没有悖论的时空旅行

它是小说中最受欢迎的观念之一-穿越时空以改变历史进程。穿越时空的想法-比我们每天要做的事-不仅是科幻小说家的职责。许多物理学家还考虑了时间旅行的合理性，特别是自爱因斯坦的狭义相对论改变了我们对实际时间的概念之后。

然而，正如许多科幻史诗片所警告的那样，穿越时空的旅程可能会带来一些沉重的后果。

雷·布拉德伯里（Ray Bradbury）的短篇小说《雷声》（A Sound of Thunder）围绕一群误入史前时代的旅行者而进行，这些变革对他们的世界造成了可怕的影响。在一个更恐怖的悖论例子中，在动画科幻情景喜剧片《未来世界》的屡获殊荣的一集中，该系列不幸的英雄弗莱回溯过去，而在最终的祖父悖论中，他杀死了他所谓的笨拙。然后，在与祖母“相遇”之后，弗莱意识到了自己为什么没有从现实中褪色，他是自己的祖父。许多理论家还考虑了时间旅行的方法，而没有悖论的风险。不需要极端极端的技巧就可以与自己的祖母Fry过分友好。这些悖论逃逸机制从数学的方面到量子怪异的解释不等。

在研究那些悖论性的逃生计划之前，有必要研究一下狭义相对论如何改变了我们对时间的思考，以及为什么它开始了理论物理学家真正考虑时间旅行的问题。幸运的是，在ZME Science，我们有一部令人愉悦的非版权侵权时间机器可以追溯到过去。让我们走进这个陌生的旧电话亭，到80年代旅行去接Marty，然后回到1905年，那一年阿尔伯特·爱因斯坦出版了《 Zur Elektrodynamik bewegterKörper》或《运动物体的电动力学》。产生了狭义相对论。别担心，马蒂…您会在不知不觉中回家的……可能。

当马蒂（Marty）读完天文钟并发现我们于1905年到达时，他质疑今年为何如此重要？在这一点上，物理学正在经历一场革命，这不仅会产生一种新的引力理论，而且还将揭示这个非常小的反直觉且有些令人担忧的世界。瑞士伯尔尼的一名专利业务员将成为这场革命的中心，这将是非常美好的一年。

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出于充分的理由，二十世纪的第五年将被称为阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的“奇迹年”（Annus mirabilis）或“奇迹年”。物理学家将在1905年发表四篇论文，第一篇描述光电效应，第二篇详述布朗运动。但是，这些成就令人印象深刻-毕竟他会被授予诺贝尔奖-这是我们感兴趣的第三篇和第四篇论文。

在这些论文中，爱因斯坦将首先介绍狭义相对论，然后将描述最著名的质能当量，用简化方程E =mc²表示。毫不夸张地说，这些作品将完全改变我们对现实的看法，尤其是从物理学的角度来看。

狭义相对论需要时间-和-以前被认为是它自己的独立实体--将它与空间的四个已知维度结合在一起。这将创建一个单一的结构-时空。但是时间观念的改变并没有到此结束。狭义相对论表明，时间是不同的，取决于人如何穿越它。一个物体移动得越快，该物体“膨胀”的时间就越多。时间在不同参考系中以不同方式运行的想法是相对论如何得名。时差最著名的例子是“孪生悖论”。结识双胞胎姐妹斯特拉和特拉。斯特拉（Stella）即将用一种能够以接近光速行进的飞船向远处的恒星执行任务，从而将她的姐姐Terra抛在了地球上。

在以接近光速的速度离开地球，然后以相似的速度返回地球后，斯特拉（Stella）降落并退出了自己的手工艺品，以向与自己关系更大的老特拉（Terra）致意。 “静态”地球双胞胎所经历的时间比经历太空旅行的姐姐要多得多。

因此，人们可以认为斯特拉已经及时前进。一对双胞胎的年龄怎么会大不相同？太好了，但是随着时间的流逝又如何呢？

好吧，如果参考帧中的粒子运动得越快，“慢”的时间就会在该帧中进行，这就提出了一个问题，即静止时间是否有速度？如果是的话，还有没有超出这个速度的时间会向后移动？

快球是假想的粒子，其行进速度比光速快-“光速”大致被认为是静止不动的速度-因此，它会向后移动而不是向前移动。快球的存在将使我们这个受太空约束的姐姐能够从Terra接收到信号并将其发送回测速响应的可能性成为可能。由于快球的性质，Terra在发送初始信号之前可以收到此响应。

这就是危险之处。如果斯特拉发回一个转速计信号，说“不要发信号给我”怎么办？然后没有发送原始信号，导致出现问题；斯特拉在回应什么？

或更极端的例子；如果斯特拉在出发之前向自己发送了一个高飞扬信号，该信号被她自己截获，并且该信号使她决定不首先出发，该怎么办？然后，她将永远不会在太空中发送测速信号…但是，如果没有发送该信号，那么她将踏上旅途……

这就是因果性违背悖论的本质，这种悖论甚至可能源于通过时间发送信号的能力。有没有摆脱这种悖论的方法？也许…

今天发生了最令人震惊的事情。一个穿着特别服装的年轻人在专利局拜访了我。这位年轻人以“玛蒂”的身份自我介绍，开始对我的论文“运动物体的电动力学”提出疑问-尤其是昨天才发表的论文令人惊讶。

特别是，这个男孩想知道我的理论对时间旅行的影响！当然是纯粹的幻想……除非……也许再等一次。

如果这还不是很极端的话，那么在我们谈完之后，我便将马蒂带到了阿勒河两岸，他告诉我说他的交通工具在等他。我当然在等船。因此，当男孩走进一个受虐的红色盒子，然后消失了时，我大为震惊。

我想说这是我劳累过度的想象力的虚构，这是由于白天在专利局工作和晚上写论文而产生的疲倦。也就是说，我是唯一的证人！

一个年轻人也看到箱子消失了，他跌跌撞撞地消失在河面之下的河水一定比我的震惊还要厉害。

随着受重创的旧电话亭在今天重新出现，马蒂决心为1905年传给他的时间悖论寻找一个学术答案。

他访问了昆士兰大学，在那里，高级科学学士学位学生Germain Tobar一直在研究时间旅行的可能性。在物理学家法比奥·科斯塔博士（Fabio Costa Dr）的监督下，托巴尔认为数学上的“时空悖论”可能是可能的。

“经典动力学说，如果您知道特定时间的系统状态，就可以告诉我们系统的整个历史，” Tobar解释说。 “例如，如果我知道物体在重力作用下的当前位置和速度，我可以随时计算它的位置。

“但是，爱因斯坦的广义相对论预言了时间循环或时间旅行的存在-在某种程度上，事件既可以在过去也可以在未来发生-在理论上将动力学研究推到了头上。”

托巴（Tobar）认为，解决时空悖论的方法是，宇宙“自我纠正”以消除因果关系违规。事件将以消除悖论的方式发生。

因此，采取我们的双重困境。您还记得斯特拉（Stella）向自己发送了一个超乎想像的信息，这说服了她年轻的自己不要进入太空。 Tobar的理论（他和他的上司Costa认为他们是通过对时间旅行计算中涉及的数字进行平方来得出数学上的结论）的，这表明可能发生以下两种情况之一。某些事件会迫使Stella进入太空，她可能偶然偶然跌入太空舱，或者获得更好的动力前往旅途。或者另一个事件可能会发出测速信号，也许斯特拉可能会意外地从替代天文学家那里收到信号。

“无论您做什么，这些突出的事件都会在您周围重新调整，” Tobar说。 “您可能会尝试创建一个自相矛盾的事件，这些事件将始终自行调整，以避免任何不一致的情况。

“我们发现的一系列数学过程表明，在我们的宇宙中以自由意志进行时间旅行在逻辑上是可能的，而没有任何悖论。”

Tobar的解决方案在许多方面与他由诺维科夫自洽原理（也称为尼文的历史保护法则）相似，后者是由俄罗斯物理学家伊戈尔·德米特里耶维奇·诺维科夫在1970年代后期开发的。该理论建议使用与爱因斯坦广义相对论中用来描述时间曲率的大地测量学类似的方法。

这些闭合的类似时间的曲线（CTC）将防止违反位于同一条曲线上的任何因果联系事件。它还表明，仅在存在这些CTC的区域才可以进行时间旅行，例如Kip Thorne及其同事在1988年的论文《井眼，时间机器和弱能条件》中推测存在虫洞。这些事件将是周期性的且自洽的。

所不同的是，尽管Tobar提出了一个自我纠正的宇宙，但这个想法强烈暗示，时间旅行者将无法改变过去，无论这意味着他们在身体上受到阻止，还是他们实际上缺乏选择这样做的能力。在我们的双生比喻中，斯特拉（Stella）的替代品发出了一个转速计信号，并沿着CTC行驶，使其偏离航向，这意味着斯特拉（Stella）收到的不是目标。

听了Tobar之后，回到自己的时间机器Marty在当地的墓地里走了一条捷径。在那些不熟悉日期和名字的墓碑中，他注意到了一些令人担忧的事实，那就是令人不寒而栗。那里刻有他祖父名字的老石刻。他的去世日期为1905年9月27日。

今天早上，Emmenthaler Nachrichten报告说，我目睹落入Aare的不幸年轻人的尸体已被收复。纸上甚至印了那年轻人的照片。

那时我还没有意识到，但是那个男孩与马蒂最相似-那个衣着异常的年轻人在男孩跌倒的那天就和我一起拜访了……

奇怪的是，我如此频繁地想到马蒂的服装，这位年轻人告诉我，他那花哨的无袖上衣，法兰绒衬衫和“牛仔裤”在“ 86年代风靡一时”。

然而，尽管我在1886年只有7岁，并且从那年起有许多模糊的回忆，但我当然不记得有这么多色彩鲜艳的衣服……

Marty将Emmenthaler Nachrichten的副本折叠起来，并将其放在似乎已定罪的被诅咒的时光机的地板上。当地报纸证实了他最担心的事。他过去去爱因斯坦的旅行注定了他的祖父。

在确认他的祖先之后，他知道自己陷入了一个悖论。他等待被擦拭的时间……一段时间后，Marty想知道他还活着怎么可能？量子物理学，或更确切地说是对它的一种解释，就是答案。逃脱（文字上的）祖父悖论的一种方法。

休·埃弗里特三世（Hugh Everett III）在1950年代首次提出了对量子力学的“多世界”解释，以解决扬·声名狼藉的双缝实验所证明的波函数崩溃问题。

随着电子的传播，可以将其描述为具有一定概率穿过狭缝S1或狭缝S2的波函数。当电子出现在屏幕上时，它不会像波浪那样被涂抹在屏幕上。它被解析为类粒子点。我们称其为波函数的消失是因为波的行为消失了，这是所谓的哥本哈根量子力学解释的关键因素。问题仍然存在，为什么波函数会崩溃？休·埃弗里特（Hugh Everett）问了一个不同的问题。波函数完全消失了吗？

埃弗里特（Everett）设想了一种情况，而不是波函数崩溃，而是继续呈指数增长。如此之多，以至于最终整个宇宙只是两个可能状态之一。粒子通过S1的“世界”，以及粒子通过S2的世界。埃弗里特还表示，所有量子事件都将发生相同的“分裂”状态，不同状态下存在的结果叠加状态不同。波函数对我们来说简直像已经崩溃了，因为我们占据了其中一个世界。我们处于状态叠加状态，被禁止看到该实验的其他结果。马蒂（Marty）意识到，当他1905年回到美国时，发生了世界范围的分裂。他不再是他所来自的世界，而是被他标记为“世界1”。相反，他创造并占据了一个新世界。当他及时前进与Tobar交谈时，他沿着世界2的时间轴旅行。这很有意义。 1905年9月27日，在马丁·左派世界中，一个电话亭从未出现在Aera的河岸上。这个世界本质上与他留下的那个世界不同。

他在这个世界上从未存在过，实际上他实际上并没有杀死他的祖父。他的祖父在1905年世界1的世界上安然无sound。但是，如果多世界对量子物理学的解释是对祖父悖论的正确解决方案，那么马蒂永远无法重返世界1.这种解释的本质是，叠加世界不能彼此互动。

参考上面的图表，Marty只能“左右”或“向右”移动-向上的方向是禁止的，因为在特定时刻他的存在可以创造新世界。这完全是有道理的，他改变了历史，身处1905年出现的世界。他无法改变这一事实。非互动规则意味着无论他采取什么措施，每次回到过去时，他都会创建一个新状态并跳到该状态，然后只能在该行上及时（正确）前进。

那么，当马蒂（Marty）回到过去试图拯救他的世界时会发生什么？他无意间创建了另一个国家-世界3。这个世界可能类似于世界1和世界2。 2几乎每种可能的方式都可以，但是根据解释的应用，由于一个事件的原因，它是不一样的-每次回程，阿雷河沿岸都有一个额外的电话亭。

当马蒂继续尝试回到世界1（他的家）时，他意识到他现在生活在一个世界中，1905年9月的一天，在伯尔尼的大街上，数百个电话亭突然出现在阿雷河的河岸上，然后就消失了。

他还意识到自己的困境回答了以下问题：“如果存在时间旅行者，为什么他们永远不会出现在我们的时代？”事实是，如果一个人存在于这些旅行者离开的世界中，他们将永远无法“回到”这一点。主要时间表。

对于世界1的人来说，时间旅行的到来只会导致大胆的物理学家逐渐消失。就在Marty突然意识到，就世界1（他的世界World）而言，他有一天走进了电话亭，消失了，再也没有回来。马蒂（Marty）逃脱了时间旅行的悖论，但注定要在另一个世界徘徊。嘿...我们该如何找回时光机？