一直以来，我们都着迷于穿越到过去和未来的故事，但是否真的可以时间旅行是一个棘手的问题。在物理学家使用“时间”一词时，这个问题就有助于我们进行理解。
现代物理告诉我们，时间是我们宇宙最神秘的方面之一，虽然最初它可能看起来简单。爱因斯坦的相对论颠覆了我们对时间概念的常规认知，但即使有了这个修正的理论，一些科学家仍在思考一个问题，就是时间是真的存在还是它仅是我们顽固地持续不断的幻觉（爱因斯坦曾经这么称呼时间）。不过，不管时间是什么，物理学家（和小说作者）已经找到了一些有趣的途径操纵时间，以不寻常的方式去思考穿越时间。
时间与相对论
虽然赫伯特·乔治·威尔斯在其著作《时间机器》中（1895年出版）提及时间旅行，但实际上那时科学还没有形成，直到20世纪它才作为艾伯特·爱因斯坦广义相对论(1915年提出)的意外成果而受重视。根据四维时空（包括上下、左右、前后三个空间维度以及一个时间维度），相对论描述了宇宙的物理结构。而在相对论的指导下，上个世纪很多实验已经证明：重力是因物质的存在而引起时空扭曲的结果。也就是说，因为物质的一定构型，宇宙的实际时空结构会发生明显的变化。
相对论最令人吃惊的结论之一是：运动会使时间的流逝变得不同，这个过程被称为时间膨胀。经典的双生子佯谬最显著体现了时间膨胀。在这种“时间旅行”的方法中，你可以比平常更快地前往未来，但其实没有办法回到过去。（有一点例外，在本文后面会有更多介绍）。
早期的时间旅行
1937年，苏格兰物理学家威廉·范斯托克姆对广义相对论的首次应用打开了时间旅行的大门。他将广义相对论的方程式应用于无限长，极其密集的旋转圆柱体（有点像不停转的理发店杆）。这样一个巨大物体的旋转实际产生了现象“参考系拖拽”：处于转动状态的质量会对其周围的时空产生拖拽。范斯托克姆发现，在这一条件下，你会制造出四维时空的一条路径（即闭合类时曲线）：它原点即是终点，这是允许时间旅行的物理结果。所以，你乘坐宇宙飞船沿着这条路径出发可以回到你的起始时间。
虽然这是一个有趣的结论，但它只是一个相当理想的情况，所以并没有太多人关注。之后，一个更有争议的新解释出现了。1949年，数学家库尔特·哥德尔（爱因斯坦的朋友、其普林斯顿大学高级研究院的同事）决定解决整个宇宙正在旋转的问题。哥德尔指出，爱因斯坦的方程式其实是允许时空旅行的....如果宇宙在旋转。而旋转的宇宙本身可以像时光机器一样运行。
对目前来说，如果宇宙在旋转，那么我们就有方法检测到它（例如，如果整个宇宙在旋转光束就会弯曲）。迄今为止，有足够的证据说明这种普遍的旋转并不存在。所以，时间旅行再一次被这个特定结论排除在外。但实际上，宇宙的物质会旋转，这再一次证明了时间旅行的可能性。
时间旅行与黑洞
1963年，新西兰的数学家罗伊克尔用场方程式分析旋转黑洞（即克尔黑洞）并发现他的解允许路径穿越黑洞里的虫洞，其略过了中心的奇异点并把它从另一端逃出来。理论物理学家基普索恩几年后意识到这个猜想也适用于闭合类时曲线。
20世纪80年初，卡尔萨根1985年在撰写小说《联系》时，向索恩咨询了时间旅行的物理问题，这激励索恩去检验通过黑洞来时间旅行的概念。后来，索恩和物理学家金成元一起发现：理论上，你可以把一个带黑洞的虫洞和空间中另一个被某种形式的暗能量固定住的点连接起来。/ 如果我们能创造一个虫洞，我们就能把它和一个旋转的黑洞连接起来只要它被某种形式的暗能量固定住。
但是，你有了虫洞并不代表你就有了时间机器。现在，让我们假设：你可以移动虫洞的一端（活动端）。你把活动端固定在宇宙飞船上，以接近光速的速度驾着飞船射向太空。时间膨胀开始了（我承诺飞船会回来），经过活动端花的时间比经过固定端的更少。让我们来假设下，你将活动端送到5000年后的未来地球，但这个活动端只有5岁。也就是说你公元2012离开，公元7010才到达。
然而，如果你通过活动端旅行，实际上公元2015年你会跳出固定端（自5年前已经回到地球）。什么？这是怎么一回事？
好，事实上就是虫洞的两端是连接的。不管他们离得有多远，在时空中他们基本接近彼此。因为活动端只比离开时“老”了5岁，所以穿越它你会被送回固定虫洞的关联点。而且，如果有人从公元2015年的地球跨过固定虫洞，他们会从公元7010的移动虫洞出来。（如果有人在公元2012年跨过虫洞，旅途中的某个地方他们可能会在宇宙飞船上翘辫子，诸如此类的情况都有可能发生。）
虽然这是对时间机器在物理上最合理的解释，但还有很多问题没有解决。没人知道虫洞或者负能量是否存在，也不知道如果他们真的存在要如何利用它们进行时间旅行。但在理论上，时间旅行是可以实现的。
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