讲真，时空旅行是科学事实还是科学幻想？

肥牛于田揖

时空旅行的概念既科幻又现实，普通人初次接触时空旅行的概念来源于科幻电影，这种超现实般的想象确也出自于理论。

本篇文章将系统性阐述时空旅行的可能性与面临的问题。

在17世纪之前，时空旅行的概念仅仅停留在诗和远方的文学想象中，伽利略和牛顿之后，时空旅行直接被科学否定。在绝对流逝的时间观所统治的时代，穿越空间是毫无希望的幻想。

当科学发展到20世纪，时空旅行才在科学上找到扎实的理论基础。从科学上讲，时空旅行是可能的。没有任何科学理论可以禁止时空旅行。

通过时间差可以让我们穿越到未来吗？

我先给出明确的答案，这是可以的。也是人类目前唯一理论上十分支持的做法。爱因斯坦的相对论告诉我们，时间是速度和重力的函数，这意味着我们可以操纵相对时间。

狭义相对论 告诉我们，时间是速度的函数。相对于低速运动的参照物，高速运动的任何事物都会经历时间膨胀（也就是不同的时间流）。

无论你以何种速度行走，无论是在公园中漫步还是在太空飞船中飞驰而去。只要你越接近光速，时间膨胀的效果就越明显。

如果你以无限逼近光速的速度行进，你的时间将减慢更多，以至于完全停止了。当然，爱因斯坦还告诉我们，我们永远不可能达到光速。

但是我们可以换个角度思考一下，如果达到光速将发生什么？

光子就是很好的例子。光子以光速飞行，这意味着在其参照系中不存在时间。当它离开恒星经过数亿年的飞行来到地球被天文望远镜捕获。

光子会立即撞击到的望远镜的镜片。从光子的角度来看。数亿年的飞行压根儿就没有时间。10亿年也就是“一瞬间”（这一瞬间只是比喻，事实上就没有时间流逝概念）。

所以在光子看来，我一出生直接就抵达地球了。而对于地球人来说，光子真辛苦，经过了数亿年的疲劳“驾驶”终于来到了地球。

以上只是狭义相对论对时空旅行的看法，从狭义相对论中，我们可以得出：在惯性系中，经过加速到越快速度的物体相对于低速未加速的物体而言，前者的速度在后者看来是变慢的，这种变慢的程度取决于前者的速度。

1915年，爱因斯坦将力和非惯性性纳入到相对论中，继而提出广义相对论。

广义相对论告诉我们：时间还取决于事物离引力源的远近，时空弯曲来自于质量和能量的分布。距离引力场越近的物体，其时间流逝地越慢，反之则越快。

结合狭义与广义相对论。所有物体经历时间的流逝程度不仅仅取决于它们相对运动的速度，还在于它们与重力场源之间的距离远近。

所以说，如果你经常乘坐高铁，的确要比不坐高铁的人要年轻。虽然这种差别微乎其微，但理论的确是这样。

GPS卫星在超高轨道运行中，由于远离地球的引力场源，它们的流逝时间比地球上的时钟快。科学家通过计算得出：由于引力场的作用，GPS卫星的时间与地面相差38微秒，这是广义相对论效应。

与此同时，GPS卫星的飞行速度相对于地面要快，时间相对于地面却要慢，这是狭义相对论效应。

事实上，狭义相对论效应带来的时间变慢远远不及广义相对论效应带来的时间变快那么显著。所以GPS卫星的时间校对主要应用了广义相对论。GPS就是引导我们到未来的启发，如果我们站在黑洞视界外的强引力场中，那么相对于地球时间来说，宇航员就可以快速地回到未来，但是这种未来必须要返回到地球后才能感知到。

我们能回到过去吗？

仅仅以物理学角度分析，时间膨胀只能将我们送到未来，而不能送回到过去。

但是我们也可以抛弃物理学限制，仅从数学的角度探讨这一问题。时间膨胀的显著程度在于速度接近光速的程度！从自然上讲，有静止质量的物体速度不能超过光速。

但是我们是否要在方程式中保持“ 其他所有条件都一样 ”，并且仅将速度提高到可能的范围内（快于光速）？那么“时间”将因此变成负数。

“负时间”是什么概念？目前暂无定论。有些人将其解释为“时光倒流”，而另一些人则将其视为荒谬。

仅仅参考时间膨胀公式t=t0/（1-v?/c?）?，我们明显可以看出速度v大于光速c时，得出的结果就是负时间，而这仅是数学上的推测。

引力场方程还有另一个解—虫洞。虫洞是支持穿越到过去的。不过虫洞在爱因斯坦本人看来就是个数学伎俩，没有对应的物理意义。

关于虫洞的研究还在继续，目前科学家推测出维持虫洞大门的开启需要负能量。而负能量却是已被验证的存在物。事实上，仅从相对论的角度来看，回到未来比回到过去简单得多。

因为回到过去，势必面临一个棘手问题—外祖父悖论

假如我通过时光机回到过去，并杀死了童年时期的外祖父，那么就不会有我的妈妈，那么世界就更不会存在我。然而“不存在的我”又是怎么回去杀死我的外祖父的呢？

时间下游的人物通过穿越回到时间上游，必然会造成时间线上的因果律悖论。

但量子力学提供了一种解释，可以防止“外祖父悖论”发生。

我们现在学习的量子力学是基于哥本哈根学派的研究。能量量子化在1900年被普朗克提出，这一论述标志着量子力学的建立，随后爱因斯坦用量子化的概念解释了光电效应。这时候量子力学才真正地站稳了脚跟。

量子力学初期由普朗克和爱因斯坦等人开创。到了1910年，爱因斯坦和普朗克已黯然退出了量子力学领域。继而取代的是以波尔为首的哥本哈根学派。

事实上，量子力学是对微观世界的研究，现在我们默认的正统就是哥本哈根学派。但是还存在类似“多世界诠释”的学派。

多世界诠释和哥本哈根学派最大的分歧在于测量对粒子叠加状态坍塌的解释。

“ 多世界诠释 ”认为，观察行为导致的粒子叠加状态坍塌只是平行世界的创造过程。对于我们世界中的每个动作，都会创建一个平行的世界，分裂出的平行世界会包含一个相反的结果。

按照量子力学的多世界诠释，你的穿越行为只是回到了平行世界，你杀死的外祖父在平行世界中的确已经死了，那个世界当然也不存在你了。但是平行世界里的结果丝毫不影响本宇宙的因果观。

平行世界的引入就十分完美的解决了穿越引发的“外祖父悖论”。当然还有很多人坚持“如无必要，勿增实体”的观念否定平行世界。

时空旅行的热力学思考

热力学第一定律（又称能量守恒定律）：在封闭的系统中，能量不可能凭空产生或消失。

热力学第二定律：在封闭系统中，随着时间的推移，系统的熵不会减小

热力学第三定律：绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零

人们最常忽略的一个事实就是：所有热力学定律都基于“ 封闭系统”。

如果系统开放，则可以引入外部影响，减少熵或提高温度，并且不会违反定律。

我们可以把将来的时间视为另一个系统。把将来的时间和现在的时间结合两个热力学系统，那么时空旅行仍然不会违反热力学的第一定律。

在这种情况下，你离开现在和过去，将完全不会影响系统中的总物质和能量。但是与热力学第一定律不同，第二和第三定律在其定律中对时间的要求比较模糊。

穿越后熵会降低，温度会升高，这样看来穿越空间貌似违背了热力学定律。

如果我们将过去和现在视为一个系统，那是否仍会违背热力学定律？

答案就是：并不违背

第二和第三定律都使用了趋向、接近 的极限表述词。如果将不同时间线的热学系统合为一体，那么穿越本身并不会完全使熵和温度随着时间的流逝而受阻，因此穿越行为仍遵守热力学定律。

为什么我要在穿越问题上引入热力学呢？

因为热力学定律是我们科学的基石。永动机的不可能在于违背热力学定律，如果穿越空间也违背热力学定律，那么将失去最大的理论默许。

事实上，穿越并不违背热力学定律，从这点也佐证穿越空间是可行的，留下的问题或许就是工程学上的了。

原文地址：今日头条

Abby_guguk

真希望穿越回到过去，再见到亲人，拥抱他们。不要他们离去。