了一些實驗來證明這一點。例如，有一個實驗使用了設(shè)定在同樣時間的兩個時鐘，一個時鐘留在地球上，另一個時鐘放在飛機(jī)上沿著地球旋轉(zhuǎn)的方向前進(jìn)。飛機(jī)環(huán)繞世界飛行后，科學(xué)家們對兩個時鐘進(jìn)行了比較，快速移動的飛機(jī)上的時鐘比地面上的時鐘稍晚，因此飛機(jī)上的時鐘在時間上略微慢一些。

另一個著名的實驗是孿生子佯謬，尼爾·德格拉斯·泰森將這個實驗描述為一個假設(shè)的場景，用同卵雙胞胎來說明愛因斯坦的相對論。

“以牛頓運(yùn)動定律和萬有引力定律為例，如果出現(xiàn)一個高引力源，牛頓定律就會失效；如果移動速度非?？?，牛頓的方程式也會失效。但并不是說這樣就代表牛頓定律都被推翻了，它適用于所有其他情況。那么又該如何解釋這些特殊情況呢？

愛因斯坦提出了新的運(yùn)動定律即狹義相對論，和新的萬有引力定律即廣義相對論。愛因斯坦定律圍繞牛頓定律的適用性畫了一個更大的圈子。牛頓定律在這里適用，愛因斯坦定律在之外適用。但即使是愛因斯坦，也無法將我們帶到黑洞的中心，也就是宇宙開始時的奇點，我們現(xiàn)在知道其實他的理論也被推翻了。我們有完整的科學(xué)前沿以及頂尖人才，試圖將愛因斯坦定律擴(kuò)展到一個更大的體系，然后可以解釋宇宙中的一切。”

已經(jīng)有許多科學(xué)家提出了時間旅行理論來描述時間旅行是如何成為可能的。

物理學(xué)家米給爾·阿庫別瑞提出了一個愛因斯坦方程的理論解：如果可以創(chuàng)建一個低于真空的可配置能量密度場，這將使航天器能夠?qū)崿F(xiàn)明顯更快的夜間旅行。

航天器不是在局部參考系內(nèi)超過光速，而是通過收縮其前面的空間并擴(kuò)大其后面的空間來穿越距離，從而導(dǎo)致無效的超光速旅行。物體無法在正常時空中加速到光速，而是通過阿庫別瑞引擎驅(qū)動物體周圍的空間。這樣，物體就會更快地到達(dá)目的地，而光在正?？臻g中不會違反任何物理定律。

然而，阿庫別瑞引擎機(jī)制意味著負(fù)能量密度，因此需要違反已知物理定律的奇異物質(zhì)。

那是什么讓人們認(rèn)為時光倒流不可能在宇宙中發(fā)生呢？祖父悖論嗎？

這是一個眾所周知的時間旅行悖論，通過改變過去而出現(xiàn)矛盾，這個名字來自于悖論的描述，一個人穿越到過去，在自己的父親出生前把自己的祖父母殺死，這樣就阻止了時間旅行者的存在。

盡管有些關(guān)于如何進(jìn)入過去的建議，但你走的是一條軌跡，一條不與你自己相交的時空軌跡，所以你也不能真正意義上干涉自己的過去，且這需要巨大的能量來執(zhí)行。而我們還在從地下開采石油，幾乎沒有任何其他能源可以獲取。因此最簡單的方法就是用非?？斓乃俣仍跁r間上前進(jìn)，有多快呢，需要比我們制造過的任何硬件都快得多。

大多數(shù)時間旅行的研究都是基于經(jīng)典的廣義相對論，提出量子版本的時間旅行則需要物理學(xué)家在閉合類時曲線的存在下算出密度態(tài)的時間演化方程。

在愛因斯坦的理論中，閉合類時曲線是一種時空曲線，可以追溯到過去，但不能向前。1991 年，牛津大學(xué)的物理學(xué)家大衛(wèi)·多伊奇提出了一個時間演化方程建議，特別注意的是它如何解決祖父悖論和非決定論。

然而，某些人對他提出的祖父悖論的解決方案并不滿意，因為解決方案指出時間旅行者重新進(jìn)入另一個平行宇宙，并且實際的量子態(tài)是時間旅行者存在和不存在狀態(tài)的量子疊加。

另一個由俄羅斯物理學(xué)家在20世紀(jì)80年代中期提出的假說，表達(dá)了一種觀點，即如何在不產(chǎn)生悖論的情況下實現(xiàn)倒退的時間旅行。

根據(jù)這一假說，在閉合類時曲線中或附近的物理只能與普遍的物理定律相一致，因此只能發(fā)生自洽事件。時間旅行者過去所做的任何事情都必須始終是歷史的一部分，時間旅行者永遠(yuǎn)不能做任何事情來阻止時間旅行的發(fā)生， 。

雖然一些物理學(xué)家爭論時間旅行在哪里是可能的，但理論物理學(xué)家認(rèn)為，時間實際上是幻覺，我們的現(xiàn)實只是一個復(fù)雜的事件網(wǎng)絡(luò)，我們將過去、現(xiàn)在和未來的序列投射到其中。

整個宇宙都遵循量子力學(xué)和熱力學(xué)定律，時間由此而生。