摘要：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”。这个难题问道，如果有人回到过去并阻止他们的祖父生孩子，从而抹去旅行者的存在，会发生什么。然而，一项新的研究可能已经解决了这个问题。

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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”。这个难题问道，如果有人回到过去并阻止他们的祖父生孩子，从而抹去旅行者的存在，会发生什么。然而，一项新的研究可能已经解决了这个问题。

通过结合广义相对论、量子力学和热力学，该研究表明，时间旅行可能是可行的，而不会导致这些逻辑矛盾。

我们对时间的日常理解植根于牛顿物理学，其中事件从过去线性发展到未来。但爱因斯坦于 1915 年完成的广义相对论挑战了这一直觉假设。它揭示了时空结构可以以违背常识的方式表现，黑洞等现象就证明了这一点。它最吸引人的预测之一是可能存在封闭的类时间曲线——穿越时空的路径会自行循环，理论上允许旅行者重新访问过去。

“在广义相对论中，所有形式的能量和动量都是引力源——而不仅仅是质量，”该研究的作者、范德堡大学的物理学家洛伦佐·加瓦西诺 （Lorenzo Gavassino） 说。“这意味着，如果物质在旋转，它可以'拖动'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自行弯曲，形成一个循环。理论上，沿着这种循环行驶的宇宙飞船可以返回其起点，不仅在太空中，而且在时间上。虽然我们的宇宙作为一个整体似乎没有以这种方式旋转，但旋转的质量（例如黑洞）可以产生类似的效果，为封闭的时间曲线创造潜在的环境。

时间旅行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。这些问题的出现是因为我们假设热力学定律，即控制热量和能量的定律，将在时间循环中正常运作。

“事实上，熵增加定律——衡量系统中无序程度的热力学量——是唯一区分过去和未来的物理定律，”加瓦西诺说。“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。”

熵支配着我们的许多日常经历，从我们的身体衰老方式到我们处理记忆的方式。即使是简单的动作，比如走路，也依赖于摩擦力，而摩擦力本身会增加熵。那么这些进程在时间循环中将如何表现呢？

Gavassino 的研究于 2024 年 12 月 12 日发表在《经典与量子引力》杂志上，提供了一个有趣的解决方案。他从物理学家 Carlo Rovelli 的工作中汲取灵感，证明了热力学的行为在闭合的时间曲线上发生了根本性的变化。在这样的循环中，量子涨落出现，可以消除熵——这个过程与我们日常生活中经历的过程截然不同。

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，衰老会逆转。“熵的增加是我们死亡的原因。当你倒置死亡时会发生什么？“加瓦西诺问道。这种现象甚至可以使不可逆转的事件，比如杀死一个人的祖父，在时间循环中成为暂时的，完全使这个悖论无效。

“过去大多数物理学家和哲学家都认为，如果存在时间旅行，大自然总会找到一种方法来防止矛盾的情况，”加瓦西诺说。“引入了一个'自洽原则'，建议一切都应该保持一致，以创造一个逻辑连贯的故事。我的工作首次直接从已建立的物理学中严格推导出这种自洽原则。具体来说，我应用了量子力学的标准框架——没有额外的假设或有争议的假设——并证明了历史的自洽性自然而然地遵循量子定律。

虽然 Gavassino 的发现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：闭合的类时间曲线真的存在于真实的宇宙中吗？大多数物理学家都持怀疑态度。例如，在 1992 年，斯蒂芬霍金提出了一个著名的“时间保护猜想”，提出物理定律可能首先阻止时间循环的形成。这可能涉及时空在建立循环之前变得单一或崩溃。

尽管如此，Gavassino 的工作对于突破我们理解的界限很有价值。

霍金当时说：“我发现这个话题的有趣之处在于，它迫使我们思考熵在产生我们对宇宙的体验中的作用，这可能是我在所有物理学中最喜欢的话题。

即使不存在时间循环，理解和建模它们也可以提供对真实现象的见解。例如，在亚原子尺度上探索真实熵如何沿着封闭轨迹演化和行为，可以对亚原子系统的行为及其热力学产生迷人的见解。

来源：汤姆聊科学