时光倒流的想法一直吸引着人类，比如回到未来改进的DMC - 12。经过几十年的研究，或许我们可能找到了一个物理上可行的解决方案。图片版权：Ed g2s of Wikimedia Commons
【博科园-科学科普】 这是电影、文学和电视节目中最伟大的幻想之一：我们可以回到过去改变过去的想法。从《哈利·波特》(Harry Potter)的《时代》(the time turner)到《土拨鼠日》(Groundhog Day)的未来，时光倒流，让我们有机会纠正自己过去的错误。对大多数人来说，这是一个被归入小说领域的想法，因为每一个物理定律都表明，穿越时间的运动是绝对必要的。
从哲学上来说，还有一个著名的悖论，似乎表明了这种可能性的荒谬：如果穿越时间的旅行是可能的，就可以在你的父母被孕育之前回去杀死你的祖父，让你的生活变得不可能。很长一段时间，似乎没有办法回去。但是由于爱因斯坦广义相对论中一些非常有趣的空间和时间特性，回到时间里的可能是可能的。
早期宇宙由量子泡沫组成，量子涨落很大，变化很大，在最小的尺度上也很重要。积极和消极的能量波动可以产生微小的量子虫洞。图片版权：NASA/CXC/M.Weiss
开始是一个虫洞的物理概念，我们已知的宇宙中在最小的尺度上的时空结构有极少的，极小的量子涨落。这些因素包括正和负方向上的能量波动，通常彼此非常接近。一个非常强、密集、积极的能量波动会以一种特定的方式产生弯曲空间，而强、密集、负能量波动则会以完全相反的方式弯曲空间。如果把这两个曲率区域连在一起——短暂的瞬间到达量子虫洞的概念。如果虫洞持续的时间足够长，甚至可以把一个粒子穿过它，让它瞬间从时空中的一个位置消失，然后重新出现在另一个地方。
洛伦兹虫洞的精确数学图。如果一个虫洞的一端是由正质量/能量组成的，而另一端则是负质量/能量的构造，那么虫洞就可以被穿越。图片版权：Wikimedia Commons user Kes47
然而如果我们想要扩大规模，让像人类这样大的东西通过，那将需要一些工作。虽然我们宇宙中的每一个已知粒子都有正能量和负能量或零质量，但在广义相对论的框架下，有负质量/能量粒子是很有可能的。当然还没有发现，但是根据理论物理的所有规则，没有什么禁止的。
如果这个负质量/能量物质存在，那么就会产生一个超大质量的黑洞，与它的负质量/能量对应，然后连接应允许一个穿越虫洞。不管把这两个相互连接的物体相距多远，如果它们有足够的质量/能量——无论是正的还是负的——这个瞬时连接仍然存在。所有这些都是瞬间穿越太空的好方法。但是时间呢？这就是狭义相对论的原理。
不同的观察者“光钟”将会在不同的相对速度下运行，但这是由于光速的恒定。爱因斯坦的狭义相对论支配着这些时间和距离的转换是如何发生的，但这意味着静止和移动的双方以不同的速率老化。图片版权：John D. Norton, via http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/Special_relativity_clocks_rods
如果你以接近光速的速度旅行，你会经历一种叫做时间膨胀的现象。你的运动穿过空间，你的运动通过时间与光速有关：你的运动穿过空间越大，你的运动穿越时间越少。想象一下你有一个40光年远的目的地，你能以惊人的速度行驶：超过99.9%的光速。如果你进入了一艘宇宙飞船，并以非常接近光速的速度向那颗恒星移动，然后停止，转身回看地球，你会发现一些奇怪的东西。
由于时间的膨胀和长度的缩短，你可能只有一年的时间到达目的地，然后再过一年再回来。但回到地球上，82年过去了，你认识的每个人都会衰老得很老甚至已经离世…。这是物理工作的标准时间旅行：它带你进入未来，随着时间的推移，你只依赖于你在空间上的运动。
时间旅行是可能的吗？如果有一个足够大的虫洞，比如一个超大质量黑洞连接到它的负质量/能量对应的黑洞，它可能就是这样。图片版权：Wikimedia Commons user Kjordand
但是如果你像我们刚才描述的那样建造一个虫洞，故事就会改变。在虫洞的一端的成像仍然是静止的，例如离地球很近，而另一个则在相对于光速的相对论之旅中消失。然后你进入了虫洞的快速移动的末端，它已经运动了大概一年了，会发生什么呢？
好吧，一年对每个人来说都不一样，特别是如果他们在时间和空间上不同的移动！如果我们说的速度和之前一样，虫洞的“运动”将会有40年的时间，但是“静止”的结束只会有1年的时间。进入虫洞的相对末端，你在虫洞被创造一年后回到地球，而你自己可能已经有40年的时间了。
以接近光速的速度移动，将会使旅行者与保持恒定参考系的人有明显不同的时间。图片版权：Twin Paradox, via http://www.twin-paradox.com
如果40年前，有人创造了这样一对缠在一起的虫洞，并让他们踏上这段旅程，那么在2017年，他们就有可能进入其中的一个，然后在另一个及时回到过去……早在1978年。唯一的问题是，你自己也不能在1978年回到那个地方；你需要和虫洞的另一端在一起，或者穿越太空去尝试追赶它。
翘曲飞行，就像NASA设想的那样：如果你在空间的两个点之间创造了一个虫洞，一个入口相对于另一个入口移动相对，那么在任何一个移动端，观察者的年龄都是不同的。图片版权：NASA / Digital art by Les Bossinas (Cortez III Service Corp.), 1998
令人满意的是，我们发现这种形式的时间旅行也禁止祖父悖论！即使虫洞是在你的父母怀孕之前被创造出来的，你也没有办法在这个虫洞的另一端存在，早到可以回去找到你的祖父在那个关键时刻。你能做的最好的事情就是把你刚出生的爸爸和妈妈放在飞船里，去接虫洞的另一端，让他们活，长大，怀上你，
然后再从虫洞里走出来。当他还很年轻的时候，你就能见到你的祖父——也许比你现在还年轻——但在你的父母出生后，他仍然会在你出生的时候出现。
如果负质量/能量是真实的、丰富的和可控的，那么在宇宙中有许多不寻常的事情成为可能，但时间倒退可能是我们所想象过的最疯狂的事情。由于特殊的和广义相对论的怪异之处，时间旅行过去可能是不被禁止的！
知识：科学无国界，博科园-科学科普
作者：Ethan Siegel（天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：卿君侧
审校：博科园
