时间旅行“理论上可行”

来源：参考消息网

据美国趣味科学网站1月8日报道，长期以来，时间旅行一直被认为是不可能的，部分原因是臭名昭著的“祖父悖论”。这个难题问的是，如果有人“穿越”回到过去，并阻止自己的祖父生儿育女，从而抹去了穿越者的存在会发生什么？然而，一项新的研究可能已经解决了这个问题。

我们对时间的日常理解植根于牛顿物理学，即事件从过去到未来呈线性发展。但爱因斯坦于1915年完成的广义相对论挑战了这一直观假设。它揭示了时空结构可以以违背常识的方式运行，黑洞等现象就是证明。它最令人着迷的预测之一是可能存在封闭类时曲线——时空路径可以自我循环，理论上可以让旅行者重回过去。

研究作者、美国范德比尔特大学物理学家洛伦佐·加瓦西诺通过电子邮件告诉趣味科学网站：“在广义相对论中，所有形式的能量和动量都是引力的来源——不仅仅是质量。这意味着如果物质在旋转，它可以‘拖拽’时空。虽然这种影响在行星和恒星上可以忽略不计，但如果整个宇宙都在旋转呢？”

在一个所有物质都在旋转的宇宙中，时空可能会变得如此扭曲，以至于时间实际上会反向弯曲，形成一个循环。理论上，一艘沿着这样一个环路行驶的宇宙飞船可以回到它的起点，不仅在空间上，而且在时间上。虽然我们的宇宙整体上似乎并没有以这种方式旋转，但旋转的质量——比如黑洞——可以产生类似的效果，为封闭类时曲线创造潜在的环境。

时间旅行面临的最大挑战之一在于它所创造的悖论。祖父悖论只是一个例子。出现这些问题的原因是，我们假设热力学定律，即支配热量和能量的定律，会在时间循环中正常运作。

加瓦西诺说：“事实上，熵增定律——一个衡量系统无序程度的热力学量——是唯一区分过去和未来的物理学定律。据我们所知，熵是我们记住过去事件而无法预测未来事件的唯一原因。”

熵支配着我们许多日常体验，从身体衰老的方式到我们处理记忆的方式。即使是像走路这样的简单动作，也依赖于摩擦力，而摩擦力本身会增加熵。那么，这些过程在时间循环中会如何表现呢？

加瓦西诺的研究于2024年12月12日发表在《经典引力和量子引力》杂志上，这项研究提供了一个有趣的解决方案。他从物理学家卡洛·罗韦利的研究中汲取灵感，证明了热力学行为在封闭类时曲线上会发生根本性的变化。在这样的循环中，会出现可以消除熵的量子涨落——这个过程与我们在日常生活中所经历的完全不同。

这些波动可能会对时间旅行者产生巨大影响。例如，随着熵的减少，一个人的记忆可能会消失，衰老也会逆转。加瓦西诺问道：“熵增加是我们死亡的原因。如果逆转死亡，会发生什么呢？”这种现象甚至可以使不可逆转的事件（比如杀死自己的祖父）在时间循环中暂时消失，从而使悖论完全失效。

加瓦西诺说：“过去大多数物理学家和哲学家都认为，如果时间旅行存在，大自然总会找到一种方法来防止矛盾情况的出现。有人提出了‘自洽性原则’，认为万事万物都应该保持一致，以创造一个逻辑上连贯的故事。我的研究首次直接从已经确立的物理学定律中严格推导出这一自洽性原则。具体来说，我应用了量子力学的标准框架——没有附加假设或有争议的假设——并证明了历史的自洽性自然遵循量子法则。”

虽然加瓦西诺的研究成果为时间旅行提供了一个令人信服的理论框架，但问题仍然存在：封闭类时曲线是否真的存在于现实宇宙中？大多数物理学家对此持怀疑态度。例如，1992年斯蒂芬·霍金提出了著名的“时序保护猜想”，认为物理定律可能首先就阻止了时间循环的形成。这可能涉及时空在循环建立之前变得异常——或崩溃。

尽管如此，加瓦西诺的工作对于拓展我们的认知界限很有价值。

即使时间循环并不存在，对其理解和建模也能让我们深入了解物理世界真实的现象。例如，探索真实的熵如何在亚原子尺度上沿着封闭轨迹演变和表现，可以对亚原子系统的行为及其热力学原理产生引人入胜的见解。