第一章：时间旅行绪论

试想如下的时间旅行问题：

你从未来得到了一组彩票中奖号码。按此号码购买彩票的中奖概率是多少？

现在，有人可能天真地认为答案是100%。但正确答案是中奖概率实际上仅略微高于随机选号的概率，此结果可经实验验证。

为避免时间旅行中的严重事故并最大化成功率，对上文的例子以及其他看似悖论的问题有一个明确的认知非常重要。因此我们需要从基础讲起。

因果

当讨论时间旅行时，一般可以用”替代时间线”作为单位，亦可称作世界线。虽然从哲学角度其他世界线是否”真实”仍有待商榷，此模型的结论恒可经实验证实，是一个对理解时间旅行有用的思维模型。

理论上，一只蝴蝶扇动双翅引发的气流也能决定飓风的形成。

有时，一些小的基准事件与随之而来的一连串事件会极大影响世界线内不同事件的先后顺序。这种现象名为分岔，可以理解为一条世界线被“分为”了两条或更多的独立世界线。

对此的一个例子是蝴蝶效应，这个名字源于气象系统的混沌性。蝴蝶翅膀的一次扇动也可能决定飓风的形成与强度。

在实践中，基准事件既是吉兆也是不祥：它可以有效改变已过去的事件，但需要谨慎预防无意中造成的变动。

令人惊讶的在是两条或更多的世界线里常有近乎相同的一系列事件。这些存在于多条世界线中的事件序列被称为吸引场，可以理解为不同的世界线“融合”成了一条。

吸引场的一个例子是Daevites的陨落。无论具体时间是公元前还是后500年，它们的陨落仿佛必然会引发从文艺复兴时期直到当下所发生的一系列事件。

古典的混沌系统理论会让人认为几乎所有的小事件，所有的原子衰变，蛋白质折叠或宇宙射线，都会引发宏观的分岔现象。然而，在时间旅行中一般并非如此：一个微小的改变可能造成短暂，微观的分岔，但两条世界线很快就会再度合而为一。这或许是最小作用量原理的一种体现，因为“重写历史”可被视为一种“作用量”。第三章将详解相关内容，但现在有这种模糊的概念已经足够了。

时间线图可直观展现时间旅行中可能出现的各种因果关系。时间线图有多种画法，本文使用了常见的一种。

下图为通过时间旅行改变历史，以良性事件$E'$取代不良事件$E$的例子。

上图中，左边的双实线代表世界线的开始。原本的世界线以横线表示，持续到$E$发生为止。横线上延伸出的虚线对应用于矫正$E$的时间转移。此例中顶部的虚线是我们想要的转移，而底部则是一个下节中将讲到的反作用转移。顶部的转移触发了以线的分离指代的基准事件，最终世界线分岔为有$E'$的第二条。

无课后习题

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时间转移

xyank一词来自于Thaddeus Xyank博士，其在1950至60年代间建立了众多时间旅行的理论基础。

我们可通过量度总时移量（以$\xi$指代）来描述某项事件在时间中旅行的“程度”，籍此量化时间旅行。时移量的单位为xyanks（缩写为“Xn”），相当于1kg·s³。一般而言前往未来的转移以正数表示，回到过去的则为负数。

时间旅行第一定律：质量为$m$，转移间距为$t$的物体的总时移量等于质量乘以时移间距的立方。

(1)

\begin{align} \xi = m\; t^3 \end{align}

也就是说，如果我有一个能制造1 µXn的机器，它可以转移1毫克物质1秒，1微克物质10秒，以此类推。

课后习题

1. 以4 Xn进行转移一个质量为7千克的物体，它会到达过去还是未来？时移间距为多久？
2. 已知测试物质量为5千克，需要何种参数的转移才能将其送至未来5分钟后？
3. 一名质量为62.0千克的人类在星期一凌晨五点被施以46.7 kXn，他将到达何时？
4. （进阶）某物体初始质量为0.45千克，被重复以5 Xn送往未来，其质量在每次转移后翻倍。忽略每次转移后停留的时间，该物体最终可被送至未来的时间极限为多少？

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反作用转移

时间旅行第二定律：所有时间转移都具有对应的反作用转移，也即所有时间转移之和为零。

(2)

\begin{align} \sum \xi = 0 \end{align}

因此，在沿时间线移动某样事物时，会同时产生一个相等的反作用转移来反向移动另一事物。

澳大利亚墨尔本的高精逆转计时实验 Chronometer Upscale Negation Test 中使用的一块花岗岩压载物，重225吨。

当前实际应用中可达到的最大时移量极小，常为个位数或更少的纳xyanks。因此，商业项目中常用尺寸合适的压载物来限制反作用转移的间距。有时甚至无需使用压载物，因为反作用转移会耗散在设备或周边环境中。但除非时移量极小，一般出于安全起见不会如此，。

然而，反作用转移在用于察看时间旅行的结果时很实用：被反作用转移的事物不会被对应的主转移所影响，让我们可对比不同的世界线。以人类为例，他们可记得原本世界线中的事件。

课后习题

1. 某研究者将一个α粒子（质量为6.646×10^-27千克）转移至过去1天前。对应的反作用转移被用于保留一块硬盘（质量为0.327千克）中的内容。研究者需等待多长时间方可查看硬盘？
2. 一块集成电路在运行中的每个时钟周期生成-68.3 fXn的时移量。由于电路自身的灵敏性要求，反作用转移的总时长需小于每个时钟周期15皮秒。为此需要有多重的压载物？
3. （进阶）在相对论中，以接近光速运动的粒子可根据其速度获得额外的质量，因子为$\gamma = 1 / \sqrt{1-v^2/c^2}$。若转移一个以0.5c运动的质子至未来1年后，而其反作用被用于转移另一个静止的质子至过去，第二个质子会到达过去的什么时候？

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当前局限

基本时移能量为理论上达成一次时间转移所需的最少能量，约为4.95×10²¹ J/Xn。 然而以现在的技术水平，需要用到高出多个数量级的能量：在CERN进行的同源手控快子发射器实验 Tachyonic Ion Manual Emission and Origin Unification Transmitter (TIMEOUT) 是目前的巅峰，而其需要1×10²⁰ J/Xn！一个直观的对比是制造1 Xn所消耗的能量要超过2013年整个地球所用能量的总和。

能用于标准状况下的技术需用更多能量，使得目前只有能在真空低温环境下保持稳定的物体能被转移。

最后，目前任何技术都无法确保转移到过去的物体完好无损——即使当前技术支持的最高匹配度也会在时间转移中将物体转为一种目前未知的物质形式。幸运的是前往未来的转移不受此限制。

因此限制，完全不可能将人类、实物或动物送至过去。然而，以粒子流与灵敏的探测器传输数码信息则相对容易。可接受这种信息流的仪器被发明于1991年，这也是能向过去传递信息的最远时间。第五章将详述为此目的建立的逆因果传输计划。

时间旅行的另一个重要应用领域是运算。部分新式微处理器将逆因果链接用在了分支预测及缓存预读硬件上，实现了大幅优于以往的性能与时钟速度。这项技术同样有其限制（很难可靠地将高熵信息传输到过去），但已带来了可观的进步。第二章讲述了相关限制的成因，第六章则将详解集成电路中可如何应用逆因果链接。

根据传自未来的信息，我们终将解决大部分（或所有）限制，但迄今为止尚未收到更多时间旅行的具体技术细节。

无课后习题

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封面 | 第二章：时间循环