去未來旅行是可能的，但是“回到”過去就會遇到麻煩。回到未來——80年代標(biāo)志性的電影的三部曲——提供了一個誘人的可能性：回到過去修正當(dāng)時犯下的錯誤，并且能夠前往未來，并相應(yīng)地調(diào)整自己的行為。這是每個完美主義者的夢想。

但是對于這些“幻想”，物理學(xué)有話說，首先，時間旅行的概念并不屬于科幻小說的“虛構(gòu)”范疇，科學(xué)事實(shí)是無論你做什么，你都無法控制自己不去做的一件事！無論你保持完全靜止還是加速到接近光速，在你自己的參照系中，你總是以同樣的速度穿越時間。當(dāng)然，這聽起來不是一個很深奧的論斷，但是當(dāng)愛因斯坦在1905年提出狹義相對論時，這只是它令人震驚的含義之一。

另一方面，我們了解到光子——或者任何質(zhì)量為零的粒子——在它們的參照系中根本無法經(jīng)歷時間：從一個光子被發(fā)射到它被吸收的瞬間，只有大質(zhì)量的觀察者(比如我們)才能看到時間的流逝。從光子的參照系來看，整個宇宙在其運(yùn)動方向上收縮到一個點(diǎn)，吸收和發(fā)射同時發(fā)生：瞬間發(fā)生。

但是我們有質(zhì)量。對于任何有質(zhì)量的物體，總是被限制在低于光速的速度運(yùn)動。不僅如此，無論你相對于其他物體的運(yùn)動速度有多快——無論你是否在加速——你總是會感覺到光以一個恒定的速度運(yùn)動：真空中的光速。

它帶來了一個迷人的結(jié)果：如果你觀察一個人相對于你在運(yùn)動，他們的時鐘會變慢。

想象一個“光鐘”，或者一個工作原理是光在兩個鏡子之間上下反射的時鐘。運(yùn)動中的人相對于你移動得越快，光的速度就會越橫向移動，而不是上下移動，因此他們的時鐘就會顯得越慢。

同樣的道理，你的時鐘相對于它們也會顯得慢一些；他們會看到你的時間過得更慢！顯然，這不可能對你們兩個都是這樣：當(dāng)你們再次在一起時，你們中的一個會變老，另一個會更年輕。

這就是愛因斯坦“孿生悖論”問題的本質(zhì)。簡短的回答：假設(shè)你們開始在同一個參照系(例如地球上)，有一個人跑去星際旅游了，速度非常快，他的時間就會變慢，而在家的人仍然會保持正常的“時間速度”。

所以，如果你想在時間中快速前進(jìn)，只要加速到一個快(接近光速)的速度，以這個速度移動一段時間，然后回到最初的位置休息。這樣做，你就可以——根據(jù)你的設(shè)備的理論質(zhì)量——在未來旅行幾天、幾個月、幾十年、幾十億年，甚至幾十億年！

你可以見證人類的進(jìn)化和毀滅、地球和太陽的盡頭、我們星系的離解、宇宙本身的熱死亡。只要你在你的宇宙飛船里有足夠的能量，你就可以隨心所欲地遨游到遙遠(yuǎn)的未來。

但“回到過去”就是另一回事了。簡單的狹義相對論，或者說空間和時間的基本關(guān)系，就足以讓我們進(jìn)入未來。但是如果我們想要回到過去，我們需要回到廣義相對論，或者時空與物質(zhì)和能量之間的關(guān)系。在這種情況下，我們把空間和時間看作是一個不可分割的結(jié)構(gòu)，而物質(zhì)和能量是扭曲它的原因，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)本身的變化。

就我們所知的宇宙而言，時空是相當(dāng)無聊的：它幾乎是完全平坦的，幾乎沒有彎曲，而且形狀或(可辨識的)形式也不會自我循環(huán)。

但是在一些模型宇宙中——在愛因斯坦廣義相對論的一些解中——你可以回到你過去。如果空間自我循環(huán)，你可以朝一個方向旅行很長很長時間，最后回到你開始的地方：一個封閉宇宙的結(jié)果。

你不僅可以用封閉的類空曲線求解，還可以用封閉的類時曲線求空時，這意味著你可以回到未來！

但這是一個數(shù)學(xué)解。然而，這數(shù)學(xué)描述了我們的物理宇宙嗎？事實(shí)似乎并非如此。我們的宇宙所需要的曲率和/或不連續(xù)性與我們所觀察到的極不相容，即使是在中子星和黑洞附近。

我們的宇宙可能在旋轉(zhuǎn)，但觀測到的旋轉(zhuǎn)極限是我們所渴望的閉合類時曲線的1億倍，這一極限過于嚴(yán)格。如果你想在時間上前進(jìn)，加速的德洛倫——假設(shè)“加速”的意思是相對論性的——會把你帶到那里，加速的火車也會，這是愛因斯坦最初的想法！

但倒退呢？也許你不能回到過去，阻止你的父親娶了你的母親，制造一個時間悖論。

撇開《飛出個未來》不談，時光倒流的想法很可能會繼續(xù)讓人類著迷，但幾乎可以肯定的是，時光倒流將永遠(yuǎn)是虛構(gòu)的。這在數(shù)學(xué)上不是不可能的，但宇宙是建立在物理學(xué)的基礎(chǔ)上的，物理學(xué)是數(shù)學(xué)解的一個特殊子集。在這種情況下，我們想通過回到過去來糾正錯誤的夢想很可能只存在于我們的想象中。