时间旅行悖论论文
这是我《科学未解之谜》选修课论文的回忆稿。当然论文是算不上了，小小文章而已。

　　科技发展总是出乎人们的预料，正如20年前我们根本无法想象今天的手机高铁大型数据中心等等科技产品，如果时间旅行理论上能够成立，那么工程学上的问题相信不难解决。然而时间旅行真的可行么？时间旅行悖论让小说家乃至科学家不得不先认真考虑这个问题。在课堂上有关时间旅行的讨论是我非常感兴趣，于是就悖论收集了一些资料，总结了下，呈现给大家。

　　第一节 悖论

　　悖论一：外祖父悖论（外祖母悖论，祖母悖论）

　　设想一个人C，他乘坐时间机器回到过去，杀死了他母亲B的父亲（或者母亲）A。那么A不存在，则B不会出生，B更不会生出C。但既然C不存在，他又如何能回到过去杀死A？再继续下去，若他并未杀死A，则B会出生，B会产下C，他又能够回到过去杀死C了！

　　悖论二：外祖父悖论II

　　这个悖论并不严格属于悖论的范围。其内容和上一个有些相似，情节改成如下：C乘坐时间机器回到过去，并遇到了年轻时候的外祖母D，爱上了D（当然他是不是知道这个前提我们不考虑，我们暂只讨论结果）。于是C就是A，A的存在导致B的存在，B的存在导致C存在，C的存在就是A的存在。但是，有人会问，那C到底是哪里来的？

　　悖论三：无限变多的钱

　　这个悖论也和上一个很像。有一天科学家发明了时间机器，可怜的他只有100块钱，但是他很快想到了一个暴富的计划。他决定乘坐时间机器回到过去，找到昨天的自己，把自己身上一半的钱给他。于是他回到过去把50元给了昨天的自己，然后他身上有150块了。第二天他又回到过去，把75元给昨天的自己。这样他应该有225元了，然后继续……他的钱将会变多，并且会无穷地增长下去。那么他到底有多少钱，这些钱从何而来？

　　悖论四：只有一个人

　　这是科幻小说家海因莱因著名作品《你们这些回魂尸》的故事情节，和悖论二有些类似但恐怖得多。

　　一名曾是弃婴，在孤儿院长大的年轻姑娘遇到了一个来历不明的年轻人，两人相爱并且姑娘生下了一个女婴。但是很快年轻人神秘失踪，女婴也被人偷走。心灰意冷的姑娘悲惨的生活着，不久她做了变性手术，成为一个男人。某一天男人在一酒吧遇到兼职时空跳跃者招募人的酒吧老板，在老板的游说下他加入了，并被送到了过去。在那里他遇到并爱上了一个年轻姑娘，姑娘还给他生了个女孩。然而不久酒吧老板降临，强行把他送回了出发的时代。酒吧老板还偷走了女婴并把她送到更早的年代，遗弃了。回到出发时代的年轻人孤单混迹了很多年，然后跳跃到之前的一个时代开了一间小酒吧，并干起了兼职时空跳跃者招募人的行当。有一天，他店里来了一个失魂落魄的年轻人……这个故事里所有出现的人物都是同一个人！

　　第二节 悖论的背后

　　我们首先讨论下上述悖论背后都隐含着怎样的科学原理，然后再考虑是否能够解决他们。

　　哲学上，悖论中很重要的一类都涉及到一个逻辑自指的根本问题。例如著名的说谎者悖论（“我这句话是错的”这句话到底是对的还是错的？）。上面列举的时间旅行悖论都有逻辑自指的问题，所以他们必然出现自相矛盾的情况，然而出现矛盾的“手段”都是时间旅行的成立。当然有关时间旅行还有并不是逻辑问题的，比如霍金提出的著名悖论：如果回到过去的时间旅行可行，那为什么我们从来没有看到来自未来的后裔？

　　外祖父悖论实际上是因果事件链被打破，实际上不仅事件链被打破会成为悖论，事件链首尾相连，构成逻辑上的因果循环，也构成悖论，如悖论2。悖论三则是一个无限增益的悖论，它违反了能量守恒定律。悖论四涉及一个人们认识的公理，即一个人同一时间只能有一个存在，称为同一性。比较明显的就是你可以通过提供不在现场的证据来使法官相信并不是你杀死了某人。而时间旅行使同一性出现了危机。

　　在因果事件链背后是因果律的存在，因果律告诉我们，有果必有因，并且总是因发生在前，果发生在后。因果律是人类认识这个世界并指导自己运行的最基本的公理之一。科学上的研究更是奉因果律为圣旨，我们所有的理论都是公理+因果律推导建立的。

　　因果律的重要组成，因在前果在后，又内含一个很重要的公理，即时间的流动时有方向的，它永远由“过去”指向“未来”，或称时间之箭。时间之间在万物运行基础物理规律里面其实只有一个体现，就是热力学第二定律（热量只能自发从高温物体转移到低温物体，而不能反过来）。

　　第三节 一些悖论的解决方案

　　针对以上悖论，很多人提出了很多解决的说法。

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　　宇宙不止一个，而是有多个的说法最早是由研究量子力学的科学家提出。宇宙的个数有人认为是有限多，也有人认为是无限多个。当C乘坐时间机器回到过去的瞬间，他实际上进入了一个新的宇宙，C在这个宇宙中杀死A或者取代A都不会对他原来的宇宙产生任何不良后果，在新的宇宙中历史有了新的版本。这样时间旅行就会不停地创造宇宙，任何随机事件都会创造宇宙。那么宇宙实际上必须有无穷多个。那么，这些宇宙是如何产生的？能否提出一个理论来描述这一过程？它似乎是违反能量守恒的，不过恐怕我们无法解释清楚这些问题，因为这些都发生在我们的宇宙之外，那里的物理定律是不是和这里一样我们永远也无法得知。

　　逻辑循环问题

　　针对逻辑循环问题，实际上我们本就生活在逻辑循环中。例如科学研究，实际上就是先构造一个逻辑自洽的理论，然后根据实验事实来验证完善理论的正确性。我们生活中或有或无的条条框框，追根溯源都是无法穷究的。但问题是我们现在讨论的是时间旅行的可行性，按照这个逻辑，我们必须先证明时间旅行发生了，才能说明它可以发生。实际上，正如霍金说的，没有时间旅行者来过，不是能说明回到过去的时间旅行很可能永远也行不通么？

　　时间流向问题

　　科学上认为时间是一条有方向的一维的直线。有人就认为，为什么时间不可以是2维的？每一个事件发生的时间点并不是唯一的，于是当你跳跃回过去，很可能你改变的并不是自己时间线上的历史。或者说通过某一事件的时间线有无数多条，你并不能让跳回过去改变你现在的状态，因为你没法改变所有时间线。

　　物理法则限制说

　　既然改变过去会造成无法调和的矛盾，回到过去受到限制这一说法也提出来。一部分人认为我们虽然可以回到过去。但是我们只能作为旁观者，无法对历史作任何程度的参与。我同意这类观点。比如多维时空的观点：科学家们倾向相信时空是4维体，也有人提出更多的维数甚至无穷多维。我们进行时空旅行实际上是在更高维空间运动的结果，而阻止我们参与历史的，正是维度的差别。另一部分人则认为我们可以在一定程度上参与过去，即我们确实可以存在于过去的时空，但是各种各样的物理法则会阻止我们做出矛盾的事来。科学家的说法是对于发生矛盾可能性越大的事件，其发生的概率就会越小。就是说C要扣动扳机杀死A之前，他一定会不小心跌倒，使子弹偏离。不过这一说法有一个困难，由于存在蝴蝶效应，历史上的一个微小改变，都可能造成巨大的矛盾。因此很可能我们接触任何过去的东西的概率都会被限制为无穷接近于0……

　　第四节 总结

　　综上，似乎悖论都还是有解的。但是我认为，实际上最好的证明时间旅行是否可行的方法就是努力制作时间机器，如果我们做出了，时间旅行即是可行的。努力吧，人类的后裔们！

　　注：本文主要讨论的时间上是能否时间旅行回到过去的问题，进入未来的时间旅行是完全可行并且已经有人在尝试了的。像冷冻人体这类已经发生和近光速旅行这类理论证明可行的方法都可以使我们进入未来。相对论的一个结论是运动的物体的时间过得比静止的慢，所以如果你不介意未来和现在间隔的长短，站起来到外面跑一圈，你就能进入若干飞秒后的未来了