時間旅行的的確確是可以實現的 不過首先你得有這個東西

時間旅行，可能性，無限的質量。來源： Babbel1196/Wikimedia Commons, CC BY-SA

時間旅行這個概念一直吸引著物理學家和普通人的想像力。但時間旅行真的是可能的嗎?當然是。我們現在就在時間旅行啊，不是嗎?我們都正在一秒鐘一秒鐘地進入未來。

但這和你想像的時間旅行有很大差別，我們能旅行到更遠的未來嗎?當然可以。如果我們能以接近光速的速度旅行，或者在黑洞附近旅行，時間就會變慢，這樣我們就能旅行到任意遙遠的未來。但真正有趣的問題是，我們可以回到過去嗎?

我是馬薩諸塞州大學達特茅斯分校(University of Massachusetts, Dartmouth)的物理學教授，在我7歲的時候我第一次聽說時間旅行，那時候我還是從卡爾·薩根(Carl Sagan)在1980年的一集經典電視劇《宇宙》(Cosmos)里第一次接觸了這個概念。我當時就決定，有一天，我要對時間旅行背後的理論進行深入研究，這個理論就是愛因斯坦的相對論。20年後，我獲得了該領域的博士學位，從那時起，我一直是該理論領域的積極研究者。

現在，我的一個博士生剛剛在《經典與量子引力》雜誌上發表了一篇論文，描述了如何用一個非常簡單的結構來構建一個時間機器。

閉合類時曲線

愛因斯坦的廣義相對論允許時間扭曲到非常高的程度，以至於時間扭曲到自我摺疊，從而形成一個時間循環。想像一下，你沿著這個循環旅行;這意味著，在某一時刻，你會出現在過去的某一刻，並重新開始經歷那一刻之後的同樣的時刻——這有點像似曾相識的感覺，只不過你自己不會意識到。這種結構在研究文獻中通常被稱為「閉合類時曲線」(closed time-like curves)或CTC，通俗點就通常被稱為「時間機器」。時間機器是有效超光速旅行計劃的副產品，通過理解它們可以提高我們對宇宙運行方式的理解。

這裡我們看到一個時間循環。綠色表示的是通過蟲洞的捷徑，紅色表示的是通過正常空間的長路。由於綠色路徑上的旅行時間與紅色路徑所花費的旅行時間相比可能少得多，所以蟲洞賦予了時間旅行可能性。來源：Panzi, CC BY-SA

在過去的幾十年里，像基普·索恩和斯蒂芬·霍金這樣的著名物理學家在與時間機器有關的模型上做出了開創性的工作。

此前的研究(包括索恩和霍金的研究)得出的一般結論是，大自然禁止時間循環。這一點在霍金的「時間保護猜想」中可能得到了最好的解釋。該猜想本質上是說，大自然不允許對其過去的歷史進行改變，因此我們得以被免去了時間旅行所導致的悖論。

在這些因穿越到過去而出現的悖論中，最著名的或許就是所謂的「祖父悖論」了，即一個旅行者回到過去並謀殺了自己的祖父。這在某種程度上改變了歷史進程，並且還出現了一個矛盾：這樣的話旅行者就不會出生，因此也不能存在。有很多電影和小說情節都基於時間旅行的悖論——也許其中最受歡迎的是《回到未來》和《土撥鼠日》。

外來物質

根據細節的不同，不同的物理現象可能會介入，以防止閉合類時曲線在物理系統中發展。最常見的是對一種特殊類型的「外來」物質的需求，這種物質必須要存在才能使時間循環成立。廣義地說，這種「外來」的物質是質量為負的物質。問題是負質量的物質在自然界中並不存在。

麻州大學達特茅斯分校的博士生Caroline Mallary在《經典與量子引力》雜誌上發表了一種時間機器的新模型。這個新模型不需要任何負質量的外來材料，並提供了一個非常簡單的設計。

Mallary的模型由兩輛超長的汽車組成，這些汽車由非外來的材料建造，它們擁有質量，並且是平行停放的。一輛車快速前進，另一輛車繼續停著。Mallary能夠證明，在這樣的背景下，在兩輛車之間的空間中可以找到一個時間循環。

圖片展示了Mallary的時間循環是如何工作的。當宇宙飛船進入時間循環時，它未來的自我也出現了，人們可以在之後的每一刻隨時追溯兩者的位置。這個圖片是從一個外部觀察者的角度拍攝的，這個觀察者正在觀察飛船進入和出現在時間循環中。

所以你能在你家後院做這個實驗嗎?

如果你懷疑有圈套的話，那麼你是對的。Mallary的模型要求每輛車的中心要有無限的密度。這意味著它們所包含的物體——被稱為奇點——會具有無限的密度、溫度和壓力。此外，與存在於黑洞中心的奇點不同(黑洞中的奇點完全無法從外部觀察)，Mallary模型中的奇點是完全裸露並且是可被觀察的，因此具有真正的物理效應。

物理學家也不指望自然界中會有如此奇特的物體存在。所以很不幸，時間機器不會在短時間內處出現。但這項研究也表明，物理學家們可能不得不重新改進一下他們的想法，為什麼閉合類時曲線在自然是不被允許的。

——Gaurav Khanna，馬薩諸塞州大學達特茅斯分校物理學教授

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