什么样的时空旅行可行？什么样的不可行？

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关于时空旅行问题、闭合历史假设、信息悖论。

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关于时间旅行的不可行性报告

by新子星      也就是本人


本人认为时间旅行是不能够成立的命题，并且其严格程度无可比拟。
不仅仅进行时间旅行不可以，而且对时间进行扰动也是被严格禁止的。
我做出这一论断是基于时间旅行问题本身的以下几点矛盾，这是所有涉及时间旅行问题的文学影视作品无法逾越的障碍。
一是自由意志问题，它导致了祖母悖论，命定悖论等一系列悖论
二是有关热力学第二定律的背反，闭合逻辑的信息悖论与它有关。
三是时序防卫猜测，这是我提出时间旅行问题不可行性报告的最主要依据。
其他比如时空的拓扑不变性一类的问题在此忽略不计。

本文只考虑非平行宇宙的时间旅行。因为平行宇宙本来就跟时间旅行不是一类概念。
报告一：热身
关于类空时间旅行与类时时间旅行的区别。

通常意义上的时间旅行都是类时的。类时这个概念指的是时间旅行的目标事件位于旅行者穿越之时本身的过去光锥之内，该区域是类时的，故该区域内的一切行为都将影响旅行者进行穿越本身这个行为。正因为如此，才会造成一系列的逻辑悖论。著名的祖母悖论即是如此。然而这并不意味着类空时间旅行就是被允许的。

类空的时间旅行即目标事件位于旅行者穿越之时本身的过去光锥之外的过去区域，该区域是类空区域之一，故不会影响旅行者进行穿越这一行为。貌似是被允许的。然而由于其区域类空，在相对论中是被禁止的。


于是乎时间旅行的困境就出来了：类空的旅行被禁止，类时的旅行不被禁止，但是会导致悖论，在这个意义上仍是被禁止的。
也许有的人会问我：那类光旅行呢？
我对于这个问题的答案是：类光运动时，相对于类时客体，所经历的时间为0。因此目标事件在类光线上的事件，按最简单的逻辑来讲，应该与出发点无异。因而，时间旅行仍未发生。故该旅行不列入考虑。

对于类空旅行，由于存在光速壁垒，实质上是不允许发生的。
也许有人会问，如果是虫洞呢？
我的回答是，爱因斯坦罗森桥本身通道极其狭窄，甚至粒子都难以说可以通过，故不列入考虑范围。
其实还有另一个因素：那就是类空位置不是旅行者自身的过去范畴，因而，类空旅行从定义上讲，就不是时间旅行。
因此，足够强的时间旅行这一概念应当是指类时的时间旅行
报告二：
关于自由意志与类时时间旅行的报告


自由意志是在这一问题中是指，时间旅行者（或时空干涉者）具有的可以对已经发生的时间历史进行更改的可行性。而这样的定义本身就是矛盾的。首先时间旅行者对于时间旅行者本身记忆中所发生的事进行更改的话，自己本身的记忆就不应该存在，也就不能发生进行更改这件事。
时间旅行者或时间干涉者的自由意志这一概念是自矛盾的，故引入这一概念的时间旅行，自然也是自矛盾的，因而出现了诸如祖母悖论等的一系列悖论。
于是便有人提出了闭合历史——这一貌似可以解决悖论的假设：即历史是闭合的，时间旅行者本身的行为，导致了时间旅行者记忆中事件的发生。逻辑上形成了一个闭合的圈环。
表达时间旅行者形成闭合历史这一概念最强烈的莫过于《前目的地》这一作品。
而表现时间干涉者造成闭合历史这一概念的一个鲜明例子便是《星际穿越》。
不过我要说的是在类时旅行中，人具有自由意志这一假定从未在该类作品中被排除过。即便形成了闭合的圈，也是时空当事者（以后用它作为时间旅行者和时空干涉者的统称）自己的意志。因而尽管是个完满的故事，却不是一个逻辑自洽的故事。因为导致矛盾的根本——自矛盾概念——自由意志依旧存在。
除了逻辑问题，闭合历史最大的难点在于与物理学相悖，这在下一个报告中将会着重阐释。
一种强的闭合历史假设，认为时间当事者的行为是被注定的，因为那已经是历史的一部分了。即完全的否定自由意志在时间干涉中的存在，取而代之以宿命论的假定。
众所周知，宿命论的存在，将使大多数人感到不安，因为你要做什么都是注定好的。然而这种假定在时间旅者身上，则是一个能够避开悖论的唯一途径。
其唯一性在于闭合历史假设是唯一可能不触发悖论的假定，而闭合历史只有剔除自矛盾概念——自由意志——才能真正避开矛盾。
虽然逻辑上的问题可以被消弭——不过在我看来是否真正被消弭了依然存疑，比如时间旅行者不经意间留在过去的一件衣服、一粒灰尘、甚至一颗粒子，也许都将导致我们思维中无法察觉的悖论——如上所述，闭合历史最大的问题在于与物理学相悖。
未来人悖论是指，如果时间旅行可行，那么为什么我们没有看到未来的人在生活中出现呢？
这个悖论的逻辑跟费米悖论如出一辙，然而并不像费米悖论一样让人捉摸不透。
未来人悖论是作为否定时间旅行可行性的依据之一，然而这个依据并不充分，原因有二：
第一点：没有未来人造访并不能证明他们就不存在，这是一个最基本的逻辑学问题。
第二点：有一些假设认为，时间旅行只能发生在时间旅行机器诞生之后，其依据在于，时间旅行应该是双向的通道（然而，这一点也未可知，就虫洞而言，并不一定就是双向的，也许一边是黑洞，一边是白洞），两边必须同时打开通道，因而，只有时间旅行机器存在，才能发生时间旅行）
报告三：
关于闭合历史与热力学第二定律的违反的报告


众所周知，热力学第二定律（熵增原理）描述了宏观系统的时间方向性，大意是指一个封闭的宏观系统，总是向着无序度更高也就是熵更大的方向运动。这里的熵的概念与系统所处的微观状态数目有关。微观状态数越多，熵越大。其关系是


因而熵增原理实质指明了宏观系统微观状态数目随时间的变化，并同时指明，这种变化是不可逆的。
一个鲜明的例子就是覆水难收。
该定律鲜明的给出了热力学时间箭头，阻止了可能的时间旅行。

那么大概唯一可以想到的方式，就是虫洞了吧。
（大概有人会问了，你不是说虫洞旅行不可行么？并以此排除了类空旅行。
我的回答是这样的，排除类空旅行的主要原因在于与时间旅行的概念不相符，而非虫洞问题，前面的时候，我放错了重点）
这里假设虫洞旅行是允许的，我们看看会发生什么
对于闭合历史假设，里边一个巨大的漏洞在于，任何时间旅行者（注：这里不是时间当事者），以宿命论条件下的闭合历史方式回到过去，不论从何种角度讲，必然会在过去留下至少一个粒子。
没有留下粒子的可能性存不存在？我的回答是：不能，因为回到过去，时间旅行者的呼吸、皮屑、摩擦等一系列细微动作都会导致无数的微观粒子滞留在过去。
比方说，某人带着一枚钻戒进行了前往过去的时间旅行，在旅行中，钻戒磨损了一层原子。
这一层原子便滞留在过去的时空中，不能与时间旅行者一起形成闭合历史的循环中
即如图



那么带回来的物质便减少了，留在过去的物质便增多了。进而可以扩展到过去与现在之间发生了物质交换。
而这将违反热力学第二定律。熵并不一定会增加了。
除此之外闭合历史还有所谓的信息悖论，其中阿西莫夫的《永恒的终结》一书便是这一悖论中最鲜明的代表。
信息悖论指的是如下的情形：
假定一个人回到过去，交给了过去的某人一个设计图，该设计图就是时间旅行的样机图纸，并由此产生了时间旅行。
经过细细思索的人都会发现，在这个怪圈里，有一样东西是循环产生的，这东西就是那份图纸，简而言之是一份信息。这个信息在这个圈子里没有源头。从逻辑上讲，这种东西便是不能存在的。
也就是说，产生了不可能出现的信息，信息本身导致了信息本身的产生——自身存在以自身存在为先决条件——无论如何这种怪圈是走不出来的循环。
除了逻辑上的悖论，对于热力学第二定律的违反也可以看的一清二楚：出现了不存在的信息，也就是说热力学第二定律失效了，过去的空间中熵凭空减小了。
综上所述，闭合历史假设在信息上违反了第二定律，故其成立的可能性应当为零。
报告四：
关于时序防卫与时间旅行或时间干涉的不可行性


时序防卫是一个关于时间旅行未能发生的理论猜测，即作为未来人悖论的一个可能的解。
其意义是：任何妄图进行时间旅行的行为，都将使得至少一个粒子（或虚粒子）在时间旅行通道内被循环计数，以至于，该通道内的总能量将变成正无穷（或负无穷）。因而使得时间旅行本身不可能发生。




上图是该理论的一个示意图，一个粒子通过通道（这里用通道代指一切类似虫洞的时间旅行方式）进行时间旅行，在通道中被循环计数。
大概会有人问，粒子（或虚粒子）一定会被循环计数么？
我的答案是：一定。原因在于费恩曼历史求和，或者称为路径积分。
像前边所述，目标事件位于出发点的过去光锥之内，即出发点位于目标事件的未来光锥之内，因而对粒子的运动进行计算的时候，必然需要计及该粒子从时间旅行通道内通过的可能性，否则计算将是不完整的。而这样一来，就会导致该可能性被无限次重复计数，最终使得从通道内穿越的概率成为无穷。。。
故粒子一定会被重复计数。
那么被重复计数就一定会导致无法通过么?换言之，通道内能量正无穷或负无穷一定会导致无法通过么？
我想答案是肯定的。正无穷的能量不必说，按照霍金《时间简史》一书中开玩笑的说法，是进入通道的飞船，将被时空的闪电击中。负无穷的能量，大概会使进入通道的物质迅速湮灭吧。
由此可见，时序防卫如若成立，将严格的避免一切时间旅行的可行性。
如上，我已经阐述了关于时序防卫引起的时间旅行的不可行性，现在我要说的是时序防卫引起的时间干涉的不可行性。
时间干涉在这个命题里被定义为时间当事者不以回到过去为目的，而仅仅是通过某一途径触发过去的事件的发生。就如在《星际穿越》中库珀所做的事。
然而，时序防卫仍然对这个概念相当的排斥。理由如下：
1.任何对历史进行干涉的可能行为，必须通过一定的物理性接触来实现，在《星际穿越》中，则是引力波，或是引力子。
2.对于任何可能的物理性接触，必然涉及时序防卫的粒子重复计数问题。其被重复计数的位置，就是干涉点。
3.被重复计数的粒子无论是具有正能量还是负能量，都将导致无穷大。
现今的物理学里一直有一个隐含的假设或者说公理，那就是自然界不存在可观测到的无穷大。就是因为如此，理论界才要想方设法避开奇点，对于量子场论中则使用重整化方法避开无穷大。这个隐含假设，就跟能动量守恒定律一样，是物理学的基本。
故导致无穷大的计算是非物理的，不可行的。即时序防卫成立的前提下，时间干涉仍是不可行的。
报告五：
关于一些概念的阐述

1.类空、类光、类时的概念
这三个概念，是相对论中的概念。作图时将空间压缩到二维，以时间为纵轴，以光速为界限，可以做出一对圆锥面，这对圆锥面就叫光锥。如图：


沿着时间的光锥称为未来光锥，向着过去的光锥称为过去光锥。在光锥内部的区域被称作“类时的”，在光锥外部的区域被称作“类空的”。而光锥面上的区域被称作“类光的”。
所以本人所述的类时旅行和类空旅行便是源自于此。

2.关于相对论中的闭合类时曲线。
闭合类时曲线，closedtimelike curve, 简称CTC
闭合类时曲线这种可能性是由WillemJacob van Stockum于1937年以及库尔特·哥德尔（Kurt Gödel）于1949年开启研究风潮。若CTC存在，则似乎隐射时间机器理论上可行，如此也引出了祖父悖论（grandfather paradox）的梦靥。
由于广义相对论中的洛伦兹流形中允许存在一类封闭的类时曲线，该种曲线上一个单独的粒子可以沿着一个时空中的圈环运动，这个运动轨迹是一条特殊的世界线，线上过去也是将来。它被称为闭合类时曲线。所有关于时间旅行的理论研究，大都与之有关。该类闭合曲线便是闭合历史假设在相对论中的体现。
【前面没有提到它，这里让大家涨涨姿势】
3.关于量子物理中的时间旅行问题
量子力学的公式并不区分正能量、正方向时间与负能量、负方向时间这两种粒子态。
简而言之，正能量正时间方向的粒子运动是我们通常所观测到的，而负能量、负时间方向的运动则是未曾观测到的，量子物理中将其解释为反粒子在正时间方向中运动。
【注：这里做了简化，不要认为这是真实图像】
即量子物理貌似并不禁止时间逆向流动。
除此之外，量子物理中貌似还允许微观粒子在测不准的时间间隔内进行时间旅行。本人对于这个问题了解不多，也许是我记错了也说不定。


4.关于时间箭头。
热力学第二定律所定义的热力学时间箭头只是时间箭头中的一种。
所有不可逆的现象从概念上讲，都能定义时间箭头。
宇宙学时间箭头是指宇宙从大爆炸以来不断膨胀的时间箭头。
还有关于量子力学的时间箭头，那就是波函数坍缩的时间箭头，该箭头指明了量子过程在与宏观世界相互作用后产生的不可逆性，可以定义为量子力学时间箭头。
关于本篇报告的总结


本文从概念上排除了平行宇宙与类空旅行的讨论，二者在本文中不具有时间旅行的意义。故本文中所论的皆为类时时间旅行。
第二篇报告从逻辑上阐明了自由意志在时间旅行问题中的矛盾性，并指出为了可以进行时间旅行、时间干涉，时间当事者的行为必须是宿命论的，即剔除了自由意志概念的。
同时阐述了闭合历史假设是唯一可能不触发悖论的时间旅行假设。
第三篇报告从热力学第二定律的角度，从两个方面——一是过去的粒子残留问题、二是不可能性信息的产生问题——否定了宏观物理上进行闭合时间旅行的可能性。
第四篇报告从时序防卫猜测的角度，阐明了如若时序防卫成立，则未来人悖论则是可解的。即时序防卫猜测与时间旅行或时间干涉直接相抵触。
综上所述：拥有自由意志的时间旅行是逻辑上不允许的，宏观上的类时时间旅行是物理上不允许的，微观上的类时时间旅行则也许可以由时序防卫来禁止。
本人对于时序防卫猜测持极大地支持态度。因为没有迹象表明该猜测不成立，而时间旅行则从未被观测到。
故本人的观点是，时间旅行是严格不可行的。