據The Conversation報道，你是否曾經犯過一個你希望自己能夠挽回的錯誤？糾正過去的錯誤是我們發現時間旅行的概念如此迷人的原因之一。正如科幻小說中經常描述的那樣，有了時間機器，就沒有什麼再是永恆的了–你總是可以回到過去並改變它。但是，時間旅行在我們的宇宙中真的可能嗎，還是這只是科幻小說？
人們對時間和因果關係的現代理解來自於廣義相對論。理論物理學家阿爾伯特·愛因斯坦的理論將空間和時間結合成一個單一的實體–“時空”–並對它們如何運作提供了一個非常複雜的解釋，其水平是任何其他既定理論都無法比擬的。這一理論已經存在了100多年，並在實驗中得到了極高精度的驗證，因此物理學家相當肯定它對我們宇宙的因果結構提供了準確的描述。
幾十年來，物理學家一直試圖利用廣義相對論來弄清時間旅行是否可能。事實證明，你可以寫下描述時間旅行的方程式，並且與相對論完全兼容和一致。但是，物理學不是數學，如果方程與現實中的任何東西都不對應，那麼它們就沒有意義。
反對時間旅行的論點
有兩個主要問題使人們認為這些方程可能是不現實的。第一個問題是一個實際問題：建造一台時間機器似乎需要“異常物質”，也就是具有負能量的物質。我們在日常生活中看到的所有物質都具有正能量–具有負能量的物質不是可以隨便找到的。從量子力學中，我們知道這種物質在理論上可以被創造出來，但數量太少，時間太短。
然而，並沒有證據表明不可能創造出足夠數量的“異常物質”。此外，可能會發現其他方程，允許時間旅行而不需要“異常物質”。因此，這個問題可能只是我們目前的技術或對量子力學的理解的一個限制。
另一個主要問題不太實際，但更重要：它是觀察到時間旅行似乎與邏輯相矛盾，表現為時間旅行悖論。這種悖論有幾種類型，但最有問題的是一致性悖論。
一致性悖論是科幻小說中的一個流行套路，每當有某個事件導致改變過去，但這個改變本身卻阻止了這個事件的發生，一致性悖論就會發生。例如，考慮這樣一個場景：人們利用時間機器回到五分鐘前，一到過去就毀掉機器。現在人們毀掉了時間機器，五分鐘后就不可能再使用它了。
但是，如果不能使用時光機，那麼就不能回到過去並摧毀它。因此，它沒有被摧毀，所以人們可以回到過去並摧毀它。換句話說，當且僅當時間機器沒有被摧毀時，它才被摧毀。由於它不可能同時被摧毀和不被摧毀，這種情況是不一致的，是自相矛盾的。
消除悖論
在科幻小說中，有一個常見的誤解，即悖論是可以“創造”的。時間旅行者通常被警告不要對過去做出重大改變，並避免與過去的自己“見面”，正是出於這個原因。這方面的例子可以在許多時間旅行電影中找到，例如《回到未來》三部曲。
但在物理學中，悖論並不是一個可以實際發生的事件–它是一個純粹的理論概念，指向理論本身的不一致。換句話說，一致性悖論不僅僅意味着時間旅行是一項危險的努力，它們還意味着它根本不可能發生。
這是理論物理學家斯蒂芬·霍金提出他的時序保護猜想（Chronology protection conjecture）的動機之一，該猜想指出，時間旅行應該是不可能的。然而，這個猜想到目前為止仍未得到證實。此外，如果我們不因悖論而消除時間旅行，而只是消除悖論本身，那麼宇宙將是一個更有趣的地方。
解決時間旅行悖論的一個嘗試是理論物理學家伊戈爾·德米特里耶維奇·諾維科夫（Igor Dmitriyevich Novikov）的自洽性猜想，該猜想基本上指出，你可以穿越到過去，但你不能改變它。
根據諾維科夫的說法，如果人們試圖在過去5分鐘內摧毀自己的時間機器，會發現這是不可能做到的。物理學定律會以某種方式合謀保持一致性。
介紹“多重歷史 ”
但是，如果你不能改變過去，回到過去有什麼意義呢？布魯克大學物理學副教授Barak Shoshany和他的學生Jacob Hauser和Jared Wogan最近的工作表明，存在着諾維科夫猜想無法解決的時間旅行悖論。這讓我們回到了原點，因為即使只有一個悖論不能被消除，時間旅行在邏輯上仍然是不可能的。
研究表明，允許“多重歷史 ”（或用更熟悉的術語，平行時間線）可以解決諾維科夫猜想所不能解決的悖論。事實上，它可以解決你扔給它的任何悖論。
這個想法非常簡單。當人們離開時間機器時，會退出到一個不同的時間線。在那條時間線上，人們可以做任何想做的事情，包括摧毀時間機器，而不改變我來自的原始時間線的任何東西。由於人們不能破壞原始時間線中的時間機器，也就是我實際用來回到過去的時間線，所以不存在悖論。
在過去三年研究了時間旅行的悖論之後，Barak Shoshany越來越相信時間旅行是可能的，但前提是我們的宇宙能夠允許多種歷史並存。那麼，它能嗎？
量子力學當然似乎暗示了這一點，至少如果你贊同埃弗里特的 “多世界”解釋，即一個歷史可以”分裂”成“多重歷史 ”，每個可能的測量結果都有一個歷史–例如，薛定諤的貓是生是死，或者我是否到達了過去。
但這些都只是猜測。Shoshany和我的學生目前正在努力尋找一種與廣義相對論完全兼容的、具有多重歷史的時間旅行的具體理論。當然，即使人們設法找到這樣的理論，這也不足以證明時間旅行是可能的，但它至少意味着時間旅行不會被一致性悖論所排除。
在科幻小說中，時間旅行和平行時間線幾乎總是攜手並進，但現在有證據表明，它們在現實科學中也必須攜手並進。廣義相對論和量子力學告訴我們，時間旅行是可能的，但如果它是可能的，那麼多重歷史也一定是可能的。