1937年，范·斯托克霍姆發(fā)表了一篇論文，題目似乎乏味，名為《關(guān)于圍繞對稱軸旋轉(zhuǎn)的粒子分布的引力場》。雖然題目平凡，但它的本質(zhì)是革命性的，因為它表明愛因斯坦的方程允許時空中的閉合類時間曲線。
我們的世界線通常從過去延伸到未來，但閉合類時間曲線是一條自我回環(huán)的世界線，在以前的某一點與該線相交時形成一個閉環(huán)。
遵循這樣的世界線的人可以重新回到他們出生的那一刻，甚至可以拯救他們十幾歲時的自己免受車禍之苦。范·斯托克霍姆證明，至少在紙上，廣義相對論中沒有任何禁止倒退時間旅行的東西。
但乍一看，似乎將你未來的世界線彎曲成閉合類時間曲線需要你以超過光速的速度行進，即在被稱為你的光錐之外行進。如果你的世界線是你實際通過宇宙塊時的唯一路徑，那么你的光錐表示了你可能采取的所有路徑。
想象一下，你在空間中靜止不動，你的世界線沿著時間向前的直線運動，那么你未來可以去哪里呢？假設(shè)我們遵循特殊相對論，你受限于這樣一個事實，即沒有任何東西能夠以超過大約每秒300,000公里的速度行進。
從現(xiàn)在開始的一秒鐘內(nèi)，你不能離開你當前所在的位置超過300,000公里，但在兩秒鐘內(nèi)，你最多可以離開600,000公里，三秒鐘內(nèi)可以離開900,000公里。隨著時間的推移，你未來世界線允許存在的時空區(qū)域越大，這就是為什么它被稱為光錐。
錐形的邊緣代表了光束在時空的任意給定點離開起點的最遠距離，所以除非你能夠比光束更快地行進，否則你將被困在相同的光錐內(nèi)，這意味著為了將你的未來世界線環(huán)繞回到一個更早的點上，你必須離開你的光錐，換句話說，實現(xiàn)時間旅行到過去似乎是不可能的，除非你能夠以超光速移動。但是還有另一種方法可以實現(xiàn)。如果你不斷傾斜你的光錐，以至于你昨天的封閉時間曲線始終在其中，要做到這一點，你需要遭遇具有極高曲率的時空。
1974年，美國物理學家弗蘭克·蒂普勒研究了這種情況，具體是一個包含至少太陽質(zhì)量10倍的旋轉(zhuǎn)長軸的圓柱體會發(fā)生什么。他證明，沿著一個精確的螺旋軌跡繞過這個圓柱體將以某種方式扭曲你的局部時空，使你的光錐逐漸向后傾斜，由于你的世界線必須位于錐體內(nèi)的某個地方，你將被從現(xiàn)在運送到過去，參觀這個圓柱體，然后返回地球?qū)⑹鼓阍谑状坞x開之前到達目的地。
然而，為了解決這個問題，蒂普勒不得不假設(shè)圓柱體是無限長的，他不能確鑿地證明一個更短的圓柱體是否能夠達到目的。此外，圓柱體還必須以每分鐘數(shù)十億次的速度旋轉(zhuǎn)才能足夠扭曲時空，這些都不是一個實用的時間機器的特征。
然后，在20世紀90年代，斯蒂芬·霍金添加了另一個復雜的層面。他認為，使一個非無限長的蒂普勒圓柱體工作也需要巨大的負能量，
而正是在這里，量子力學介入了我們的故事。量子力學是現(xiàn)代物理學的支柱之一，與愛因斯坦的廣義相對論并列，它處理的是亞原子世界。根據(jù)量子物理學的觀點，即使是空虛的空間也并非真正空無一物，所謂的虛粒子對會不斷地出現(xiàn)和消失，能量從真空中借來以創(chuàng)造它們，這就像你透支銀行賬戶并向銀行借錢時，你的余額降至負數(shù)一樣。
然而，就像銀行一樣，宇宙最終希望將其借出的能量收回，所以負能量確實存在，但它僅限于空間的微小區(qū)域，并且持續(xù)時間極短，因此，封閉的類時曲線可能存在于亞原子領(lǐng)域，但創(chuàng)造一個足夠大讓人類穿梭以重訪過去的時間循環(huán)似乎是完全不同的命題，但可能有另一種實現(xiàn)相同效果的方法，一種繞過光速這一神圣規(guī)則、作弊的方式，即蟲洞。
1985年，著名天文學家、作家和電視主持人卡爾·薩根出版了一本名為《接觸》的小說，在其中，一種先進的外星文明通過一種能夠?qū)⒁粋€人送到遙遠的維加星的設(shè)備的設(shè)計與人類取得聯(lián)系?？紤]到?jīng)]有任何東西能比光速更快，這段25光年的旅程應該需要非常長的時間，所以薩根希望找到一種能夠讓他的女主角更快地到達那里的方法，但又不涉及超光速旅行。
盡管書已經(jīng)完成，但薩根仍向他的朋友基普·索恩求助。薩根將手稿隔夜給索恩，索恩在第二天去參加女兒的畢業(yè)典禮時在車上閱讀了它，接著進行了幾個快速的計算，索恩找到了答案。薩根在他的故事中所需要的是一個蟲洞。想象一下時空就像一張紙，在一端是地球，另一端是維加星，現(xiàn)在你不需要沿著紙的長度前進，而是將紙對折。畢竟我們知道時空可以彎曲和扭曲，地球和維加星現(xiàn)在就緊挨在一起了，跳過它們之間的間隙，你就瞬間到達了那里。
從外部看，你似乎通過超光速旅行到達那里，但你實際上并沒有突破那個神圣的屏障，因此可以得出結(jié)論，蟲洞不僅可以將你傳送到空間的另一個地方，還可以將你送回到過去。假設(shè)維加星的蟲洞已經(jīng)建立，首先你需要將地球口的蟲洞連接到一枚火箭上，并將其沿著一個環(huán)形軌道以接近光速的速度繞宇宙運行。
由于蟲洞在速度上花費了更多的時空資源，從它的角度來看經(jīng)過的時間較少，這意味著如果你跳進蟲洞，當你回到地球時，你將出現(xiàn)在另一端，而且是在過去。但關(guān)鍵是你也將處于維加星系中，所以這是反向的時間旅行，但并不是回到地球的歷史。
然而，還有一種方法可以實現(xiàn)這一點，只要以正確的方式設(shè)置蟲洞，其兩端之間的時間差將大于你返回地球所需的時間，通過傳統(tǒng)路線返回地球時，你將在你最初跳進蟲洞的時刻之前抵達地球。至少這是理論上的情況，在實踐中會變得更加復雜。
索恩意識到，任何穿越蟲洞的物體所受到的引力將會導致蟲洞關(guān)閉，所以你需要某種東西來幫助撐開它。這可能需要負能量，但物理學家還研究了使用從量子糾纏到磁場的一切可能性。
1985年，杰·理查德·戈特和威廉·希斯科克斯解決了愛因斯坦關(guān)于宇宙弦的方程式，六年后戈特意識到它們也可以用作時間機器，就像圍繞無頂圓柱體旋轉(zhuǎn)一樣，沿著宇宙弦走正確的路徑，你可能會讓你的光梳向后傾斜。
量子糾纏可能是另一種選擇，物理學家知道如何以這樣的方式將兩個粒子連接在一起，改變其中一個粒子會立即改變另一個粒子，即使你將它們分隔開很大的距離，就好像關(guān)于變化的信息已經(jīng)以超光速傳播在粒子之間。但是實際上使用這種方法進行超光速傳輸數(shù)據(jù)是不可能的，所以似乎有多種方式可以在不突破光速障礙的情況下逆行時間，但如果這是可能的話，你能對悖論做些什么呢？
量子理論可能會提供一個解決方案。在你面前的桌子上，兩個手銬緊緊扣住你的手腕，汗水順著你的臉流下來。桌子上擺放著一個裝有致命氣體的玻璃瓶，旁邊是一個帶有機械臂的錘子，機械臂連接著一個不斷測量亞原子粒子的機器。這些粒子可以處于A或B兩種狀態(tài)之一，每種結(jié)果的測量概率為50%。這實際上就是一個復雜的拋硬幣過程。如果測量結(jié)果是A，那么什么都不會發(fā)生，但如果是B，錘子就會落下，瓶子就會破碎，你就會死去。在其他房間觀看的人會讓機器進行100次測量，然后才允許你離開，你存活的幾率約為百萬億萬億分之一。
當機器進行第一次測量時，你可以感到自己的心在胸腔里砰砰直跳，結(jié)果是A，你稍微放松了一些，只等待下一次測量。幾秒鐘后，又是A。在連續(xù)十次A之后，你開始感到希望，你肯定不可能在這種情況下存活。在連續(xù)99次A之后，你幾乎興奮異常。一切都取決于最后一次測量。機器發(fā)出了點擊聲，結(jié)果是A，你的綁架者遵守了他們的承諾，解開了手銬。盡管你還不知道，你對看似不可能的幾率存活的經(jīng)歷提供了量子理論中許多世界解釋的證據(jù)，這對于解決時間旅行悖論可能具有重要意義。這是著名的薛定諤貓思想實驗的人類版本。最初設(shè)想的受害者是一個被放在盒子里的貓，盒子里有同樣的毒藥和錘子。量子物理學認為，粒子在初始時既處于狀態(tài)A又處于狀態(tài)B，這就是物理學家稱之為狀態(tài)的疊加。這意味著瓶子同時是完整和破碎的，貓和你同時是活著和死了的，直到下一次測量發(fā)生。是否有關(guān)于實際進行測量的某種力量迫使宇宙最終選擇一種方式而不是另一種方式？
根據(jù)物理學家休·埃弗雷特三世的許多世界解釋，沒有這樣的力量。它認為，每當量子世界中的事件有多于一種結(jié)果時，所有結(jié)果都會發(fā)生。在那一點上，宇宙分裂成兩個副本，一個副本發(fā)生了結(jié)果A，另一個副本發(fā)生了結(jié)果B，因此現(xiàn)實不斷地分支形成可能性的樹，偉大的時間之河分裂成無限多個分離的流。有一些分支中你從未出生，有些分支中你是地球總統(tǒng)。
如果這是真的，用帶有毒藥和錘子的機器進行100次測量將創(chuàng)造100個不同的現(xiàn)實分支，你在其中99個分支中死亡，在一個分支中存活下來，成為唯一的幸存者。你對自己的運氣感到驚訝，其他分支中的99個副本則沒有那么幸運，從在一次測量后就死去的那些，到經(jīng)歷整個過程最后在第100次測量時死去的那些。這被稱為量子不朽實驗，無論機器進行多少次測量，總會有一個固執(zhí)地拒絕讓你去死的版本，從某種意義上說，這是一個你永遠不會輸?shù)舻亩砹_斯輪盤游戲。
雖然物理學家不知道量子物理學的這種解釋是否正確，但許多世界理論可以幫助我們解決與時間旅行到過去相關(guān)的許多悖論。
以最著名的悖論，祖父悖論為例，你使用時間機器回到過去并殺害了你的祖父，然而這意味著他從未成年，從未遇見你的祖母，因此你的母親也從未出生。如果你的母親從未出生，那么你也不存在，那你又是如何回到過去并殺害你的祖父的呢？作家、哲學家和科學家們提出了各種方法來規(guī)避這個問題。史蒂芬·霍金引入了他所謂的時間保護猜想，它表明逆向時間旅行根本是不可能的，宇宙會阻止你回到過去的任何機會，因果關(guān)系神圣而嚴密受到監(jiān)管。伊戈爾·諾瓦科夫也思考了類似的問題，他的同名自恰性原則說，你可以回到過去，但你無法改變已經(jīng)發(fā)生的事情。如果你重新訪問了書中的早期一頁，你不能改寫已經(jīng)存在的內(nèi)容。試圖謀殺你的年幼自己，你會失敗。也許槍卡住了，或者他打了個噴嚏而你錯過了。無論你怎么努力，你都永遠不可能成功。
當然，這引出了其他問題，不管你的未來事件是否預定，甚至自由意志是否存在，諾瓦科夫的自恰性原則也不會適用于所有情況，正如巴拉克·沙沙尼、賈瑞德·沃根和雅各布·豪澤在2020年至2022年間發(fā)表的一系列論文中所示。想象一下你擁有一臺可行的時間機器，你還有一組黑色或白色的球，關(guān)鍵是當兩個球相遇時，它們的顏色會改變，所以一個黑球會變成白球，一個白球會變成黑球。假設(shè)一個黑球穿越時間機器，與它的過去自己相撞，這次相遇會把兩個球都變成白色。碰撞還會把已經(jīng)穿越時間的球推到一個最終會讓它再次通過時間機器的路徑上。在這種情況下，完全相同的球在完全相同的時間機器上在過去的完全相同時刻出現(xiàn)，然而它們的顏色似乎是不同的。
這個奇特的悖論不能用諾瓦科夫的自恰性原則解釋，但根據(jù)沙沙尼、沃根和豪澤的說法，可以用平行時間流來解釋。他們認為，只有當你從離開的時間流中出現(xiàn)時，才能實現(xiàn)到過去的時間旅行，因此黑球?qū)臅r間流A開始，但將從時間機器中出現(xiàn)在時間流B中。在這個替代的時間流中，另一個球?qū)⒃谂鲎埠笸ㄟ^時間機器而不是已經(jīng)穿越過一次的球。第一次出現(xiàn)的球的顏色與第二次出現(xiàn)的球的顏色不同，但這沒關(guān)系，因為它們不再是同一個球。
這種極端的思維運動需要一些時間才能理解，但它確實為解決祖父悖論提供了一個潛在的解決方案。如果你在回到過去時進入了一個獨立的時間流，那么你可以安全地殺死你祖父的那個版本，并且你的邏輯存在所關(guān)鍵的祖父版本仍然活著，健康地存在于你離開的時間流中。你的自由意志得到恢復，使你可以做任何你想做的事情。利用多世界來規(guī)避引導悖論也是可能的，在我們講述拯救他們的十幾歲自己的時間旅行者的故事中，信件的起源并不明確，似乎沒有人寫過它，但也許我們在故事中遺漏了一些角色。
時間流A中的我可以寫信，回到過去的時間流B并將信交給年輕的我，年輕的我選擇了物理學，并長大發(fā)明了時間機器，然后回到時間流C，給十幾歲的我一封似乎沒有作者的信。所以我們也可以解釋引導悖論，但我們需要在三個不同的時間流中存在三個不同版本的我。
如果這看起來像是拿大錘來敲堅果，你并不孤單，這可能是人類如何陷入自己的思維困境的一個明顯例子。分支數(shù)量可能是無限的，正如物理學家布萊斯·德威特所說，每一個星系中每顆恒星上發(fā)生的每一個量子轉(zhuǎn)變都在把我們地球上的局部世界分裂成無數(shù)個副本。然而，約翰·威瑟，最早提出“蟲洞”一詞的人，對這個想法失去了熱情。
然而，多世界解釋在物理學界得到了認可，并且現(xiàn)在有越來越多的忠實擁躉。無窮盡的觀點陣列，每一個都略有不同，演繹出時間河流上的每一個可能事件的每一個可能結(jié)果，并不斷分裂成無數(shù)個時間流。因此，當我們以不同的速度沿著自己的世界線行進時，在我們周圍的大塊宇宙中，未來的時間旅行不僅僅是可能的，而且已經(jīng)發(fā)生了。當然，回到過去的旅行就不太清楚了，但至少在理論上似乎是有可能的，得益于量子力學這個反直覺的世界。
現(xiàn)在我們只能滿足于昔日的回憶，安心地知道過去仍然存在。坐在沙發(fā)上，看著我的文章，經(jīng)歷著自己的歷史，感受著宇宙的歷程。
完。
