時間旅行

時間旅行或稱時空旅行、時光旅行或穿越時空等，泛指人或物體由某一時間點移至另一時間點，類似在空間中的移動。所有事物都順著時間一分一秒地自然前進，因此這裡的時間旅行單指違反這種自然時間變化的方式：前往未來，或是回到過去。這在哲學和中是廣為人知的概念。時間旅行通常藉著存在於假想中的時間機器進行，這概念因1895年H·G·威爾斯的小說《時間機器》而普及起來。根據目前的物理學，無法確定是否可能進行回溯時間旅行；而在狹義相對論和廣義相對論的架構下，朝向未來的時間旅行已被透徹瞭解，且是經過大量觀測的現象。然而，現今的科技無法讓一物相對於另一物的時間超越或延遲超過幾毫秒。至於回溯的時間旅行，找到允許這件事的廣義相對論解不是不可能，但符合該解的條件可能在物理上無法達成。理論物理學對時空旅行的支援非常有限，通常只牽涉到量子力學或蟲洞。時間旅行概念的歷史.一些古老的神話描繪了跳躍至未來的人物。印度神話中，梵文史詩《摩訶婆羅多》提到國王的故事。故事中的國王前往天堂與創造神梵天會面，回到地球後發現已經過了許多年。佛教的《巴利三藏》提到時間的相對性，其中《弊宿經》講述佛陀一位主要門徒摩訶迦葉解釋天堂的時間流逝和地球不同。《日本書紀》首次描述的日本故事〈浦島太郎〉講述一位名浦島太郎的年輕漁夫造訪了海底的宮殿，三天後回家時發現外界已經過了300年。《後漢書·郡國志》中記載了〈爛柯山〉的故事：有個人上山砍柴，看到兩個人在下棋，便於一旁觀棋。他才觀棋不久，手上斧頭的握柄已經爛掉了，回家後更發現世間已過了百年。科幻.早期的科幻故事的特點為讓角色沉睡多年，醒後發現身處改變了的社會，或被超自然現象送至過去。所著的《》等作品，就是用這樣的手法來進行時間旅行。最早描繪回溯時間旅行的作品不確定為何者。的《》。查爾斯·狄更斯的《小氣財神》講述一個不知名存在的故事，可能是最近死去的人的靈魂，他藉由阻止約瑟的奴役而干涉了古埃及的歷史。這可能是第一個以時間旅行為基礎建立架空歷史的故事。:54早期時間機器.〈〉是首批藉著時間機器進行時間旅行的故事之一，由所著，並於1881年刊登在《紐約太陽報》上。然而該時間機器的運作機制屬於幻想的範疇，此機器是一個不尋常的時鐘，它的時間會往回跑並將周圍的人送回過去。作者沒有對時鐘的性質多作解釋。:55恩裡克·加斯帕爾-林包的《逆時間而行者》讓藉著機械進行時間旅行的概念普及了起來。哲學.古希臘時代的哲學家已經開始討論時間的本質，如巴門尼德提出「時間是幻覺」的觀點。幾個世紀後，牛頓-{支援}-絕對時間的概念，而同時代的萊布尼茲認為時間只是事件之間的關係，不能獨立表達。其中後者最終產生了相對論的時空觀。當下主義與永恆主義.許多哲學家認為，相對論意味著永恆主義，即過去和未來在真正意義上存在，而不僅僅是曾經發生或將要發生的變化。科學哲學家迪恩·瑞克爾斯不同意其中一些描述，但指出「哲學家之間的共識似乎是，狹義和廣義相對論與當下主義不相容。」一些哲學家認為時間的維度和空間的維度相等，未來的事件就像空間中不同地點一樣「已經存在」了，客觀的時間流並不存在；不過這種觀點有爭議。是一個哲學學派，認為未來和過去對於現在只是已經發生或將要發生的變化，沒有真正的存在。這種觀點認為不存在可以前往的未來和過去，因此不可能進行時間旅行。西門·凱勒認為，即使過去和未來的對像都不存在，關於過去和未來的事件仍有可以確定的事實，因此未來的時間旅人決定回到現在的事實可能可以解釋時間旅人出現於現在的原因；這些觀點受到一些人質疑。古典時空的當下主義認為只有現在存在；這與狹義相對論有所衝突，如下例所示：甲和乙是事件 formula_1 的同時觀察者。對甲而言，事件 formula_2 與 formula_1 同時發生，但對於乙，事件 formula_2 已經發生或尚未發生。因此，甲和乙認為的「現在存在的東西」並不相同，這與古典的當下主義相矛盾。「此時此地當下主義」試圖透過承認單一點的時間和空間來調和這一點。結果差強人意：除非並不存在一個，也就是不存在「真正的」存在，否則成為和離開「此時此地」的物體將在真實和不真實之間交替。「相對論的當下主義」承認無限多參考系的存在，每個參考系同時發生的事件可能不同，因此無法區分單個「真實」存在，也就是所有事件都是真實的——處於當下主義和永恆主義之間的模糊地帶——或者每個參考系都存在於它自己的現實中。狹義相對論中當下主義的選擇似乎已經用盡，但是哥德爾和其他人認為當下主義可能對某些形式的廣義相對論有效。一般而言，絕對時間和空間的概念被認為與廣義相對論不相容：對於在不同時間發生的事件的絕對位置沒有普遍的真理，因此沒有辦法確定某一時間、空間中的某個點，在另一個時間是否處於所謂「相同的位置」，而且根據微分同胚不變原理，所有座標系統都處於平等地位。祖父悖論.祖父悖論為反對時間旅行的常見論點之一。如果能夠回到過去，時間旅人改變的任何事情都會和他出發時空的事實產生矛盾。祖父悖論通常描述了一個人回到過去並殺死自己的祖父，從而抹殺自己父親或母親的存在，間接也抹殺了自己存在的根據。哲學家因這些悖論而質疑應該不可能進行時間旅行。一些哲學家則認為可能可以回到過去，但不可能對過去做出任何實質改變，這個概念類似於物理學上的諾維科夫自洽性原則。本體論悖論.可共存性.根據的哲學理論，若要考慮時間旅行的背景下可能發生的事，則必須考慮到所有與該情況相關的事情脈絡。如果過去以某種方式發生了某件事，那件事在過去便不可能再以其他方式呈現。為了防止邏輯上的矛盾，時間旅人造訪過去所能發生的事限定為已經發生過的事。自洽性原則.以伊戈爾·德米特里耶維奇·諾維科夫命名的諾維科夫自洽性原則指出，時間旅人或其所採取的任何行動都是歷史的一部分，因此時間旅人絕不可能「改變 」歷史。時間旅行的行為可能是他們自己過去事件的原因，這可能會導致因果迴圈，有時稱為命定悖論、本體論悖論或鞋帶悖論。羅伯特·海萊因的故事《》普及了鞋帶悖論一詞。諾維科夫的自洽性原則提出，時間旅人所在的時空區域和任何其他時空區域的本地物理定律不可能有任何不同。哲學家凱利·羅斯可以變新並減少熵。因此，世界線形成環的物體可以在其歷史上的同一點始終處於相同的狀態。:23物理學中的時間旅行.根據狹義相對論和廣義相對論等，恰當的時空幾何或空間中特定的移動方式可能可以容許進行朝向過去或未來的時間旅行的可能性。閉時曲線是世界線在時空中形成的閉環，容許物體回到自身的過去。廣相中有描述時空的方程，已知有些方程的解包含閉時曲線，如。不過那些解物理上的可信性仍不確定。許多科學社群認為不太可能實現回溯的時間旅行。所有容許時間旅行的理論均會產生上的問題，祖父悖論就是經典的例子：「若有人回到父親出生前的過去，並殺了自己的祖父，會發生什麼事？」諾維科夫和等物理學家表示，藉由諾維科夫自洽性原則或多世界詮釋的變體可避免此類時間悖論。命定悖論是時間旅行的另一個悖論。廣義相對論.某些廣相時空幾何容許超光速旅行，而那樣的時空幾何理論上容許進行回溯的時間旅行，如、允許雙向通行的蟲洞、阿庫別瑞引擎。:33–130根據半古典重力理論，考慮量子效應的情況下，廣義相對論在科學基礎上容許回溯的時間旅行；反之若不考慮量子效應，這些可能性便不存在。這些半古典論證使霍金架構出時序保護假說，暗示自然基礎法則會阻止時間旅行。然而，缺乏完全統一了量子力學和廣相的量子重力理論的情況下，物理學家對此事無法給出明確的判斷。:150時空幾何.廣義相對論以決定時空度規的場方程組描述宇宙。這些方程有精確解，解裡包含了封閉類時曲線。閉時曲線是和自身相交的世界線，造成那個交點的因是過去的那個點，這個點未來的果也是該點，這情況和時間旅行類似。這種解首次被庫爾特·哥德爾提出，被稱為。但這種解要求宇宙必須有某些物理特性，而有些特性是以前並沒顯示擁有的:499，如旋轉和缺乏哈伯膨脹。廣相是否對所有實際條件禁止閉時曲線這點仍在研究。蟲洞.蟲洞是一種假想中扭曲的時空，是廣相中愛因斯坦場方程的一個解。:100假想中，藉由可穿越蟲洞進行時間旅行的時間機器以下列方式運作：將蟲洞的一端用某種先進的加速到接近光速，再拉回原本所在的位置。另一種方法是將蟲洞的一個入口移到比另一個入口更大的重力場之中，再將它拉到另一入口附近的位置。因為時間膨脹的關係，這兩種方法會讓蟲洞外部的觀察者覺得兩端的時間過得不一樣：被移動那端經過的時間比靜止那端來的少。然而，蟲洞中時間流逝的方式和外部不同，無論兩端如何移動，蟲洞兩端的同步時鐘始終維持同步，穿越蟲洞的觀察者觀察到的也是如此。:502這代表進入被移動端的觀察者會在同一時間從靜止端出來，在外部觀察者看來即是回到了過去。這種時間機器有個重大限制，就是它最早只能回到最初創造機器的時候:503。本質上來講，它更像一條時間通道，而非能穿越時間的裝置。而且，它不會允許時間機器的技術本身回到過去。根據目前的理論，蟲洞若要讓物體穿越，必須存在具有負能量的物質，該種物質通常稱為異物質。技術上而言，蟲洞時空要求的能量分佈違反了各種能量條件，如零能量條件、弱能量條件、強能量條件、主能量條件。然而，已知量子效應允許在可測量範圍內稍微違反零能量條件:101，而且由於量子物理學中的卡西米爾效應，許多物理學家認為負能量確實可能存在。早期的計算表明需要的負能量非常大量，不過後來的計算顯示負能量的量可以任意小。於1993年認為，如果沒有誘導量子場中：時鐘在井中處的位置越深，時間過地越慢；校準全球定位系統衛星上的時鐘時必須考慮到這個效應，而且該效應會使處在黑洞等大重力井不同距離處的觀察者老化速率有著顯著差異。:33–130根據這個原理，時間機器可以是直徑5公尺但有木星質量的球殼。位於其中心的人的時間會比遠處的人慢四倍，也就是以四倍的速度向未來前進。不過短時間內，人類還無法發展出將大型行星的質量擠進如此小的結構的技術。:76–140現有的技術只能將人類旅人的年齡減緩極小的時間，目前的紀錄為宇航員謝爾蓋·阿夫傑耶夫，比地球上的人少了20毫秒。虛構作品中的時間旅行.科幻作品和媒體中的時間旅行主題通常可分為三類：不可變時間軸、可變時間軸、互動多世界詮釋中的架空歷史。虛構作品中的時間軸通常是指歷史中所有物理事件，因此在可以改變事件的時間旅行中，時間旅人的行為會改變或創造新的時間軸。時間軸在這裡的意思與平常不同，不是說明特定事件系列的圖表。這個概念和相對論所說的世界線不同。世界線指的是整個歷史，將其視為單一物件。