时空旅行与时间悖论——关于时间虫洞的深入探讨

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时间自古在人们的思维认知里总是如溪流一样缓缓地不停向前流淌，一去不返，直到上世纪初一个科学理论完全颠覆了人们的认知，这个科学理论就是相对论。

爱因斯坦从迈克耳逊-莫雷实验得到的光速在各个方向上一致，并不受经典速度叠加影响的事实出发，推导出来洛伦兹变换，根据洛伦兹变换，时间和空间尺度都不是恒定不变的，时间居然是可以变快变慢的。根据实验结果推导出的洛伦兹变换公式，当物体运动越来越趋近于光速，时间会变得越来越慢，这样根据推论，当运动达到光速时，时间就停止了……那么问题来了，假如速度再快一点点，超越光速会怎么样？时间会倒流吗？

推理很合理，逻辑没毛病，但是爱因斯坦两手一摊“你另请高明吧，相对论不适合你”，因为狭义相对论已经推论出物体运动不能超光速，如果要强行讨论超光速，那么，相对论就不对了，不能用了……

因此，狭义相对论里实际上并不存在时间倒流问题，虽然理论本身不限制时间方向，但由于加入了光速的限制，这是相对论的基础公设，因此也就不可能产生时间倒流了。

普通物体运动的光速极限

那么文章可以结束了吗？不，我们还有广义相对论呢……

广义相对论就厉害了，由于时空会弯曲，会产生各种时间循环和时间穿越的时空结构，并且不同于狭义相对论，这些结构在理论上是允许的，也就是在广义相对论里，时间确实是可以倒流的……嗯，正确的表述应该是在广义相对论里确实可以逆时运动，也就是逆着时间箭头的方向运动。

但是广义相对论里时间倒流的方式太多了，一篇文章写不完，所以我只挑了其中的一种情况来讨论——时间虫洞。

虫洞

虫洞最早由弗拉姆从广义相对论引力场方程求得，后来由爱因斯坦和罗森重新得到并发扬光大，再后来由惠勒和他的学生继续研究，再再后来更多的人参与到虫洞的研究，各种各样的虫洞从理论里得到，但为了简化问题，我虚构了一个时间虫洞，也就是连接同一空间两个时间点的虫洞。虽然时空虫洞也可以实现时间穿越，但操作起来太烧脑了，我智商低，还是考虑单纯的时间虫洞吧………下面是脑洞时间，前方高能！

我们假设这样一个虫洞，它连接你的房间的现在和三天后，也就是说它的空间跨度为0，而时间跨度为3天的两个时空点。如果你从A口进去，就会去到3天后，如果3天后的你从B点进去，就会回到现在。那么这样会发生什么？会有两个我相遇吗？这显然不可能，为什么不可能我稍后详细说明。那么这样一个时间虫洞为什么不会导致两个我相遇呢？

首先这个虫洞需要是个稳定存在的虫洞，如果不是稳定存在，而是一闪即逝那我们就没什么好讨论的。然后它的时间跨度是恒定的，就是它始终是连接着相隔3天的两个空间点。基于这两点，我们可以获得这个虫洞的一些特性，这个虫洞应该是在空间上随时间位移的。也就是随着时间推移，这个虫洞会始终保持连结，并且始终保持相隔3天的时间距离。

所以，当这个虫洞出现在你面前时它的开口是通向3天前的还是通向3天后的就已经确定，如果你所处的开口是通向3天后的，那么你在洞口旁等上3天再进去，它依然是通往3天后的，也就是虫洞开始出现的6天后……你会发现这样悖论就不会出现了，因为你不会遇上从3天后的未来回来的你……

房间里的时间虫洞

请等等，我得先解释一下为什么会是这样的，我们拿时空虫洞来分析一下，比如《星际穿越》里的那个，它更像是一个空间虫洞，但一般情况下它应该是一个时空虫洞，当那个虫洞在50年前出现在土星旁以后，它就连接了土星旁与仙女星系的中心黑洞旁的时空，而它与土星的相对位置并不会因土星和太阳系公转而发生变化，也就是当土星公转，它会随之公转，当太阳系公转，它也随之公转，它的开口并不会在空间上发生相对位移，但它会随时间位移，这是从狭义相对论就能得出的，因为任何物体不能同时在空间上和时间上保持相对静止，因此既然虫洞在空间上相对不动，就必然在时间上漂移，不然随着时间推移它就只能一闪即逝了。也就是虫洞开口如果在空间上保持相对不变，是会随时间飘移的，但开口的性质不会变化，比如空间虫洞会始终连接着相距数250万光年的两个空间，而不会飘到别的空间去。因此只要你看见的虫洞出现时开口是到达3天后的，那么它就一直是通往3天后的。

星际穿越里跨越250万光年的虫洞

那么现在可以回到刚才虚构的时间虫洞了，在你面前出现的有可能是通往3天前的开口吗？我认为不可能，因为在广义相对论里，时空中只有一个你，你的世界线（你在时空中的运动轨迹）只有一条！而虫洞的两个开口在时空中是同时出现的，那么只有一个开口处会有你。而这个开口一定是通向3天后的，否则你的世界线就会出现分岔，3天前会出现两个你。

那么情况可能是这样的，当你进入通向3天后的时间虫洞的开口，你会在3天后的房间出现，那个房间并没有你，因为那个世界的你已经在3天前消失了，所以在那里你不会遇到自己。那如果你在三天后待上一天，再从三天后的虫洞进去会怎样呢？你会回到三天前的房间，也就是第一次进入虫洞的一天后（比如你第一次穿越是在6月1日，你穿越到3天后的6月4日，然后待了一天在6月5日进入虫洞就会返回到6月2日）。这个时候的世界里你在一天前就穿越了，所有并没有你，因此你同样不会遇到自己。这样似乎不会产生悖论。

然而，这种情况下是因为我们假设了只有你一个人，但是三天后的世界是真实的世界，它应该是有别人的，那如果你到了三天后的6月4日，然后找到你的姐姐，然后带着她一起进入虫洞会怎么样呢？她会跟着你回到三天前，然而三天前的世界你姐姐并没有穿越，因此那时也有你姐姐，结果两个姐姐在同一个时空相遇了……

带着姐姐一起穿越虫洞，悖论又产生了

这显然是不允许的，那问题出在哪里呢？我猜就出在我们前面定义的这个虫洞的性质上，我们假设了这个时间虫洞跟空间虫洞一样是双连通的，也就是能过去也能回来，这在空间上没毛病，但是一到时间上就不对了，因为现实中我们并不能在时间像在空间上一样前后移动，我们只能向一个方向移动，这就是大家常听说的时间箭头的方向。既然现实的时间只能朝一个方向，凭什么认为在时间虫洞里就能朝两个方向呢？

因此，当我们把时间的单向性加入到时间虫洞的性质里，问题就不存在了：你从6月1日进入虫洞，到了6月4日，然后带上你的姐姐进入虫洞，结果到了三天后的6月7日，这样任何人都不会产生两条世界线，任何人也不会遇上他（她）自己。

而且这样的虫洞同时避免了一个怪诞的情况：当你从6月1日进入虫洞到6月4日，在那里待上3天后进入虫洞回到6月4日后发现6月4日的虫洞开口反向了……因为你是从6月7日进入虫洞返回6月4日的，那虫洞的开口应该是通向未来的，然而你第一次从6月1日穿越到6月4日时，那虫洞开口应该是通向过去的，那6月4日的虫洞究竟是通向过去还是未来？……难道产生两个历史了？显然相对论不玩多历史那一套。而当加入了时间单向性，这样的问题就都不存在了。

但是时间的单向性并不是从相对论方程里得到的，相对论没有这项规定，那么我们在虫洞中强行加入时间单向性是否合理？时间单向性又是什么原因引起的？很显然这篇已经写不下了，我们以后有机会再来探讨吧。如果觉得文章还行，欢迎点击关注，我是星宇飘零2099。


本文选自：今日头条

nara0707

#这很科学# 老弟的文章越写越好了，学习一下。[呲牙][呲牙][呲牙]

pili3761

[捂脸]还等着看后一半呢。推送了你的文章。看看。
6.1->6.4，待到6.7，返回->6.4。
这里，既然为什么6.7后就能通过虫洞回到6.4。虫洞的开口变了？ 还是虫洞的时间是冻结在6.4了？不管你是6.1进还是6.7进，都是回到了6.4[泪奔]

philon

看的头晕[捂脸]

yinfeifei

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