当没有恼人的悖论时，时间旅行会是什么样的？

发表于 4年以前 | 总阅读数：460 次

在了解他们工作的细节之前，让我们谈谈时间旅行在理论物理学中意味着什么。在广义相对论中，并没有代表宇宙时间或年龄的大型宇宙时钟。时间不是绝对的，而是相对的。一个物体的时间流动速率取决于它相对于另一个物体的运动方式。我们每个人对时间的体验都是独一无二的。这意味着一个物体的位置，是由它在空间和时间上的位置来定义的。这就是为什么时间有时被称为第四维度，尽管我们不能从字面上理解这个概念，但四维空间的确是一种很好的想象时空的方式。

当你在空间中移动时，你其实也在时间中移动。在物理学中，这意味着我们可以在时空中画一条线，代表你在时空中的路径或运动。这就是所谓的“类时曲线”。从诞生到死亡，你的整个生命都可以像单行线一样进行追溯。这在狭义相对论中很简单，但在广义相对论中，事情变得复杂了。在相对论中，引力是由时空的扭曲引起的。正如美国理论物理学家约翰·惠勒曾经说过的：物质告诉时空如何弯曲，而时空告诉物质如何移动。由于引力的作用，你的类时曲线既可以弯曲，也可以扭曲。

正常类时曲线与封闭类时曲线的路径比较

因此，如果你可以弯曲类时曲线，使其形成一个闭环，这就是一个封闭类时曲线（closed timelike curve，简称CTV）。这将意味着无论如何，你的人生道路和生活选择都将不可避免地将你带回出生的地方和时间。恭喜你，你以某种方式回到了过去。在理论物理学中，如果时间旅行是可能的，那么创造一个封闭类时曲线也是可能的。

实际上，广义相对论允许封闭类时曲线的存在。1949年，数学及逻辑学家库尔特·哥德尔设计了一个具有封闭类时曲线的旋转宇宙，并且是完全被相对论允许的。尽管我们并不生活在哥德尔的宇宙中，但后来的研究显示了封闭类时曲线会如何在我们的宇宙中被创造出来。从粒子物理学和量子理论的某些方面来说，时间旅行是不可能的。但是就广义相对论而言，时间机器还是有可能制造出来的。

那么，就让我们假设可以制造一个这样的时间机器。现在有一个矛盾的问题是，假设有人回到1955年，阻止他爸爸邀请妈妈去参加舞会。他们没有初吻，没有恋爱，没有结婚，这意味着这个人永远不会出生。但如果他没有出生，就不能拆散他的父母，那这不就意味着他出生了？好吧，电影《回到未来》（Back to the Future）里的情节只是祖父悖论的一个例子。由于时间旅行允许你打乱你旅行的原因，因此并没有你可以遵循的一致时间线。

解决这一矛盾的方法之一，便是假设一系列的事件总是能够防止悖论的发生。科幻作家拉里·尼文称其为“历史守恒定律”；但在物理学中，这被称为“诺维科夫自洽性原则”（Novikov self-consistency principle），以俄罗斯物理学家伊戈尔·德米特里耶维奇·诺维科夫的名字命名。他的这一原则表明，在任何情况下，你总是可以定义一个无悖论的解决方案。该原则的一个奇怪结果是，你可以通过某种方式，产生一种自我导致的效应。例如，你可以回到过去把你的父母介绍给对方；而如果你没有回到过去，你就永远也不会出生，但你回去了，所以现在就有了你。

虽然自洽性原则确实解决了这个悖论，但很多人不喜欢它，因为这意味着你无法改变你的想法，过去的一切都已经刻确定下来。你出生了，所以你必须回到过去，介绍你的父母相识；你不能改变主意，决定不回去。你的未来，就和你的过去一样，都已经确定下来。自由意志就只有这些。

但是，自由意志是一种幻觉，对吧？毕竟，我们的大脑和身体和行星、恒星一样，都是由相同的物质构成的，都遵循同样的物理法则。我们所拥有的自由意志并不比一个扔出去的球更多。我们生活的故事不是我们每天写的日记，而是一本早在你出生之前就被宇宙的物理法则约束并提前印好的书。尽管这可能是真的，但时间旅行甚至可能会阻止选择错觉，这看起来很奇怪。考虑到人类的本性，一些时间旅行者肯定会试图创造一个悖论，来看看会发生什么。

于是便有了这篇新论文。澳大利亚昆士兰大学的杰慢·托尔巴和法比奥·科斯塔并没有着眼于时间旅行的物理学，而是探索时间旅行在数学上的一致性。他们研究了我们是否可以在拥有一个封闭类时曲线的同时，仍然拥有复杂的动力学。换句话说，你能回到过去，但至少拥有自由意志的幻觉。他们发现，你可以做到这一点，但需要以一种令人惊讶的方式。

封闭类时曲线具有多种解决方案

他们发现封闭类时曲线允许复杂系统的存在，因为时间闭环的约束不能唯一地定义单个路径。相反，有多种方式可以组成封闭类时曲线。因此，时间旅行者总会有很多选择。如果你出生是因为“未来的你”为你的父母安排了一次约会，那你就会出生；但你也可以自由选择生活中的其他事情。也许你回到了自己50多岁的时候，而不是20多岁的时候。也许你试图把你的父母分开，但失败了。各种各样的事情都可能发生。关键在于，你必须使这个曲线闭合，同时自由地做出其他选择。即使时间旅行存在，也不会扼杀自由意志。

当然，这项工作并不能证明我们有可能时间旅行，而只能证明时间旅行是动态一致的。如果你发现自己回到了过去，那你可以放心，你的人生故事还没有结束。（任天）