時間旅行的概念既科幻又現(xiàn)實，普通人初次接觸時間旅行的概念來源于科幻電影，這種超現(xiàn)實般的想象確也出自于理論。

本篇文章將系統(tǒng)性闡述時間旅行的可能性與面臨的問題。

在17世紀之前，時間旅行的概念僅僅停留在詩和遠方的文學想象中，伽利略和牛頓之后，時間旅行直接被科學否定。在絕對流逝的時間觀所統(tǒng)治的時代，穿越時空是毫無希望的幻想。

當科學發(fā)展到20世紀，時間旅行才在科學上找到扎實的理論基礎。從科學上講，時間旅行是可能的。沒有任何科學理論可以禁止時間旅行。

通過時間差可以讓我們穿越到未來嗎？

我先給出明確的答案，這是可以的。也是人類目前唯一理論上十分支持的做法。愛因斯坦的相對論告訴我們，時間是速度和重力的函數(shù)，這意味著我們可以操縱相對時間。

狹義相對論 告訴我們，時間是速度的函數(shù)。相對于低速運動的參照物，高速運動的任何事物都會經(jīng)歷時間膨脹（也就是不同的時間流）。

無論你以何種速度行走，無論是在公園中漫步還是在太空飛船中飛馳而去。只要你越接近光速，時間膨脹的效果就越明顯。

如果你以無限逼近光速的速度行進，你的時間將減慢更多，以至于完全停止了。當然，愛因斯坦還告訴我們，我們永遠不可能達到光速。

但是我們可以換個角度思考一下，如果達到光速將發(fā)生什么？

光子就是很好的例子。光子以光速飛行，這意味著在其參照系中不存在時間。當它離開恒星經(jīng)過數(shù)億年的飛行來到地球被天文望遠鏡捕獲。

光子會立即撞擊到的望遠鏡的鏡片。從光子的角度來看。數(shù)億年的飛行壓根兒就沒有時間。10億年也就是“一瞬間”（這一瞬間只是比喻，事實上就沒有時間流逝概念）。

所以在光子看來，我一出生直接就抵達地球了。而對于地球人來說，光子真辛苦，經(jīng)過了數(shù)億年的疲勞“駕駛”終于來到了地球。

以上只是狹義相對論對時間旅行的看法，從狹義相對論中，我們可以得出：在慣性系中，經(jīng)過加速到越快速度的物體相對于低速未加速的物體而言，前者的速度在后者看來是變慢的，這種變慢的程度取決于前者的速度。

1915年，愛因斯坦將力和非慣性性納入到相對論中，繼而提出廣義相對論。

廣義相對論告訴我們：時間還取決于事物離引力源的遠近，時空彎曲來自于質量和能量的分布。距離引力場越近的物體，其時間流逝地越慢，反之則越快。

結合狹義與廣義相對論。所有物體經(jīng)歷時間的流逝程度不僅僅取決于它們相對運動的速度，還在于它們與重力場源之間的距離遠近。

所以說，如果你經(jīng)常乘坐高鐵，的確要比不坐高鐵的人要年輕。雖然這種差別微乎其微，但理論的確是這樣。

GPS衛(wèi)星在超高軌道運行中，由于遠離地球的引力場源，它們的流逝時間比地球上的時鐘快?？茖W家通過計算得出：由于引力場的作用，GPS衛(wèi)星的時間與地面相差38微秒，這是廣義相對論效應。

與此同時，GPS衛(wèi)星的飛行速度相對于地面要快，時間相對于地面卻要慢，這是狹義相對論效應。

事實上，狹義相對論效應帶來的時間變慢遠遠不及廣義相對論效應帶來的時間變快那么顯著。所以GPS衛(wèi)星的時間校對主要應用了廣義相對論。GPS就是引導我們到未來的啟發(fā)，如果我們站在黑洞視界外的強引力場中，那么相對于地球時間來說，宇航員就可以快速地回到未來，但是這種未來必須要返回到地球后才能感知到。

我們能回到過去嗎？

僅僅以物理學角度分析，時間膨脹只能將我們送到未來，而不能送回到過去。

但是我們也可以拋棄物理學限制，僅從數(shù)學的角度探討這一問題。時間膨脹的顯著程度在于速度接近光速的程度！從自然上講，有靜止質量的物體速度不能超過光速。

但是我們是否要在方程式中保持“ 其他所有條件都一樣 ”，并且僅將速度提高到可能的范圍內(nèi)（快于光速）？那么“時間”將因此變成負數(shù)。

“負時間”是什么概念？目前暫無定論。有些人將其解釋為“時光倒流”，而另一些人則將其視為荒謬。

僅僅參考時間膨脹公式t=t0/（1-v2/c2）?，我們明顯可以看出速度v大于光速c時，得出的結果就是負時間，而這僅是數(shù)學上的推測。

引力場方程還有另一個解—蟲洞。蟲洞是支持穿越到過去的。不過蟲洞在愛因斯坦本人看來就是個數(shù)學伎倆，沒有對應的物理意義。

關于蟲洞的研究還在繼續(xù)，目前科學家推測出維持蟲洞大門的開啟需要負能量。而負能量卻是已被驗證的存在物。事實上，僅從相對論的角度來看，回到未來比回到過去簡單得多。

因為回到過去，勢必面臨一個棘手問題—外祖父悖論

假如我通過時光機回到過去，并殺死了童年時期的外祖父，那么就不會有我的媽媽，那么世界就更不會存在我。然而“不存在的我”又是怎么回去殺死我的外祖父的呢？

時間下游的人物通過穿越回到時間上游，必然會造成時間線上的因果律悖論。

但量子力學提供了一種解釋，可以防止“外祖父悖論”發(fā)生。

我們現(xiàn)在學習的量子力學是基于哥本哈根學派的研究。能量量子化在1900年被普朗克提出，這一論述標志著量子力學的建立，隨后愛因斯坦用量子化的概念解釋了光電效應。這時候量子力學才真正地站穩(wěn)了腳跟。

量子力學初期由普朗克和愛因斯坦等人開創(chuàng)。到了1910年，愛因斯坦和普朗克已黯然退出了量子力學領域。繼而取代的是以波爾為首的哥本哈根學派。

事實上，量子力學是對微觀世界的研究，現(xiàn)在我們默認的正統(tǒng)就是哥本哈根學派。但是還存在類似“多世界詮釋”的學派。

多世界詮釋和哥本哈根學派最大的分歧在于測量對粒子疊加狀態(tài)坍塌的解釋。

“ 多世界詮釋 ”認為，觀察行為導致的粒子疊加狀態(tài)坍塌只是平行宇宙的創(chuàng)造過程。對于我們世界中的每個動作，都會創(chuàng)建一個平行的世界，分裂出的平行宇宙會包含一個相反的結果。

按照量子力學的多世界詮釋，你的穿越行為只是回到了平行宇宙，你殺死的外祖父在平行宇宙中的確已經(jīng)死了，那個世界當然也不存在你了。但是平行宇宙里的結果絲毫不影響本宇宙的因果觀。

平行宇宙的引入就十分完美的解決了穿越引發(fā)的“外祖父悖論”。當然還有很多人堅持“如無必要，勿增實體”的觀念否定平行宇宙。

時間旅行的熱力學思考

熱力學第一定律（又稱能量守恒定律）：在封閉的系統(tǒng)中，能量不可能憑空產(chǎn)生或消失。

熱力學第二定律：在封閉系統(tǒng)中，隨著時間的推移，系統(tǒng)的熵不會減小

熱力學第三定律：絕對零度時，所有純物質的完美晶體的熵值為零

人們最常忽略的一個事實就是：所有熱力學定律都基于“ 封閉系統(tǒng)”。

如果系統(tǒng)開放，則可以引入外部影響，減少熵或提高溫度，并且不會違反定律。

我們可以把將來的時間視為另一個系統(tǒng)。把將來的時間和現(xiàn)在的時間結合兩個熱力學系統(tǒng)，那么時間旅行仍然不會違反熱力學的第一定律。

在這種情況下，你離開現(xiàn)在和過去，將完全不會影響系統(tǒng)中的總物質和能量。但是與熱力學第一定律不同，第二和第三定律在其定律中對時間的要求比較模糊。

穿越后熵會降低，溫度會升高，這樣看來穿越時空貌似違背了熱力學定律。

如果我們將過去和現(xiàn)在視為一個系統(tǒng)，那是否仍會違背熱力學定律？

答案就是：并不違背

第二和第三定律都使用了趨向、接近 的極限表述詞。如果將不同時間線的熱學系統(tǒng)合為一體，那么穿越本身并不會完全使熵和溫度隨著時間的流逝而受阻，因此穿越行為仍遵守熱力學定律。

為什么我要在穿越問題上引入熱力學呢？

因為熱力學定律是我們科學的基石。永動機的不可能在于違背熱力學定律，如果穿越時空也違背熱力學定律，那么將失去最大的理論默許。

事實上，穿越并不違背熱力學定律，從這點也佐證穿越時空是可行的，留下的問題或許就是工程學上的了。