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时空旅行是指人或其他物体从某个时间点移动到另一时间点。在人类的现有观念中，所有的人都顺着时间一分一秒自然前进，这种所谓的时空旅行违背了自然时间变化的法则，它的终点是要么前往未来，要么回到过去，实现时空穿梭。
时空旅行与相对论
几千年来，人类一直梦想着进行时空旅行，从古印度史诗《摩诃婆罗多》到1895年赫伯特·乔治·威尔斯的科幻小说《时间机器》，无不体现着各个时期人们对时空旅行的向往，不过，在古代，人类对时空旅行并没有进行过理论分析，各种时空旅行的想象中掺杂着民间故事和神话成分。进入20世纪之后，随着科技的发展，有关时空旅行的理论也开始丰富起来，其中以爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论最为著名。
爱因斯坦意识到，伽利略变换实际上是牛顿经典时空观的体现，如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基本原理，可以建立起一种新的时空观(相对论时空观)。在这一时空观中，由相对性原理即可导出洛伦兹变换1905年，爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》，提出狭义相对论，成功描述了在亚光速领域宏观物体的运动。推导中的时间膨胀(当物体运动时，它内部所有一切的物理化学变化反应都会变慢的这种假说，就是时间膨胀，简称时慢)又被称为爱因斯坦延缓。时慢假说认为，带在等速运动的物体身上的时钟，用静系观察者的时钟去测量，无论运动方向如何，动钟都随着运动速度的增加而变慢。
相对而言，爱因斯坦的广义相对论对于时空旅行概念来说具有更为重要的意义。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性(曲率)；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量一动量张量直接相联系，其联系方式即爱因斯坦的引力场方程。
实现时空旅行的方法
现在普遍认为，有三种方法可以回到过去，分别是速度超过光速、使用宇宙弦和黑洞、使用虫洞和阿库别瑞引擎。
在相对论中，如果速度超过光速，就会出现时间倒流的现象，但现在一些科学家认为速度达到或超过光速是不可能的。使用宇宙弦和黑洞也只是假没性的。首先，宇宙弦是理论上可能存在的时空。再者，黑洞质量相当大，产生的引力场又是如此之强，以至于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来，人类又如何能利用黑洞实现时光倒转?
这样，三种方法中只剩下虫洞和阿库别瑞引擎可供选择。虫洞又被称为“爱因斯坦一罗森桥”，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。1916年，奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出了这个概念，紧接着在20世纪30年代，爱因斯坦和纳森·罗森在研究引力场方程时推断，透过虫洞可以做瞬时间的空间转移或时间旅行。尽管到目前为止，科学家还没有找到虫洞存在的证据，但“爱因斯坦一罗森桥”这一概念已经被越来越多的人所接受。著名科学家霍金在其经典名作《时间简史》中，也认定虫洞是进行时空旅行的关键，只要有一种巨大的能量打开虫洞，就可以实现时空旅行。
阿库别瑞引擎是一个推敲性的时空数学模型，经常出现在国外的物理学期刊论文之中，它遵循广义相对论中的爱因斯坦方程，在这一范畴下推敲出一项特别的时空度规。1994年，物理学家米给尔·阿库别瑞提出以波动方式延展空间，导致航行器(简称为“船”)前方的空间收缩而后方的空间扩张，前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。船在一个区间内乘着波动前进，这区间称为曲速泡，是一段平坦时空。既然船在曲速泡内并不是真的在移动，而是由曲速泡带着船走，广义相对论中对于物体速度不可超过光速的限制就派不上用场。日前，科学家还不清楚怎样去引发出这样的波动，或者一旦引发了，船要怎样离开它。因此，阿库别瑞引擎至今仍处于理论概念范畴。
最近几年，又有一种完全抛开相对论的时空旅行概念应运而生，这一理论适用于对未来世界的探索，但同时也遭到了各界的强烈批评。这就是争议颇大的“暂停生命”理论，即通过外在的力法(例如医疗科技)，把生命过程减慢至近乎暂停的迹象；但在事实上，生命并没有死亡，心跳和呼吸可仍然存在，不过只能透过机器才能测量，西方媒体认为，通过这一方法可以使人类访问数百年后的世界。从2005年起，西方国家陆续进行了一系列这样的实验。2005年7月，科学家对几只狗进行了实验。他们把狗血抽走，再把冷冻的保护液放进它们的循环系统，尝试在暂停血液流动的情况下保存它们的生命。经过3小时的临床死亡后，科学家再把狗血重新输进它们的循环系统，用电击使它们恢复心跳。在这次实验中，大部分狗都成功复原，不过也有少部分狗出现脑部损伤。2006年1月，科学家又成功在猪身上进行了实验，成功率达到90％。
可问题是，人类当中又有谁愿意暂停生命，离开熟悉的现实社会，等待几十年或几百年后复原呢?再者，通过“暂停生命”只能前往未来，却不能回到过去。
进行时空旅行的各种悖论推想
诚然，即使今后条件成熟，进行时空旅行仍面临着诸多挑战。1943年，法国科幻作家赫内·巴赫札维勒在小说《不小心的旅游者》中提出了这么一个假设：如果你回到过去，在自己父亲出生前就把自己的祖父母杀死；这样，你的祖父母死了，就不会有你的父亲；没有了你的父亲，你就不会出生；你没出生，就没有人会把你的祖父母杀死；若是没有人把你的祖父母杀死，你就会存在和回到过去，并且把你的祖父母杀死，于是矛盾出现了。以上就是时空旅行中所要面临的著名的“祖父悖论”。
物理学家认为“祖父悖论”自有解决途径。他们推论，世界也许是由无数个平行宇宙组成的，当你叫到过去杀死你的祖父母时，你杀死的其实是另一个宇宙的人，而你的这个行为可能又创造了一个新的平行宇宙。你的祖父母的死只会使那个平行宇宙的你不复存在，而这个平行宇宙的你则平安无事。
具体在量子物理中，“多个世界”理论可以这样理解：对于每一个似乎随机的事件而言，只要它的可能性不为零，那么它所有可能的情形都会在不同的平行世界中发生，造成历史的分支。物理学家戴维·多伊奇认为，当你回到过去杀死你的祖父母时，你其实已经进入了另一个世界，杀死的是另一个世界的人。而且，那个世界与你的世界的差别仅在于你的祖父母死了。
当今世界上最有可能结合五种不同弦论的理论——M理论，对平行宇宙做了如下解释：多个三维的膜可以同时在一个四维的宇宙(不是爱因斯坦的二维空间加一维时间，而是宇宙其实是镶在一些更高维度的膜上)中存在；这些膜之间的撞击能在膜中产生大量的能量——这同样可以解释大爆炸是如何起源的。不过，M理论并不能解释不同膜的历史之间的关系，也无法肯定当你回到过去时，你会进到另一个膜当中。
同“祖父悖论”相反的有一个“命定悖论”，而这一悖论显示出时空旅行具有极大的危险性。“命定悖论”认为，如果你返回过去，将自己的祖父杀死，那么你的父亲就不会了现，简单地说，你自己也会消失，从(这个平行宇宙分支的)“时间洪流中消去”。“命定悖论”又称因果循环，其“历史事实不因时空旅行中所做出的改变而受到影响”的概念是：改变历史的做法，不论其意图如何，最终都会引起历史所“命定”的结果，而并不能做出之外的改变。
关于“命定悖论”，中国历史上有一个著名的例子。唐朝天文学家李淳风编写了一本秘谶，上面说：“唐中弱，有女武代王。”李淳风预知武后将称帝，如果强行改变，就会造成不预期的后果。在不经意间，唐太宗李世民知道了这个消息，他杀死了一个疑似“女武”的将军，但真正会代唐称帝的武则天并没有被害。这意味着回到过去并不能政变我们这个世界的历史发展进程。
既然有回到过去的悖论，自然也有前往未来世界的悖论。与这两个悖论对应的是“先知悖论”：即你来到未来，得知将发生的不幸结果A；你在现在做出了避免导致结果A的行动，最终造成结果B。那么，结果A在未来根本没有发生，你又是如何得知结果A的呢?(A与B不可能相遇的悖论。)
诚然，在人类目前的科学水平下，有关时空旅行还存在着太多的未解难题，但这并不意味着时空旅行仅仅只是理论。在现今解密的一些档案中，大家或许能看到时空旅行的影子。
时空旅行与相对论
几千年来，人类一直梦想着进行时空旅行，从古印度史诗《摩诃婆罗多》到1895年赫伯特·乔治·威尔斯的科幻小说《时间机器》，无不体现着各个时期人们对时空旅行的向往，不过，在古代，人类对时空旅行并没有进行过理论分析，各种时空旅行的想象中掺杂着民间故事和神话成分。进入20世纪之后，随着科技的发展，有关时空旅行的理论也开始丰富起来，其中以爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论最为著名。
爱因斯坦意识到，伽利略变换实际上是牛顿经典时空观的体现，如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基本原理，可以建立起一种新的时空观(相对论时空观)。在这一时空观中，由相对性原理即可导出洛伦兹变换1905年，爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》，提出狭义相对论，成功描述了在亚光速领域宏观物体的运动。推导中的时间膨胀(当物体运动时，它内部所有一切的物理化学变化反应都会变慢的这种假说，就是时间膨胀，简称时慢)又被称为爱因斯坦延缓。时慢假说认为，带在等速运动的物体身上的时钟，用静系观察者的时钟去测量，无论运动方向如何，动钟都随着运动速度的增加而变慢。
相对而言，爱因斯坦的广义相对论对于时空旅行概念来说具有更为重要的意义。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性(曲率)；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量一动量张量直接相联系，其联系方式即爱因斯坦的引力场方程。
实现时空旅行的方法
现在普遍认为，有三种方法可以回到过去，分别是速度超过光速、使用宇宙弦和黑洞、使用虫洞和阿库别瑞引擎。
在相对论中，如果速度超过光速，就会出现时间倒流的现象，但现在一些科学家认为速度达到或超过光速是不可能的。使用宇宙弦和黑洞也只是假没性的。首先，宇宙弦是理论上可能存在的时空。再者，黑洞质量相当大，产生的引力场又是如此之强，以至于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来，人类又如何能利用黑洞实现时光倒转?
这样，三种方法中只剩下虫洞和阿库别瑞引擎可供选择。虫洞又被称为“爱因斯坦一罗森桥”，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。1916年，奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出了这个概念，紧接着在20世纪30年代，爱因斯坦和纳森·罗森在研究引力场方程时推断，透过虫洞可以做瞬时间的空间转移或时间旅行。尽管到目前为止，科学家还没有找到虫洞存在的证据，但“爱因斯坦一罗森桥”这一概念已经被越来越多的人所接受。著名科学家霍金在其经典名作《时间简史》中，也认定虫洞是进行时空旅行的关键，只要有一种巨大的能量打开虫洞，就可以实现时空旅行。
阿库别瑞引擎是一个推敲性的时空数学模型，经常出现在国外的物理学期刊论文之中，它遵循广义相对论中的爱因斯坦方程，在这一范畴下推敲出一项特别的时空度规。1994年，物理学家米给尔·阿库别瑞提出以波动方式延展空间，导致航行器(简称为“船”)前方的空间收缩而后方的空间扩张，前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。船在一个区间内乘着波动前进，这区间称为曲速泡，是一段平坦时空。既然船在曲速泡内并不是真的在移动，而是由曲速泡带着船走，广义相对论中对于物体速度不可超过光速的限制就派不上用场。日前，科学家还不清楚怎样去引发出这样的波动，或者一旦引发了，船要怎样离开它。因此，阿库别瑞引擎至今仍处于理论概念范畴。
最近几年，又有一种完全抛开相对论的时空旅行概念应运而生，这一理论适用于对未来世界的探索，但同时也遭到了各界的强烈批评。这就是争议颇大的“暂停生命”理论，即通过外在的力法(例如医疗科技)，把生命过程减慢至近乎暂停的迹象；但在事实上，生命并没有死亡，心跳和呼吸可仍然存在，不过只能透过机器才能测量，西方媒体认为，通过这一方法可以使人类访问数百年后的世界。从2005年起，西方国家陆续进行了一系列这样的实验。2005年7月，科学家对几只狗进行了实验。他们把狗血抽走，再把冷冻的保护液放进它们的循环系统，尝试在暂停血液流动的情况下保存它们的生命。经过3小时的临床死亡后，科学家再把狗血重新输进它们的循环系统，用电击使它们恢复心跳。在这次实验中，大部分狗都成功复原，不过也有少部分狗出现脑部损伤。2006年1月，科学家又成功在猪身上进行了实验，成功率达到90％。
可问题是，人类当中又有谁愿意暂停生命，离开熟悉的现实社会，等待几十年或几百年后复原呢?再者，通过“暂停生命”只能前往未来，却不能回到过去。
进行时空旅行的各种悖论推想
诚然，即使今后条件成熟，进行时空旅行仍面临着诸多挑战。1943年，法国科幻作家赫内·巴赫札维勒在小说《不小心的旅游者》中提出了这么一个假设：如果你回到过去，在自己父亲出生前就把自己的祖父母杀死；这样，你的祖父母死了，就不会有你的父亲；没有了你的父亲，你就不会出生；你没出生，就没有人会把你的祖父母杀死；若是没有人把你的祖父母杀死，你就会存在和回到过去，并且把你的祖父母杀死，于是矛盾出现了。以上就是时空旅行中所要面临的著名的“祖父悖论”。
物理学家认为“祖父悖论”自有解决途径。他们推论，世界也许是由无数个平行宇宙组成的，当你叫到过去杀死你的祖父母时，你杀死的其实是另一个宇宙的人，而你的这个行为可能又创造了一个新的平行宇宙。你的祖父母的死只会使那个平行宇宙的你不复存在，而这个平行宇宙的你则平安无事。
具体在量子物理中，“多个世界”理论可以这样理解：对于每一个似乎随机的事件而言，只要它的可能性不为零，那么它所有可能的情形都会在不同的平行世界中发生，造成历史的分支。物理学家戴维·多伊奇认为，当你回到过去杀死你的祖父母时，你其实已经进入了另一个世界，杀死的是另一个世界的人。而且，那个世界与你的世界的差别仅在于你的祖父母死了。
当今世界上最有可能结合五种不同弦论的理论——M理论，对平行宇宙做了如下解释：多个三维的膜可以同时在一个四维的宇宙(不是爱因斯坦的二维空间加一维时间，而是宇宙其实是镶在一些更高维度的膜上)中存在；这些膜之间的撞击能在膜中产生大量的能量——这同样可以解释大爆炸是如何起源的。不过，M理论并不能解释不同膜的历史之间的关系，也无法肯定当你回到过去时，你会进到另一个膜当中。
同“祖父悖论”相反的有一个“命定悖论”，而这一悖论显示出时空旅行具有极大的危险性。“命定悖论”认为，如果你返回过去，将自己的祖父杀死，那么你的父亲就不会了现，简单地说，你自己也会消失，从(这个平行宇宙分支的)“时间洪流中消去”。“命定悖论”又称因果循环，其“历史事实不因时空旅行中所做出的改变而受到影响”的概念是：改变历史的做法，不论其意图如何，最终都会引起历史所“命定”的结果，而并不能做出之外的改变。
关于“命定悖论”，中国历史上有一个著名的例子。唐朝天文学家李淳风编写了一本秘谶，上面说：“唐中弱，有女武代王。”李淳风预知武后将称帝，如果强行改变，就会造成不预期的后果。在不经意间，唐太宗李世民知道了这个消息，他杀死了一个疑似“女武”的将军，但真正会代唐称帝的武则天并没有被害。这意味着回到过去并不能政变我们这个世界的历史发展进程。
既然有回到过去的悖论，自然也有前往未来世界的悖论。与这两个悖论对应的是“先知悖论”：即你来到未来，得知将发生的不幸结果A；你在现在做出了避免导致结果A的行动，最终造成结果B。那么，结果A在未来根本没有发生，你又是如何得知结果A的呢?(A与B不可能相遇的悖论。)
诚然，在人类目前的科学水平下，有关时空旅行还存在着太多的未解难题，但这并不意味着时空旅行仅仅只是理论。在现今解密的一些档案中，大家或许能看到时空旅行的影子。