今年热播剧《开端》里，一辆公交车发生了爆炸，主角俩为了找出爆炸的真相拯救车内的人，一次次回到公交车爆炸前去排查，并一次次失败后又再次一次次回去排查……这是电视剧里的故事，在现实中可能吗？
回到过去改变过去这个话题很早就存在，自人们从爱因斯坦的相对论在时空几何中发现时空的BUG，在科学上提出了回到过去的可能性，人们对此的讨论就乐此不疲，相关科幻小说和影视作品层出不穷，而《开端》也是其中之一。
很多科学爱好者在提到回到过去时，都会坚定地认为这不可能，这不科学……但其实在一套全新的时空理论——相对论里，我们就能得到一种科学的时空穿越可能性。
上世纪初，爱因斯坦提出了划时代的狭义相对论，统一了时间和空间，并在随后提出的广义相对论中统一了时间、空间和质量、能量的关系。后来科学家在研究他的理论时发现，他的理论给出了时间穿越回到过去的多种可能性！
在相对论里，回到过去存在多种可能的形式，比如超光速运动、虫洞时间机器、闭合类时线、白洞内的逆时运动……
狭义相对论下的时间逆转——超光速运动狭义相对论改变了过去数千年关于时间和空间的认知，它把时间和空间统一了起来，并与物质的运动建立了关系，当物体在空间上的运动速度趋近光速，时间会变得越来越慢，这样推论下去，在达到光速时，时间就会停止。那么继续推论下去呢？当超过光速，是不是就该时间倒流——在时间上倒着走了？
虽然在狭义相对论里，由于时间膨胀和质量膨胀的共同作用下，物体是无法通过有限加速达到光速的，但这并不影响我们的脑洞(^_^)。
虫洞是广义相对论的弯曲时空下运行存在的一种几何结构，它能连接两个不同的时空区域，而这两个时空区域的时间流速如果存在差异我们就可以通过这种差异实现时间穿越回到过去。在相对论下，无论是引力还是运动速度，都能产生这种时间流速的差异，电影《星际穿越》的科学顾问，诺贝尔物理学奖得主基普·索恩就据此设计了一种时间机器：
在同一空间里制造一个普通的时空虫洞并得到一对洞口A和B，把其中一个洞口A留在地球，另一个洞口B带上亚光速飞船飞离地球一段时间，比如10年后回到地球，由于飞船上的时间膨胀效应，使两个洞口经过的时间不同，比如地球上的洞口A过去了10年，而洞口B则只过去了1年。这样，两个洞口就存在9年的时间差，这时，我们从B洞口进去，就会回到9年前从A洞口出来，这样就实现了时间穿越。而如果我们从A洞口进去，则会在9年后的B洞口出来……一台时间机器就这样制造出来了，不过从上面的描述你能看出来，这个时间机器最早只能穿越到制造这个虫洞的时候，不能更早了……
而这个穿越方案的问题就是：怎么制造这个虫洞和怎么让亚光速飞船带走洞口B……
无限时间循环——闭合类时线在广义相对论里还有一种诡异的几何结构，在黑洞内的特殊条件下，时间维度会产生闭合，形成一个闭环！比如在高速自旋的克尔黑洞的奇环（黑洞奇点在高速自旋离心力作用下变成环状）内，就会产生这样的特殊时间闭合区。在这个闭环内你能从任意时间进去，又从任意时间出来。但是理论上这样的奇异区域只能产生于黑洞内奇点附近，而黑洞视界把黑洞内和黑洞外隔绝了，因此，闭合类时线造成的因果律破坏并不影响外界宇宙。
不过有科学家曾经提出过，在特殊的物理条件下，视界可能会消失使奇点裸露出来，比如克尔黑洞的自旋超过阈值就会使奇环的半径超过了视界半径从而裸露在外界宇宙中，他们称之为裸奇点。为了避免这种情况出现，科学家提出了宇宙监督假说，认为物理定律不允许裸奇点出现，黑洞无法达到产生裸奇点的物理条件。
很多科学爱好者都可能听到过白洞这种天体，很多科普书在讲到黑洞时，都会顺带提到白洞。在广义相对论里，白洞是黑洞的时间反演。黑洞视界里，时间和空间互换，下落物质会从沿空间落向中心的奇点变成沿时间落向时间的终点——奇点。而白洞则相反，在白洞的视界里，物质会从中心奇点里沿着时间的反方向往视界运动，相当于白洞内的物质在“回到过去”。
不过有人认为白洞的奇点并不是时间的终点，而是时间的起点，这样就避免的回到过去这样的时间悖论，物质只是从中心奇点处沿时间的方向向外运动。但这种说法也有毛病，那就是白洞的奇点不再是提供引力，而是提供斥力，也就是白洞的奇点是一个曲率负无穷大的负曲率空间。而负曲率就意味着它包含的是负能量，那么负能量的奇点辐射出来的又是什么呢？……
总而言之，白洞似乎并不是一种适合在正常宇宙存在的天体……
稳定宇宙的不稳定因素——时间循环导致的能量增益理想很丰满，现实很骨感，虽然理论上在特定条件（比如虫洞时间机器）下允许回到过去，但实际上当我们从理论回到现实，这几乎是不可能的。首先它破坏了宇宙赖以存在的因果律和能量守恒！在单一的历史里，一个违背因果律的宇宙是不可能稳定存在的，任何事物都会因原因的改变而破坏消失，同时会导致大量的因果悖论出现。而一个连接过去与未来的通道则会把未来的能量（比如光辐射）源源不断地传送回过去，增加了过去的能量然后增加后的过去的能量又沿正常的时间线到达未来的入口，导致从入口回到过去的能量增加，这样在虫洞不断循环增益作用下，虫洞时间机器所连接的过去和未来的一切就会被不断增加的能量摧毁……
前面说的问题都出在单一历史，假如宇宙拥有多个历史呢？问题就迎刃而解。假如每一次回到过去就产生一个新的历史，这样就不会导致能量堆积的问题，也不会产生因果悖论的问题。
有没有这样的可能？有，这就是量子力学的多世界诠释，也就是我们常听说的平行宇宙。在平行宇宙下，每一次回到过去就会创造新的历史，或者可以理解为你去了一个特殊的未来，因为在平行宇宙理论里，这个所谓的过去就是你的未来，你只能一直到你的未来，而无法回到你穿越前的那个世界……因此，即使在平行宇宙下，时间上逆行依然没有发生。
总体来说，由于因果律的制约，在过去未来里自由穿越这种事在一个稳定的宇宙中是不太可能的。我们能做的就是珍惜现在，创造更好的未来！
我之前写过一篇探讨时间悖论的文章，有兴趣可以看看：
时间旅行与时间悖论——关于时间虫洞的深入探讨
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