T时光旅行一直是深受喜爱的科幻小说想法，至少从h·g·威尔斯(H.G. Wells)开始是这样时间机器在1895年。这个概念继续吸引着我们，虚构的方法不断出现，促使我们思考时间旅行在物理上是否可能，并且在面对它不可思议的悖论时是否具有逻辑意义。值得注意的是，去年有一部科幻电影阐明了这些问题，还有一个真实的科学结果，发表在《科学》杂志上，经典与量子引力，1这可能指向答案。
这部电影是编剧兼导演克里斯托弗·诺兰的杰作宗旨．像其他时间旅行的故事一样，宗旨使用时间机器。但不像其他故事，宗旨提出了一种新颖的机制，让这个“旋转门”机器将人或物送回自己的历史。这个机制是逆熵，它有真正的意义，因为熵通过热力学第二定律说明了时间的流动。
这个19世纪的物理定律认识到，在一个使用能量的系统中，比如蒸汽机或汽油机，一些能量会在摩擦过程中将其转化为热量而永远失去。熵是测量这种损失的数学量，它总是随着系统运行而增长。熵是“时间之箭”，因为它的增长方向必须指向未来。基于对熵增加的理解，宗旨他断言，熵的减少一定会产生到过去的旅行。
在这样的背景下，主人公(约翰·大卫·华盛顿饰)和尼尔(罗伯特·帕丁森饰)在名为“特尼特”的组织中为避免世界的毁灭而战斗。他们的敌人是俄罗斯寡头萨托(肯尼斯·布拉纳饰)，他与来自未来的敌对势力结盟，用“颠倒”的物体和人攻击当今世界。在主角和尼尔调查的过程中，他们经历了一些事件，如子弹飞回枪筒中，以及前进的主角和他的时间逆转的自己之间的战斗。在最后的场景中，两个特工利用前后时间来破坏萨托植入的破坏性装置，拯救了地球。这部动作电影充满了以错综复杂的前后元素和时间顺序吸引观众的场景和情节点。
关键的结果是广义相对论理论上允许穿越到过去。
宗旨因为它对熵的创造性使用而获得了一些分数，但这一点19世纪的科学并不令人信服。虽然熵的增加确实与时间的向前流动有关，但没有证据表明熵控制时间。事实上，熵在我们自身的身体中局部减少，然而我们在时间上是向前移动的，而不是向后移动。这也许可以解释为什么诺兰咨询了加州理工学院的理论物理学家基普·索恩——他曾为诺兰的早期电影工作星际(2014) -诺兰不得不承诺，“我不会把他的名字到处宣扬，好像有某种科学现实宗旨．这完全是两码事星际．”2
无论如何，讽刺的是宗旨是它让我们认为时间旅行会破坏我们对宇宙运行方式的理解。例如，科学家和哲学家认为，原因总是先于结果。法国科幻作家René Barjavel在他的小说中创造了“祖父悖论”Le旅客轻率的(一九四四年)，以英文出版未来三．这个时间旅行中矛盾的明显例子出现在宗旨主角和尼尔在思考他们与未来人类斗争的后果:
主角:我们是他们的祖先。如果他们毁了我们，那不是也毁了他们吗?
这让我们想到了祖父悖论，如果你回到过去杀死了自己的祖父，你怎么会生来就会做这种事呢?
主角:答案是什么?
尼尔:没有人回答。这是一个悖论。
在这个和其他想法的交流中，两个代理人注意到悖论存在，但只能暗示投机的解决方案，如“平行世界”和“多重现实”。尼尔最后用“发生了什么已经发生了”这句话对整个问题不屑一顾，两人又回到了行动中。祖父悖论在其他科幻小说中也有出现。在回到未来(1985)，时间旅行者马蒂·麦克弗莱试图操纵与他父母有关的早期事件，以确保他毕竟是在以下时间线出生的。像这样的情节转折很有趣，但并没有解决悖论。
小说也没有准确地解释我们如何穿越时间。在一些故事中，它是由巨大的不受控制的能量释放引发的“时间滑”，不由自主地发生的。在电影中最后的倒计时(1980)，一场海上风暴载着一艘现代化的美国海军核动力航空母舰和它的船员回到了1941年12月6日，珍珠港袭击的前一天;在埃德蒙·汉密尔顿的小说中世界尽头的城市(1951)，一颗原子弹把整个中西部城市和它的人民炸向遥远的未来。然而，赫伯特·乔治·威尔斯(H.G. Wells)却用他的时间机器让时间旅行成为了一种有意识的行为，但除了暗示它的运作与人类意识有关外，我们不知道它是如何运作的。虽然德罗宁时光机回到未来是最受欢迎的，我们没有被告知它是如何将速度和能量转化为时间旅行的。
这一发现表明，不同的路径会绕回时空中的同一点。
有什么真正的科学观点支持时间旅行吗?它们提供了解决矛盾的方法吗?答案就在相对论和量子物理学中。爱因斯坦的相对论——尤其是广义相对论，他的引力理论——将时间和空间直接视为时空连续体，即具有宇宙物理效应的宇宙结构。量子理论描述了亚原子的行为，但在解释广义相对论崩溃的宇宙过程时也是必要的，就像它在黑洞中那样，在宇宙的最初时刻。这就是为什么物理学家正在努力将这两种理论结合成一个统一的量子引力理论，从而对宇宙进行更完整的描述。
在星际在美国，诺兰利用广义相对论和量子引力来证明人和事物可能如何穿越时间。在这部电影中，人类需要逃离越来越不适宜居住的地球，太空探索者通过靠近黑洞和虫洞寻找遥远的宜居行星。虫洞是穿越时空的宇宙捷径，广义相对论预言，它会缩短宇宙两点之间的旅程。这产生了索恩详细研究过的新的时间效应。
广义相对论的一个真实结果是时间的流动是可变的。这就是引力时间膨胀，引力场越强，时间越慢。它出现在一个关键的星际宇宙飞船飞行员库珀(马修·麦康纳饰)在黑洞附近的强大引力中只老了几个小时，但他意识到自己留在地球上的小女儿墨菲也老了几十年。10岁时，他迫切地想回到过去和她交流;但这种相互作用不应该将信息从未来带到过去，这是时间旅行会造成的另一种违反。索恩利用量子引力理论巧妙地解决了这个问题。量子引力理论允许库珀回到墨芙身边，通过推动物体产生她感觉得到的引力来与墨芙交流，而不会破坏任何东西。索恩还在为电影而写的书中描述了另一种形式的时间旅行，虫洞让我们有可能回到过去。3.
由于我们还没有一个完整的、经实验证实的量子引力理论，这些想法都是推测的，而不是确定的。对于这种时间旅行是否可能，物理学家们还远没有达成一致。斯蒂芬·霍金认为虫洞时间机器永远不会工作——更进一步，他提出了他的“时序保护猜想”，物理学定律必须禁止时间旅行，以防止悖论。
但是科学已经对时间旅行的可能性提出了新的观点。在他们2020年的论文中经典与量子引力物理学家热曼·托巴尔(Germain Tobar)和法比奥·科斯塔(Fabio Costa)指出，根据广义相对论，时间旅行可能是可能的，而且比之前认为的破坏性更小。
特尼特因其对熵的创造性使用而获得了好评，但它并不令人信服。
要理解其中的原因，首先要认识到，广义相对论取代了牛顿的万有引力理论，证明了物质直接影响时空。这反过来又决定了事物和人如何在空间和时间中移动。例如，与牛顿理论中提出的行星引力不同，一个巨大的太阳扭曲了周围的时空，所以行星的自然轨道是围绕太阳运行的。这正是我们所经历的:地球绕着太阳转，一年后回到太空中的起始点。Tobar和Costa注意到的是，物质的其他安排会在时空中产生不同的路径，这些路径会回到最初的位置，更重要的是，也会回到最初的时间。由于隐藏在相对论历史中的原因，这些路径被称为封闭的时间型曲线(ctc);但关键的结果是，广义相对论理论上允许穿越到过去。
这仍然有可能产生无法解决的矛盾。各种分析表明，这些可以通过限制一个人可以做出的选择来避免，但这提出了这样做会扼杀自由意志的反对意见。Tobar和Costa意想不到的发现是，在特定的广泛条件下，不仅仅是一个而是多个ctc存在，它们沿着不同的路径循环回到时空中的同一点。时间旅行者跟随这些ctc中的任何一个，最终会在同一时间和地点结束，根据作者的说法，这消除了破坏性的悖论，但允许旅行者在不同的时间中自由选择不同的生活路径。
不过，需要澄清的是，这些理论结果还没有一个是时间机器的蓝图。从理论中获得有效的数学结果与将其转化为实际的工作装置之间有很大的差距。障碍可能是巨大的;例如，在广义相对论中，一种物质的分布会产生像Tobar和Costa所描述的CTC是一个长圆柱体。这在自然界中不会发生，必须建立在超越人类工程的宇宙尺度上。但是，由于广义相对论需要与量子物理学相结合才能完全描述宇宙，量子引力理论可能会产生不同的可能性。然后我们就能更好地理解空间和时间，也许最终决定时间旅行是否可行，如果可行，如何实现它。
然而，一个完整的量子引力理论可能还有很长的路要走，因为在广义相对论中，很难将离散的量子粒子和能量包与平滑变化的时空宇宙结构结合起来。在我们等待的同时，编剧和像诺兰这样的电影制作人可能会考虑之后再拍一部引人入胜的电影宗旨在那里，那些想要穿越时空的人敢于看到那些封闭的时间型曲线将他们带到哪里。
西德尼伯寇维兹是埃默里大学坎德勒名誉物理学教授。他最近的书是物理学:一个非常简短的介绍，真正的科学家不打领带，和科学的草图(即将出版)。
参考文献
1.具有封闭时间型曲线和自由选择的可逆动力学。经典与量子引力37205011(2020)。
2.“我做过的最大的电影”克里斯托弗·诺兰在特尼特的秘密世界。悉尼先驱晨报(2020)．
3.索恩,K。星际旅行的科学W.W. Norton & Company，纽约，纽约(2014)。
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