数学和物理学的区别，为什么可以穿越未来，却不可以回到过去？

“历史将会改变。”——回到未来

《回到未来》这部电影是80年代比较有代表性的科幻穿越题材，主要讲述了一个回到过去纠正历史错误的故事，相信很多人有看过！

就算没有看过这部影片，甚至你平时对科学不怎么感兴趣，但我相信你在生活中应该为某件事后悔过，甚至幻想回到过去扇自己一巴掌！并且改变你之间犯的错误。除了回到过去，有些人还想穿越到未来，看看自己或者后代的样子，并且试图通过调整现在，来改变自己或后代未来的命运。

穿越时空对每个人来说，都是非常诱人的一件事！

那么在物理学中穿越时空有可能吗？首先，时间旅行不是人类的幻想，也不是科幻小说虚构出来的题材，而是有一定的科学理论为其支撑。而且在科学中，时间旅行是一件我们不论做什么都无法阻止的事情。

因为不管我们处在何种状态，不管我们是静止，还是加速到接近光速的状态，在我们自己所在的参考系中，我们的时间总是以同样的速度在流逝，你的一秒还是你认为的一秒，你能活100岁还是100岁。

但是你的1秒却不等于静止状态观察者的一秒，你的100年可能等于别人的500年，甚至更长。

还有，我们知道光子或者任何无质量粒子，它们都以光速运行，在它们看来时间是不流逝的，也就是时间是静止的，而且在它们的运动方向上，不管多远的距离都没压缩到了一个点上，光子从被发射到被吸收是瞬间完成的。光子也体验不到自己旅行的过程。

但在我们外部的观察者看来，光子在传播的过程中是要花费时间的，时间长短只跟距离有关。

除了光子和无质量的胶子以外，宇宙中的大部分物质是由质量的，运动速度总是被限制在低于真空中的光速。而且不管我们的运动状态如何，不管以多快的速度在运动，光速对我们来说都是恒定不变的。

光速不变原理就为我们带来了一个十分有趣的结果，假如你正在观察一个相对于你运动的人，那么在你看来他所经历的时间会比你的慢。

关于时间膨胀的理解，我们常会类比一个“光钟”，这个“光钟”的工作原理是光子通过上下反射一个循环来计时，当“光钟”处于静止状态的时候，从下到上再返回下，我们计时为1秒，但是当“光钟”运动起来以后，在我们静止的观察者眼里，光子的路径就会变长，如果光速不变的话，是不是时间就变慢了。

同样的，由于运动是相对的，在运动的观察者眼里，我们静止的时钟也会变慢，那么到底是谁的时钟变慢了？到底是谁的时间发生了膨胀？到底是谁变老了？

这个问题就是爱因斯坦"孪生佯谬"，简单的回答是，如果我们选择一个共同的参考系（地球作为参考系）的话，然后以相同的参考系结束运动，那么旅行的人时间就会变慢，而和共同参考系保持相对静止的人，时间则以正常的速度流逝。

还有另外一种解释就是，相对论效应在惯性系下才存在同等的意义，也就是没有哪个参考系优于另外一个参考系，但是这里不包括非惯性系，所以飞船在远离地球，并且返回的途中经历了加速、减速、再加速的过程，所以飞船上的人不是一个惯性系，因此是地球上的人老的更快，而飞船上的人则发生了时间膨胀效应。

那么，如果你想要穿梭到未来，则需要去遥远的地方旅行一次，并且加速到接近光速，并以这个速度旅行一段时间，然后返回最初的起点。那么你就有可能穿越到未来的几个月、几十年、甚至是几百年。

只要你的飞船有足够的能量，你就可以随心所欲地旅行到未来。

但是想要回到过去就没那么简单了。狭义相对论，或者说运动和时空之间的联系，只可以让我们进入未来。但是想要回到过去，就需要考虑广义相对论了，或者是时空和物质（能量）之间的基本关系。我们知道，时间和空间是不可分割的整体，能量的存在可以使其发生弯曲变形。

据我们目前所知，整个可观测宇宙的时空在整体来看是十分平坦的，没有任何可观测的曲率，也没有任何形状或者循环模式。

但是在广义相对论的数学解中，我们可以回到过去。如果宇宙的空间是一个闭合的循环往复式的空间，你朝一个空间方向运动很长时间，那么你就可以回到最初的起始点，例如：你在麦哲伦在地球的大海上航行，最后证明的地球是个球一样，那么封闭循环的宇宙空间也是一样的。

在这个数学解中，不仅空间可以这样循环，时间也可以。这就说明，我们可以回到过去。

因此爱因斯坦就设想了一条时空隧道，通过强大的能量，将时空折叠起来，我们人类通过中间的虫洞就可以回到过去。

但是我们要清楚的是，数学上可行，不一定在物理上可见。因为数学并没有描述真实的宇宙，它只是我们人类理解宇宙的一个工具而已，宇宙也不一定要按照所有的数学模型来设计自己。但物理学却不一样，物理必须遵守客观事实，遵守宇宙的客观规律，不能想当然。

如果我们想穿越到未来，高速运动就可以实现，但想回到未来不仅受到了宇宙法则的限制，而且还会造成因果定律的混乱。

假如我们回到过去并且改变的历史，或者是你回到了过去，阻止了你父母的相识、相爱，这就明显违背了因果关系。并且制造了一个时间悖论。

所以时间可以循环的数学解在现实宇宙中是不存在的。我们的宇宙是建立的物理学的基础上，而物理学只不过是数学解方案中的一个特殊的子集，宇宙并不需要完全按照数学规律来发展。时光倒流的想法虽然很诱人，但过去的终究已经过去，无法再去改变和挽回，宇宙并没有给我们重来和改错的机会，所以，小心行事，万事三思而后行。