关于穿越过去和未来的故事早已吸引了我们的想象力，但时间旅行是否可能的问题是一个棘手的问题，它直接触及到理解物理学家使用“时间”一词的含义的核心

现代物理学告诉我们，时间是我们宇宙中最神秘的方面之一，尽管它一开始似乎很简单。爱因斯坦彻底改变了我们对这个概念的理解，但即使有了这一修改后的理解，一些科学家仍然在思考是否​时间是否真的存在，或者它是否仅仅是一种“顽固的持续的幻觉”（爱因斯坦曾经这样称呼它）。然而，无论是什么时候，物理学家（和小说作家）都发现了一些有趣的方法来操纵它，考虑以非正统的方式穿越它。

时间与相对性

尽管H.G.威尔斯的《时间机器》（1895）中提到了时间旅行的实际科学，但作为阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论（1915年发展）的副作用，直到二十世纪才出现。相对论以四维时空描述宇宙的物理结构，包括三个空间维度（上/下、左/右、前/后）和一个时间维度。根据这一理论，引力是时空因物质的存在而弯曲的结果，这一理论在上个世纪已被无数实验所证实。换言之，给定物质的特定构型，宇宙的实际时空结构可以在很大程度上发生改变。

相对论的一个令人惊讶的结果是，运动可以导致时间流逝方式的不同，这一过程被称为时间膨胀。这在经典的孪生悖论中表现得最为显著。在这种“时间旅行”的方法中，你可以比平常更快地进入未来，但实际上没有任何回头路。（有一个小小的例外，但在本文后面会有更多的介绍。）

早间旅行

1937年，苏格兰物理学家W.J.范·斯托克姆首次应用广义相对论，为时间旅行打开了大门。将广义相对论方程应用于无限长、密度极高的旋转圆柱（有点像一根无尽的理发店磁极）的情况。这种巨大物体的旋转实际上产生了一种称为“帧拖动”的现象，即它实际上会拖动时空。Van Stockum发现，在这种情况下，你可以在四维时空中创建一条在同一点开始和结束的路径——一种被称为封闭的时间型曲线——这是允许时间旅行的物理结果。你可以乘坐宇宙飞船出发，沿着一条能让你回到你出发的同一时刻的路径旅行。

虽然这是一个有趣的结果，但这是一个相当人为的情况，所以人们并不太担心它的发生。然而，一种新的解释即将出现，而这种解释更具争议性。

1949年，数学家库尔特·戈德尔——爱因斯坦的朋友、普林斯顿大学高级研究所的同事——决定解决整个宇宙旋转的问题。在哥德尔的解中，如果宇宙在旋转，方程组实际上允许时间旅行。一个旋转的宇宙本身可以作为一台时间机器。

现在，如果宇宙在旋转，就有办法检测到它（例如，如果整个宇宙都在旋转，光束会弯曲），到目前为止，有压倒性的证据表明不存在任何形式的宇宙旋转。同样，时间旅行被这组特殊的结果排除了。但事实是，宇宙中的事物确实是旋转的，这再次开启了可能性。

时间旅行与黑洞

1963年，新西兰数学家罗伊·克尔（Roy Kerr）利用场方程分析了一个称为克尔黑洞的旋转黑洞，发现结果允许一条路径穿过黑洞中的虫洞，从而忽略了中心的奇点，并将其延伸到另一端。理论物理学家基普·索恩（Kip Thorne）多年后意识到，这种情况也允许出现封闭的时间型曲线。

20世纪80年代初，卡尔·萨根（Carl Sagan）在创作1985年的小说《接触》（Contact）时，向基普·索恩（Kip Thorne）提出了一个关于时间旅行物理学的问题，这激发了索恩（Thorne）研究利用黑洞作为时间旅行手段的概念。索恩和物理学家金成元（Sung-Won Kim）一起意识到（理论上）可以有一个黑洞，黑洞上有一个虫洞将它连接到空间中的另一个点，并由某种形式的负能量保持开放。

但仅仅因为你有一个虫洞并不意味着你有一个时间机器。现在，让我们假设你可以移动虫洞的一端（“移动端”）。你把活动端放在宇宙飞船上，以接近光速的速度将其射入太空。时间膨胀开始，活动端所经历的时间远小于固定端所经历的时间。假设你将活动端移动到地球未来5000年，但活动端只“老化”“5年。比如说，你在2010年离开，然后在7010年到达。

然而，如果你通过移动端旅行，你将在公元2015年从固定端跳出来（因为地球上已经过去了5年）。什么？这是怎么回事？

事实上，虫洞的两端是相连的。无论它们相距多远，在时空中，它们基本上仍然彼此“接近”。由于活动端只比离开时长五年，穿过它会把你送回固定虫洞上的相关点。如果公元2015年地球上有人穿过固定虫洞，他们会在公元7010年从移动虫洞出来。（如果有人在公元2012年穿过虫洞，他们最终会在旅行途中的某个宇宙飞船上结束，等等。）

虽然这是对时间机器最合理的物理描述，但仍然存在一些问题。没有人知道虫洞或负能量是否存在，也没有人知道如果它们确实存在，如何以这种方式将它们组合在一起。但这（理论上）是可能的。