時(shí)間旅行的概念既科幻又現(xiàn)實(shí)，普通人初次接觸時(shí)間旅行的概念來(lái)源于科幻電影，這種超現(xiàn)實(shí)般的想象確也出自于理論。

本篇文章將系統(tǒng)性闡述時(shí)間旅行的可能性與面臨的問(wèn)題。

在17世紀(jì)之前，時(shí)間旅行的概念僅僅停留在詩(shī)和遠(yuǎn)方的文學(xué)想象中，伽利略和牛頓之后，時(shí)間旅行直接被科學(xué)否定。在絕對(duì)流逝的時(shí)間觀所統(tǒng)治的時(shí)代，穿越時(shí)空是毫無(wú)希望的幻想。

當(dāng)科學(xué)發(fā)展到20世紀(jì)，時(shí)間旅行才在科學(xué)上找到扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。從科學(xué)上講，時(shí)間旅行是可能的。沒(méi)有任何科學(xué)理論可以禁止時(shí)間旅行。

通過(guò)時(shí)間差可以讓我們穿越到未來(lái)嗎？

我先給出明確的答案，這是可以的。也是人類(lèi)目前唯一理論上十分支持的做法。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論告訴我們，時(shí)間是速度和重力的函數(shù)，這意味著我們可以操縱相對(duì)時(shí)間。

狹義相對(duì)論 告訴我們，時(shí)間是速度的函數(shù)。相對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)的參照物，高速運(yùn)動(dòng)的任何事物都會(huì)經(jīng)歷時(shí)間膨脹（也就是不同的時(shí)間流）。

無(wú)論你以何種速度行走，無(wú)論是在公園中漫步還是在太空飛船中飛馳而去。只要你越接近光速，時(shí)間膨脹的效果就越明顯。

如果你以無(wú)限逼近光速的速度行進(jìn)，你的時(shí)間將減慢更多，以至于完全停止了。當(dāng)然，愛(ài)因斯坦還告訴我們，我們永遠(yuǎn)不可能達(dá)到光速。

但是我們可以換個(gè)角度思考一下，如果達(dá)到光速將發(fā)生什么？

光子就是很好的例子。光子以光速飛行，這意味著在其參照系中不存在時(shí)間。當(dāng)它離開(kāi)恒星經(jīng)過(guò)數(shù)億年的飛行來(lái)到地球被天文望遠(yuǎn)鏡捕獲。

光子會(huì)立即撞擊到的望遠(yuǎn)鏡的鏡片。從光子的角度來(lái)看。數(shù)億年的飛行壓根兒就沒(méi)有時(shí)間。10億年也就是“一瞬間”（這一瞬間只是比喻，事實(shí)上就沒(méi)有時(shí)間流逝概念）。

所以在光子看來(lái)，我一出生直接就抵達(dá)地球了。而對(duì)于地球人來(lái)說(shuō)，光子真辛苦，經(jīng)過(guò)了數(shù)億年的疲勞“駕駛”終于來(lái)到了地球。

以上只是狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)間旅行的看法，從狹義相對(duì)論中，我們可以得出：在慣性系中，經(jīng)過(guò)加速到越快速度的物體相對(duì)于低速未加速的物體而言，前者的速度在后者看來(lái)是變慢的，這種變慢的程度取決于前者的速度。

1915年，愛(ài)因斯坦將力和非慣性性納入到相對(duì)論中，繼而提出廣義相對(duì)論。

廣義相對(duì)論告訴我們：時(shí)間還取決于事物離引力源的遠(yuǎn)近，時(shí)空彎曲來(lái)自于質(zhì)量和能量的分布。距離引力場(chǎng)越近的物體，其時(shí)間流逝地越慢，反之則越快。

結(jié)合狹義與廣義相對(duì)論。所有物體經(jīng)歷時(shí)間的流逝程度不僅僅取決于它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度，還在于它們與重力場(chǎng)源之間的距離遠(yuǎn)近。

所以說(shuō)，如果你經(jīng)常乘坐高鐵，的確要比不坐高鐵的人要年輕。雖然這種差別微乎其微，但理論的確是這樣。

GPS衛(wèi)星在超高軌道運(yùn)行中，由于遠(yuǎn)離地球的引力場(chǎng)源，它們的流逝時(shí)間比地球上的時(shí)鐘快?？茖W(xué)家通過(guò)計(jì)算得出：由于引力場(chǎng)的作用，GPS衛(wèi)星的時(shí)間與地面相差38微秒，這是廣義相對(duì)論效應(yīng)。

與此同時(shí)，GPS衛(wèi)星的飛行速度相對(duì)于地面要快，時(shí)間相對(duì)于地面卻要慢，這是狹義相對(duì)論效應(yīng)。

事實(shí)上，狹義相對(duì)論效應(yīng)帶來(lái)的時(shí)間變慢遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及廣義相對(duì)論效應(yīng)帶來(lái)的時(shí)間變快那么顯著。所以GPS衛(wèi)星的時(shí)間校對(duì)主要應(yīng)用了廣義相對(duì)論。GPS就是引導(dǎo)我們到未來(lái)的啟發(fā)，如果我們站在黑洞視界外的強(qiáng)引力場(chǎng)中，那么相對(duì)于地球時(shí)間來(lái)說(shuō)，宇航員就可以快速地回到未來(lái)，但是這種未來(lái)必須要返回到地球后才能感知到。

我們能回到過(guò)去嗎？

僅僅以物理學(xué)角度分析，時(shí)間膨脹只能將我們送到未來(lái)，而不能送回到過(guò)去。

但是我們也可以拋棄物理學(xué)限制，僅從數(shù)學(xué)的角度探討這一問(wèn)題。時(shí)間膨脹的顯著程度在于速度接近光速的程度！從自然上講，有靜止質(zhì)量的物體速度不能超過(guò)光速。

但是我們是否要在方程式中保持“ 其他所有條件都一樣 ”，并且僅將速度提高到可能的范圍內(nèi)（快于光速）？那么“時(shí)間”將因此變成負(fù)數(shù)。

“負(fù)時(shí)間”是什么概念？目前暫無(wú)定論。有些人將其解釋為“時(shí)光倒流”，而另一些人則將其視為荒謬。

僅僅參考時(shí)間膨脹公式t=t0/（1-v2/c2）?，我們明顯可以看出速度v大于光速c時(shí)，得出的結(jié)果就是負(fù)時(shí)間，而這僅是數(shù)學(xué)上的推測(cè)。

引力場(chǎng)方程還有另一個(gè)解—蟲(chóng)洞。蟲(chóng)洞是支持穿越到過(guò)去的。不過(guò)蟲(chóng)洞在愛(ài)因斯坦本人看來(lái)就是個(gè)數(shù)學(xué)伎倆，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的物理意義。

關(guān)于蟲(chóng)洞的研究還在繼續(xù)，目前科學(xué)家推測(cè)出維持蟲(chóng)洞大門(mén)的開(kāi)啟需要負(fù)能量。而負(fù)能量卻是已被驗(yàn)證的存在物。事實(shí)上，僅從相對(duì)論的角度來(lái)看，回到未來(lái)比回到過(guò)去簡(jiǎn)單得多。

因?yàn)榛氐竭^(guò)去，勢(shì)必面臨一個(gè)棘手問(wèn)題—外祖父悖論

假如我通過(guò)時(shí)光機(jī)回到過(guò)去，并殺死了童年時(shí)期的外祖父，那么就不會(huì)有我的媽媽?zhuān)敲词澜缇透粫?huì)存在我。然而“不存在的我”又是怎么回去殺死我的外祖父的呢？

時(shí)間下游的人物通過(guò)穿越回到時(shí)間上游，必然會(huì)造成時(shí)間線上的因果律悖論。

但量子力學(xué)提供了一種解釋?zhuān)梢苑乐埂巴庾娓搞Ｕ摗卑l(fā)生。

我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的量子力學(xué)是基于哥本哈根學(xué)派的研究。能量量子化在1900年被普朗克提出，這一論述標(biāo)志著量子力學(xué)的建立，隨后愛(ài)因斯坦用量子化的概念解釋了光電效應(yīng)。這時(shí)候量子力學(xué)才真正地站穩(wěn)了腳跟。

量子力學(xué)初期由普朗克和愛(ài)因斯坦等人開(kāi)創(chuàng)。到了1910年，愛(ài)因斯坦和普朗克已黯然退出了量子力學(xué)領(lǐng)域。繼而取代的是以波爾為首的哥本哈根學(xué)派。

事實(shí)上，量子力學(xué)是對(duì)微觀世界的研究，現(xiàn)在我們默認(rèn)的正統(tǒng)就是哥本哈根學(xué)派。但是還存在類(lèi)似“多世界詮釋”的學(xué)派。

多世界詮釋和哥本哈根學(xué)派最大的分歧在于測(cè)量對(duì)粒子疊加狀態(tài)坍塌的解釋。

“ 多世界詮釋 ”認(rèn)為，觀察行為導(dǎo)致的粒子疊加狀態(tài)坍塌只是平行宇宙的創(chuàng)造過(guò)程。對(duì)于我們世界中的每個(gè)動(dòng)作，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)平行的世界，分裂出的平行宇宙會(huì)包含一個(gè)相反的結(jié)果。

按照量子力學(xué)的多世界詮釋?zhuān)愕拇┰叫袨橹皇腔氐搅似叫杏钪?，你殺死的外祖父在平行宇宙中的確已經(jīng)死了，那個(gè)世界當(dāng)然也不存在你了。但是平行宇宙里的結(jié)果絲毫不影響本宇宙的因果觀。

平行宇宙的引入就十分完美的解決了穿越引發(fā)的“外祖父悖論”。當(dāng)然還有很多人堅(jiān)持“如無(wú)必要，勿增實(shí)體”的觀念否定平行宇宙。

時(shí)間旅行的熱力學(xué)思考

熱力學(xué)第一定律（又稱(chēng)能量守恒定律）：在封閉的系統(tǒng)中，能量不可能憑空產(chǎn)生或消失。

熱力學(xué)第二定律：在封閉系統(tǒng)中，隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)的熵不會(huì)減小

熱力學(xué)第三定律：絕對(duì)零度時(shí)，所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零

人們最常忽略的一個(gè)事實(shí)就是：所有熱力學(xué)定律都基于“ 封閉系統(tǒng)”。

如果系統(tǒng)開(kāi)放，則可以引入外部影響，減少熵或提高溫度，并且不會(huì)違反定律。

我們可以把將來(lái)的時(shí)間視為另一個(gè)系統(tǒng)。把將來(lái)的時(shí)間和現(xiàn)在的時(shí)間結(jié)合兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，那么時(shí)間旅行仍然不會(huì)違反熱力學(xué)的第一定律。

在這種情況下，你離開(kāi)現(xiàn)在和過(guò)去，將完全不會(huì)影響系統(tǒng)中的總物質(zhì)和能量。但是與熱力學(xué)第一定律不同，第二和第三定律在其定律中對(duì)時(shí)間的要求比較模糊。

穿越后熵會(huì)降低，溫度會(huì)升高，這樣看來(lái)穿越時(shí)空貌似違背了熱力學(xué)定律。

如果我們將過(guò)去和現(xiàn)在視為一個(gè)系統(tǒng)，那是否仍會(huì)違背熱力學(xué)定律？

答案就是：并不違背

第二和第三定律都使用了趨向、接近 的極限表述詞。如果將不同時(shí)間線的熱學(xué)系統(tǒng)合為一體，那么穿越本身并不會(huì)完全使熵和溫度隨著時(shí)間的流逝而受阻，因此穿越行為仍遵守?zé)崃W(xué)定律。

為什么我要在穿越問(wèn)題上引入熱力學(xué)呢？

因?yàn)闊崃W(xué)定律是我們科學(xué)的基石。永動(dòng)機(jī)的不可能在于違背熱力學(xué)定律，如果穿越時(shí)空也違背熱力學(xué)定律，那么將失去最大的理論默許。

事實(shí)上，穿越并不違背熱力學(xué)定律，從這點(diǎn)也佐證穿越時(shí)空是可行的，留下的問(wèn)題或許就是工程學(xué)上的了。