物理學家：時間旅行有可能實現，但前提是……

時間旅行是科幻電影、小說中經久不衰的話題，然而直到現在，我們依然無法確定這種幻想是否可行。在這篇文章中，來自加拿大布魯克大學的物理學助理教授 Barak Shoshany 給我們科普了這一領域的核心問題以及他們的研究方向。

布魯克大學物理學助理教授 Barak Shoshany。他的研究重點是廣義相對論和量子力學中的時間本質和因果關系，以及符號和高性能科學計算。
「早知道會這樣，我就不那么干了！」
很多人都對自己所做的事情后悔過，而且都曾幻想回到過去改變一切。但實現這一幻想的前提是：你有一臺時光機。但是，這有可能實現嗎？

現代人對時間和因果的理解來自愛因斯坦的廣義相對論。他將時間和空間組合成一個實體 —— 時空，并就它們如何運行提出了一種極為復雜的解釋，這一解釋的水平是之前任何理論所無法比擬的。目前，這個理論已經存在了 100 多年，并且已經被實驗證實到極高的精確度。因此，物理學家非常確定，該理論提供了宇宙因果結構的準確描述。

幾十年來，物理學家一直在嘗試用廣義相對論破解時間旅行的可能性。結果是：你可以寫出描述時間旅行的方程，而且這些方程與相對論完全兼容且一致。但物理和數學不一樣，對于物理來說，如果方程在現實中找不到任何對應，這些方程將變得毫無意義。
為什么有人認為時間旅行不可能？
為什么說上述方程可能不現實？我們有兩大方面的考量。
第一，打造一臺時光機似乎需要異常物質（exotic matter），這種物質具有負能量（真空中的量子漲落具有能量（零點能），如果某物質的能量低于周圍空間的量子漲落能量就說這個物質具有負能量）。而我們日常生活中所能見到的物質都只有正能量，具有負能量的物質并不是隨處可見的。根據量子力學可知，這種物質在理論上可以創造出來，但能造出的數量太少、存續時間太短。
然而，目前還沒有證據表明我們創造不出足夠數量的異常物質。而且，我們未來還有可能會發現一些不需要異常物質就能造出時間機器的方程。因此，這個問題之所以存在，主要是因為我們目前的技術和對量子力學的理解仍然存在很大局限。
第二，時間旅行似乎有悖邏輯，存在很多悖論，其中問題最大的是一致性悖論。
考慮這樣一個場景：我駕駛一臺時光機回到了五分鐘之前，然后毀掉了它。既然我已經毀了它，那我五分鐘之后就不可能再用它。但如果我不能用它，我就不能回到過去摧毀它。所以，只有時光機不被摧毀，我才能回到過去并摧毀它。由于時光機不能同時處于「被摧毀」和「不被摧毀」兩種狀態，所以我們認為這種情況是不一致的，是存在悖論的。
消除悖論
科幻小說中有一個常見的誤區，即悖論是可以「被創造」的。時間旅行者們通常會被警告說：不要對過去做出重大變動，而且要避免遇見過去的自己。

但在物理學中，悖論并不是一個實際會發生的事件，而是一個純粹的理論概念，指向理論本身的不一致。換句話說，一致性悖論不僅僅意味著時間旅行是一種危險的嘗試，還暗示這種事情根本不可能發生。
這是理論物理學家斯蒂芬?霍金提出時序保護猜想的動機之一，該猜想認為物理定律不允許任何除亞微觀尺度外的時間旅行。然而，到目前為止，這種猜想仍然沒有得到證實。此外，如果我們不因悖論而打消時間旅行的想法，而是致力于消除悖論本身，那宇宙將變得更加有趣。
理論物理學家 Igor Dmitriyevich Novikov 曾為解決時間旅行悖論付出過努力，并提出了自洽性猜想（self-consistency conjecture），該猜想認為，你可以穿越到過去，但你無法改變過去。
根據 Novikov 的猜想，如果我在五分鐘前試圖摧毀我的時間機器，我會發現這是不可能的。物理定律會以某種方式協同，來保持一致性。
穿越到平行世界
既然無法改變過去，那回到過去又有什么意義呢？我最近與學生 Jacob Hauser 和 Jared Wogan 的工作表明，存在 Novikov 猜想無法解決的時間旅行悖論。這讓我們回到了原點，因為即使只有一個悖論無法消除，時間旅行在邏輯上仍然是不可能的。
那么，這是時間旅行棺材上的最后一顆釘子嗎？看起來不是。我們的研究表明，如果我們允許多個歷史（或更直觀的術語：平行時間線）的存在，那我們就可以解決 Novikov 猜想無法解決的悖論。事實上，它可以解決你拋出的任何悖論。

論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2110.02448
這個想法其實非常簡單。當我走出時間機器時，我就進入到了另一個時間線。在那個時間線中，我可以做任何我想做的事情，包括摧毀時間機器，而不會改變我原來的時間線中的任何東西。由于我無法破壞原始時間線中的那臺時間機器，也就是我用來回到過去的那臺，因此不存在悖論。
在研究了三年時間旅行悖論之后，我越來越相信時間旅行是可能的，但前提是我們的宇宙可以允許多重歷史共存。那么，這是可以的嗎？
量子力學似乎暗示了這一點。美國量子物理學家 Hugh Everett 提出的「多世界詮釋」認為，一個歷史可以「分」成多個，每個都對應一個可能的測量結果，比如薛定諤的貓是生是死，我是否抵達了過去等。

但這些只是猜測。我和我的學生目前正在努力尋找一種與廣義相對論完全兼容的，具有多重歷史的具體時間旅行理論。當然，即使我們設法找到這樣一個理論，也不足以證明時間旅行是可能的，但這至少意味著時間旅行不會被一致性悖論排除。
時間旅行和平行時間線在科幻小說中幾乎總是齊頭并進，但現在我們有證據表明它們在現實科學中也必須齊頭并進。廣義相對論和量子力學告訴我們，時間旅行可能是可行的，但如果真的如此，那么多重歷史也一定是可能的。
原文鏈接：https://phys.org/news/2022-04-parallel-timelines.html