量子力学是如何改变时间轴的？解决时间悖论问题

祖父悖论，即时间旅行者穿越时空回到他们出生之前，并杀死他们的祖父。这是自我干涉的时间旅行悖论的一个例子，它造成了现实中的不一致性。如何解决这个悖论一直是20世纪科幻小说的主题。真正的科学研究开始在80年代和90年代早期，一个叫做莫斯科联盟的研究人员，研究了所谓的封闭时间型曲线（CTC）的后果以及围绕CTC的各种问题（包括它们是否可能），最重要的是如何解决悖论问题。

许多科幻电视节目、电影和书籍都探讨过这个问题，并提出了各种解决方案：、

改变时间线

在这个解释中，“时间线”被视为一个单一的实相，可以被改变，从而改变你所留下的未来。这可以被分为两个解释：（a）在回到未来时自毁，你可以把自己从历史中抹去，这导致一个人逐渐消失（《明日传奇》有一个奇特的解释，即被改变的历史像怪物一样在时间中追逐着你）。（b）时间轴改变了，因此自我毁灭，但你通过回到过去而受到某种“保护”——《星际迷航》走了这条路。在这种解释中，你有自由意志。

执行自洽性

时间线坚持一致性，任何制造矛盾的行动都变得不可能，这可以分为自由意志和决定论两种：（a）自由意志是存在的，但是宇宙通过改变你无法控制的环境来加强一致性，使你的行为无害，或者（b）没有自由意志存在，你采取的每一个行动都完全是预先决定的。

交替宇宙

在这种解释中，你并没有改变你自己的过去，而是改变另一个世界的过去。一旦改变了你，你就成为了那个世界未来的一部分，但它仍然与你离开的世界保持一致。

几十年来，第一条一直是科幻小说的一部分，而科学更倾向于关注第二条，即如何加强一致性。一些科学家，比如大卫·多伊奇推广了第三条，这个决议被称为“解释”，并进入了流行文化，可能是因为它太容易理解了。这是量子力学平行世界的解释。

然而，你可以认为，由于量子波函数的性质，量子力学的任何解释都可以解决这个悖论。毕竟，解释是理解测量的方式，而不是预测理论。每一种量子解释都假设同样的预测。

时间旅行的量子台球

为了支持这一观点，我想谈谈比改变历史要容易的事情。我想谈谈玩一个真正可能存在悖论的游戏。我把这个游戏叫做量子台球。它类似于真正的台球，但台球是量子粒子。现在，我就叫它们量子球。

我们的量子球被放在一个量子台球桌上。这张桌子有两个洞A和B。这些洞包含虫洞，它们共同形成了一个CTC。洞A发送量子球到过去的几分之一秒左右，量子球从洞B出现。

不像普通的台球，我们只能观察球的运动，在这里我们需要使用某种探测器来测量球，而且我们只能在球完成我们想要进行的任何实验后才能测量它们。我的球杆是一个发射量子球到洞A的发射器。我还在它所经过的路线周围设置了探测器。

实验设置，如果粒子从口袋B出来，它可能会在过去干扰自己，所以它可能会导致它不能进入口袋A。在这种情况下，我不会在量子球第一次进入洞A之前测量它，但第二次我将测量它。我们将第一种事件称为“时间轴α ”第二种称为"时间轴“β”。

考虑一下这里隐含的悖论：我们会在时间轴α上衡量一件事，在时间轴β上测量另一件事吗？

然而，事实证明，并不存在悖论。粒子将既进入虫洞又不进入它，既退出虫洞又不退出它，因为历史总和的原则，意味着粒子采取了所有可能的路径。因此，我们要测量的是粒子与自身的干涉图样。这两条时间线相互重叠。

但是我们如何得到一个像祖父悖论那样的真实悖论而不是一些干涉模式呢？我们可以这样做：与其让量子球干扰它自己，不如关闭发射它的机器，所以它永远不会发射。

在这种情况下，矛盾出现了，但这是一种错觉，因为正在发生的是，我们与叠加相互作用，并成为特定时间轴的一部分。这正是MWI提出的，我们与我们自己的交替副本存在于叠加关系中。

其他量子解释如何解决这个问题？大多数人支持可以改变时间轴的想法。方法如下：

超选择理论认为，交替的时间轴仍然处于叠加状态，但我们只能观测到一条。因此，那些我们自己的交替副本在某种程度上受到了身体上的抑制。其他方法如模态解释认为，备用时间线只是作为潜在时间线存在。

这两种解释基本上都支持我们可以通过改变波函数来改变时间轴，有效地从一个时间轴切换到另一个时间轴。因为它们在波函数中保持了一组叠加的时间线，所以不存在不一致性。

波米力学将有一个容易的时间，因为它保持了完整的波函数，但有另一组状态代表实际的现实。所以即使粒子关闭了自己的发射器，不再通过虫洞，波函数仍然通过虫洞！因此，备用时间线就像幽灵一样，允许时间线切换。

一致性或消隐历史解释引入了一种随机选择机制，使粒子在任何时候只有一种状态。然而，它并没有改变维持叠加态的量子力学方程。它只是将那些与测量结果一致的解释为“真实的”，而那些不一致的解释为“不真实的”。在这个意义上，它类似于波米力学，但没有为粒子添加明确的状态。当进行测量时，你可以推断它自始至终都是真实的。如果现实是矛盾的呢？只要你能为粒子构建一段一致的历史，就没有关系。类似于波米力学，之前的时间线就像一个幽灵，仍然在那里导致了现在，但在改变的时间线中不再可测量。

问题是，在没有多元世界的情况下，我们被固定在一个只有一个时间轴的单一世界里，然而量子力学仍然提供了一种改变时间轴的机制，因为波函数代表了所有可能的替代时间轴的幽灵性质。如果你不相信所有这些交替的时间线都是“真实的”，那么你仍然必须接受它们所代表的潜在影响是真实的。在量子实验中，我们展示了这些交替的现实一直在相互作用，但我们只测量其中一个。它是唯一存在的吗？在这一点上，这可能是形而上学。也许有一天我们会有一个真正的答案。

然而，由此得出的一个结论是，你可以通过改变过去而毁灭自己。但在量子力学中不会发生，因为波函数（包含你的交替自我）将拯救你。至于我们是否有自由意志，或者是否有其他的宇宙，还有待观察。