选自phys.org
作者：Barak Shoshany
机器之心编译
机器之心编辑部
时间旅行是科幻电影、小说中经久不衰的话题，然而直到现在，我们依然无法确定这种幻想是否可行。在这篇文章中，来自加拿大布鲁克大学的物理学助理教授 Barak Shoshany 给我们科普了这一领域的核心问题以及他们的研究方向。
布鲁克大学物理学助理教授 Barak Shoshany。他的研究重点是广义相对论和量子力学中的时间本质和因果关系，以及符号和高性能科学计算。
「早知道会这样，我就不那么干了！」
很多人都对自己所做的事情后悔过，而且都曾幻想回到过去改变一切。但实现这一幻想的前提是：你有一台时光机。但是，这有可能实现吗？
现代人对时间和因果的理解来自爱因斯坦的广义相对论。他将时间和空间组合成一个实体 —— 时空，并就它们如何运行提出了一种极为复杂的解释，这一解释的水平是之前任何理论所无法比拟的。目前，这个理论已经存在了 100 多年，并且已经被实验证实到极高的精确度。因此，物理学家非常确定，该理论提供了宇宙因果结构的准确描述。
几十年来，物理学家一直在尝试用广义相对论破解时间旅行的可能性。结果是：你可以写出描述时间旅行的方程，而且这些方程与相对论完全兼容且一致。但物理和数学不一样，对于物理来说，如果方程在现实中找不到任何对应，这些方程将变得毫无意义。
为什么有人认为时间旅行不可能？
为什么说上述方程可能不现实？我们有两大方面的考量。
第一，打造一台时光机似乎需要异常物质（exotic matter），这种物质具有负能量（真空中的量子涨落具有能量（零点能），如果某物质的能量低于周围空间的量子涨落能量就说这个物质具有负能量）。而我们日常生活中所能见到的物质都只有正能量，具有负能量的物质并不是随处可见的。根据量子力学可知，这种物质在理论上可以创造出来，但能造出的数量太少、存续时间太短。
然而，目前还没有证据表明我们创造不出足够数量的异常物质。而且，我们未来还有可能会发现一些不需要异常物质就能造出时间机器的方程。因此，这个问题之所以存在，主要是因为我们目前的技术和对量子力学的理解仍然存在很大局限。
第二，时间旅行似乎有悖逻辑，存在很多悖论，其中问题最大的是一致性悖论。
考虑这样一个场景：我驾驶一台时光机回到了五分钟之前，然后毁掉了它。既然我已经毁了它，那我五分钟之后就不可能再用它。但如果我不能用它，我就不能回到过去摧毁它。所以，只有时光机不被摧毁，我才能回到过去并摧毁它。由于时光机不能同时处于「被摧毁」和「不被摧毁」两种状态，所以我们认为这种情况是不一致的，是存在悖论的。
消除悖论
科幻小说中有一个常见的误区，即悖论是可以「被创造」的。时间旅行者们通常会被警告说：不要对过去做出重大变动，而且要避免遇见过去的自己。
但在物理学中，悖论并不是一个实际会发生的事件，而是一个纯粹的理论概念，指向理论本身的不一致。换句话说，一致性悖论不仅仅意味着时间旅行是一种危险的尝试，还暗示这种事情根本不可能发生。
这是理论物理学家斯蒂芬・霍金提出时序保护猜想的动机之一，该猜想认为物理定律不允许任何除亚微观尺度外的时间旅行。然而，到目前为止，这种猜想仍然没有得到证实。此外，如果我们不因悖论而打消时间旅行的想法，而是致力于消除悖论本身，那宇宙将变得更加有趣。
理论物理学家 Igor Dmitriyevich Novikov 曾为解决时间旅行悖论付出过努力，并提出了自洽性猜想（self-consistency conjecture），该猜想认为，你可以穿越到过去，但你无法改变过去。
根据 Novikov 的猜想，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协同，来保持一致性。
穿越到平行世界
既然无法改变过去，那回到过去又有什么意义呢？我最近与学生 Jacob Hauser 和 Jared Wogan 的工作表明，存在 Novikov 猜想无法解决的时间旅行悖论。这让我们回到了原点，因为即使只有一个悖论无法消除，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？看起来不是。我们的研究表明，如果我们允许多个历史（或更直观的术语：平行时间线）的存在，那我们就可以解决 Novikov 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。
论文链接：https://arxiv.org/abs/2110.02448
这个想法其实非常简单。当我走出时间机器时，我就进入到了另一个时间线。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那台时间机器，也就是我用来回到过去的那台，因此不存在悖论。
在研究了三年时间旅行悖论之后，我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重历史共存。那么，这是可以的吗？
量子力学似乎暗示了这一点。美国量子物理学家 Hugh Everett 提出的「多世界诠释」认为，一个历史可以「分」成多个，每个都对应一个可能的测量结果，比如薛定谔的猫是生是死，我是否抵达了过去等。
但这些只是猜测。我和我的学生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，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，时间旅行可能是可行的，但如果真的如此，那么多重历史也一定是可能的。
原文链接：https://phys.org/news/2022-04-parallel-timelines.html
