给你一个穿越到过去的机会，你最想做什么？
或许这是很多人梦想希望能够实现的事情，毕竟我们每个人都有遗憾。
正如科幻小说中经常描述的那样，有了时间机器，没有什么是永久的——你总是可以回去改变它。
但在我们的宇宙中，时间旅行真的可能吗，还是这只是科幻小说？
现代人对时间和因果关系的理解，来自《广义相对论》。
理论物理学家阿尔伯特·爱因斯坦的理论，将空间和时间组合成一个单一的实体，叫做“时空”。
他在任何其他既定理论都无法比拟的水平上，对它们如何工作提供了非常复杂的解释。
这个理论已经存在了 100 多年，并且已经通过实验验证了极高的精度，因此物理学家相当肯定它提供了对我们宇宙因果结构的准确描述。
几十年来，物理学家一直试图利用广义相对论来确定时间旅行是否可能。
事实证明，你可以写下描述时间旅行的方程式，并且与相对论完全兼容和一致。
但是物理学不是数学，如果方程与现实中的任何事物都不对应，它们就毫无意义。
反对时间旅行的论据
有两个主要问题使我们认为这些方程式可能不切实际。
第一个问题是实际问题：建造时间机器似乎需要奇异物质，也就是具有负能量的物质。
我们在日常生活中看到的所有物质都是正能量的，负能量的物质不是你随便找的。
从量子力学中，我们知道理论上可以创造这种物质，但数量太少，时间太短。
然而，没有证据表明不可能创造出足够数量的奇异物质。
此外，可能会发现其他方程允许时间旅行而不需要外来物质。
因此，这个问题可能只是我们当前技术或对量子力学理解的局限。
另一个主要问题不太实际，但更重要：观察到时间旅行似乎与逻辑相矛盾，以时间旅行悖论的形式出现。
这种悖论有几种类型，但最成问题的是一致性悖论。
科幻小说中的一个流行比喻，只要有特定事件导致改变过去，就会发生一致性悖论，但改变本身首先阻止了这一事件的发生。
例如，我进入时间机器，用它回到过去五分钟，并在我一回到过去就摧毁机器。
现在我毁掉了时光机，五分钟后我就不可能再使用它了。
但如果我不能使用时间机器，那么我就无法回到过去并摧毁它。
因此，它没有被破坏，所以我可以回到过去，将它破坏。
换句话说，时间机器被摧毁当且仅当它没有被摧毁。
由于它不能同时被销毁和不被销毁，因此这种情况是不一致和自相矛盾的。
消除悖论
科幻小说中有一个普遍的误解，即可以“创造”悖论。
时间旅行者通常被警告不要对过去做出重大改变，并避免因为这个确切的原因与过去的自己相遇。
这方面的例子可以在许多时间旅行电影中找到，例如“回到未来”三部曲。
但在物理学中，悖论并不是一个可以实际发生的事件——它是一个纯粹的理论概念，指向理论本身的不一致。
换句话说，一致性悖论不仅意味着时间旅行是一项危险的尝试，还意味着它根本不可能。
这是理论物理学家斯蒂芬霍金提出他的《年表保护猜想》的动机之一，该猜想指出时间旅行应该是不可能的。
然而，这一猜想至今仍未得到证实。
此外，如果我们可以消除悖论本身，而不是消除由于悖论而导致的时间旅行，那么宇宙将是一个更有趣的地方。
解决时间旅行悖论的一种尝试是理论物理学家伊戈尔·德米特里耶维奇·诺维科夫的《自洽猜想》，它基本上表明你可以穿越到过去，但你无法改变它。
根据诺维科夫的说法，如果我在五分钟前试图摧毁我的时间机器，我会发现这是不可能的。
物理定律会以某种方式合谋保持一致性。
介绍多个历史
但是，如果你无法改变过去，那么时光倒流又有什么意义呢？
研究员 Jacob Hauser 和 Jared Wogan 的工作表明，存在诺维科夫猜想无法解决的时间旅行悖论。
这让我们回到了第一方，因为即使只有一个悖论也无法消除，时间旅行在逻辑上仍然是不可能的。
那么，这是时间旅行棺材上的最后一颗钉子吗？
不完全是。
研究表明，允许多个历史（或平行时间线）可以解决诺维科夫猜想无法解决的悖论。
事实上，它可以解决你抛出的任何悖论。
这个想法很简单。
当我退出时间机器时，我退出到另一个时间线。在那个时间线中，我可以做任何我想做的事情，包括摧毁时间机器，而不会改变我原来的时间线中的任何东西。
由于我无法破坏原始时间线中的时间机器，这是我实际上用来穿越时空的时间机器，因此不存在悖论。
在过去三年研究时间旅行悖论之后，科研人员越来越相信时间旅行是可能的，但前提是我们的宇宙可以允许多种历史共存。
那么，可以吗？
量子力学似乎确实暗示了这一点，至少如果你赞同埃弗雷特的“多世界”解释，其中一个历史可以“分裂”成多个历史，一个对应于每个可能的测量结果。
例如，薛定谔的猫是活着还是死了，或者我是否过去。
但这些只是猜测。
研究员目前正在努力寻找一种与广义相对论完全兼容的具有多重历史的具体时间旅行理论。
当然，即使我们设法找到这样一个理论，这也不足以证明时间旅行是可能的，但这至少意味着时间旅行不会被一致性悖论排除。
时间旅行和平行时间线在科幻小说中几乎总是齐头并进，但现在我们有证据表明它们在现实科学中也必须齐头并进。
广义相对论和量子力学告诉我们，时间旅行可能是可能的，但如果是的话，那么多重历史也一定是可能的。
闭合类时曲线
爱因斯坦的广义相对论允许将时间扭曲到如此高的程度，以至于它实际上会自我折叠，从而形成时间循环。
想象一下你正沿着这个循环旅行；这意味着在某个时刻，你会在过去的某个时刻结束，并开始经历同样的时刻，一遍又一遍——有点像似曾相识，只是你没有意识到。
这种结构在研究文献中通常被称为“闭合类时间曲线”或 CTC，通常被称为“时间机器”。
时间机器是有效的超光速旅行计划的副产品，理解它们可以提高我们对宇宙如何运作的理解。
在这里，我们看到了一个时间循环。展示了穿过虫洞的捷径。红色显示穿过正常空间的漫长道路。由于与红色路径相比，绿色路径上的旅行时间可能非常短，因此虫洞可以提供时间旅行的可能性。在过去的几十年里，像基普·索恩和斯蒂芬·霍金这样的著名物理学家，在与时间机器相关的模型上做出了开创性的工作。
包括索恩和霍金在内的先前研究得出的一般结论是，大自然禁止时间循环。
这也许在霍金的“年表保护猜想”中得到了最好的解释，该猜想本质上说大自然不允许改变其过去的历史，从而使我们免于时间旅行可能出现的悖论。
在这些因穿越到过去而出现的悖论中，最著名的也许是所谓的“祖父悖论”，在这种悖论中，旅行者回到过去并谋杀了自己的祖父。
这以一种矛盾出现的方式改变了历史进程：旅行者从未出生，因此不可能存在。
有许多电影和小说情节基于时间旅行产生的悖论，也许最受欢迎的电影是“回到未来”电影和“土拨鼠日”。
奇异材料
根据细节，不同的物理现象可能会介入，以防止封闭的类时曲线在物理系统中发展。
最常见的是需要特定类型的“奇异材料”物质才能存在时间循环。
粗略地说，奇异物质是具有负质量的物质。问题是负质量在自然界中并不存在。
马萨诸塞大学达特茅斯分校的博士生 Caroline Mallary在《古典与量子引力》杂志上发表了一种新的时间机器模型。
这种新模型不需要任何负质量的奇异材料，并提供非常简单的设计。
Mallary 的模型由两辆平行停放的超长汽车组成——由非奇异材料制成，质量为正。
一辆车快速向前行驶，另一辆车停在原地。
Mallary 能够证明，在这样的设置中，可以在汽车之间的空间中找到时间循环。
你能建造出这个吗？
如果你怀疑有问题，那么你是正确的。
Mallary 的模型要求每辆车的中心具有无限的密度，这意味着它们包含物体——称为奇点——具有无限的密度、温度和压力。
此外，与存在于黑洞内部的奇点不同，这使得它们完全无法从外部访问，马拉里模型中的奇点是完全裸露且可观察的，因此具有真正的物理效应。
物理学家也不期望自然界中存在这种奇特的物体。
因此，不幸的是，时间机器不会很快出现。
然而，这项工作表明，物理学家可能不得不改进他们关于为什么封闭类时间曲线被禁止的想法。
