【物理常见问题】-[版权所有]

1994年更新。
乔恩·泰勒原创。


时间旅行：事实还是虚构？

我们将时间旅行定义为从某个地点出发并遵循的时间（从旅行者的角度（从久坐观测者的角度来看）提前到达同一地点。时间根据一位观察者的说法，旅行悖论源于这样一个事实，即出发发生在到达之后，而在到达之前根据另一个到达。在狭义相对论术语中，时间旅行意味着事件的顺序不是不变的。这违反了我们对因果关系的直觉观念。但直觉是不是一个万无一失的向导，所以我们必须小心。时间旅行真的不可能吗，还是仅仅是另一个“不可能”的意思是“大自然比我们想象的更奇怪”的现象。答案比你更有趣可能会想。

科幻小说范式

“B级电影”中无畏的计时员爬进他的时间机器看钟的画面根据目前的理论，当外面的人看着他回复到稚嫩的年轻时，外面的人会向后旋转，不可能的。在目前的理论中，时间之箭在任何特定的地方都只朝一个方向流动。 如果这不是真的，那么就不能在时空上强加四维坐标系，许多令人讨厌的结果会产生后果。然而，目前还没有排除这种情况知识。这通常需要一个不寻常的时空拓扑（由于通常是虫洞或字符串相对论）虽然还没有看到，但这是可能的。在这种情况下，宇宙表现良好在每个地方；只有通过探索全球属性，人们才能发现时间旅行。

保护法

有时有人认为时间旅行违反了保护法。例如，及时发送质量增加当时存在的能量。这不违反能量守恒吗？ 这个论证使用了整体守恒定律的概念，而相对论不变量公式物理方程意味着局部守恒。当地保护法告诉我们只有当物质从表面流入或流出时，小体积内部才会发生变化。全球保护法放弃了物质必须流经表面的假设：它整合了所有空间，并假设在无穷远处没有流入或流出。如果这个积分不能实现，那么整体守恒不跟随。所以，把质量及时送回可能没问题，但这意味着有些奇怪正在发生。（为什么我们不能做积分？）

广义相对论

至少自1949年以来，人们就知道GR中存在时间旅行的可能性（由库尔特·戈德尔（Kurt Godel）在[1]第168).哥德尔发现的GR时空具有现在所说的“闭合类时间曲线”（CTC）。CTC是粒子或人可以遵循的世界线，该世界线结束于相同的时空点（相同的位置和时间）。包含CTC的GR解决方案不能具有类似空格的嵌入空间有“孔”（比如甜甜圈孔，而不是在纸上打孔）。想成为时间旅行者的人必须离开巧妙地绕过或穿过洞。

哥德尔解决方案是一个好奇心，但对构建时间机器没有用处。最近的两项提议，Morris等人[2]和Gott等人[3]的一个，有可能实际产生实用装置（尽管如果你相信这一点，我有一座桥可以卖给你）。与哥德尔一样，在这些计划中什么都不是局部陌生；时空不寻常的拓扑结构导致了时间旅行。第一种方案使用虫洞（可能是黑洞的内部：参见[2]中的图1），它被打开并被操纵电磁力。第二种方案使用由无限长字符串生成的圆锥几何体如果两根绳子相互经过，聪明的人可以通过旅行回到过去图-字符串周围的右路径。在这种情况下，如果管柱直径非零且质量有限密度，有一个没有任何异常拓扑的CTC。

祖父悖论

随着广义相对论包含CTC的证明，人们开始研究自我和谐。基本上，问题在于“祖父悖论”：如果我们的时代旅行者在祖父出生前就杀了他？用更容易分析的术语，可以问粒子与其未来自身的量子力学干涉意味着什么。 Boulware[5]表明存在一个问题：单位性被破坏。这与何时的问题有关我们可以做上面讨论的全球守恒积分。这是“柯西问题”的一个例子[1，第7章]。

其他问题（以及逃生舱？）

如何避免一个悖论，即GR的简单解决方案具有QM没有的CTC比如？这不是一个将理论应用于预期领域的问题失败。一个相关的问题是时间机器的构造。毕竟，无限长的字符串不容易获得。事实上，已经证明[4]这个场景意味着总共4分钟的时空必须是类似太空的。这个似乎意味着一个人无法从任何非achyonic集合中构建时间机器物体，其4动量必须是类时的。存在以下实施问题虫洞法。

Tachyons公司

最后，一个可能相关的话题的转移。

如果超光速粒子作为物理物体存在，因果关系就不再是不变的。 不同的观察者将看到不同的因果序列。此效果只需要狭义相对论（而非GR），根据任何类似太空的轨道，可以找到粒子在其中向后或向前移动的参考帧时间。下面的一对时空图说明了这一点。必须有一个注意实际观察到的情况；观察到粒子在时间上向后移动成为一个向前运动的反粒子，所以没有观测者将其解释为时间

吨一个参考|事件A和C相同框架：放置。C首先出现。||事件B不在原因范围内|B事件A和C的域。----------A----------x（间隔类似于空格）。|C在这帧中，超光速粒子信号|从A-->B和C-->B移动。|也就是说，A和C是可能的原因事件B的。
另一个t参考|事件A和C不在同一位置框架：放置。C首先出现。||事件B不在原因范围内----------事件A和C的---------x域。|（间隔类似于空格）||C在此帧中，信号从|B->A和B->C。B是原因|其他两个项目的B。

这里出现了不寻常的情况，因为传统因果关系假设没有超光速运动。这个超光速子的例子是为了证明因果关系的直观概念可能有缺陷，因此在呼吁时必须小心常识。请参阅上的常见问题解答文章超光速子，了解更多关于这些怪异的信息假设粒子。

结论

时间机器的可能存在仍然是一个悬而未决的问题。这些都不是批评这两项提议的报纸愿意断然排除可能性。然而，时间机器的概念似乎带有一种一系列严重的问题。

工具书类

  1. Kip Thorn，“黑洞和时间扭曲”，诺顿公司，（1994年）。
  2. S.W.Hawking和G.F.R.Ellis，“时空的大规模结构”，剑桥大学出版社，（1973）。
  3. M.S.Morris、K.S.Thorne和U.Yurtsever，PRL，61, 1446 (1989).如何虫洞可以充当时间机器。
  4. J.R.Gott，III，PRL，66, 1126 (1991).宇宙弦对是如何作用的作为时间机器。
  5. S.Deser、R.Jackiw和G.’t Hooft，PRL，66, 267 (1992).对…的批评哥特。你不能建造他的机器。
  6. 华盛顿大学D.G.Boulware预印本UW/PT-92-04。可在hep-th@xxx.lanl.gov公告栏：项目编号9207054。质量管理中的统一性问题具有闭合的时间型曲线。 
  7. 《自然》，1992年5月7日。包含了一篇写得很好的评论和一些不错的数字。