新研究：祖父悖论不能回到过去杀死自己祖父，但时间旅行仍有可能

祖父悖论，又称祖母悖论，是一种时间旅行的悖论。假如你回到过去，在自己父亲出生前把自己的祖父母杀死，但此举动会产生一矛盾的情况：你回到过去杀了你年轻的祖父，祖父死了就没有父亲，没有父亲也不会有你，那么是谁杀了祖父呢？ 也就是说，你的存在表示，祖父没有因你而死，那你何以杀死祖父？

之所以称为悖论，是因为它违反了物理学中一个最重要的认知——因果关系，即在任何情况下物理学都是因果关系的认知。

物理学家认为，祖父悖论违反了这一因果关系，但并不等于说时间旅行就不可能。该悖论只是阻止在穿越时空的过程中不可能进行的“殺祖父”行为，但并没有证明你不能回到过去。回到过去，比如说，探望祖父、问一声“你好”，这在逻辑上不会有问题。

麻省理工学院机械工程和物理学教授、赛斯·劳埃德（Seth Lloyd），十多年来一直在研究，探索如何在不违反因果关系的前提下穿越过去并完全避免祖父悖论的途径。

保护祖父的时间旅行

劳埃德著有《宇宙编程》一书，该著作认为，宇宙本身就是一台大型量子计算机，它运行着一个宇宙程序，它产生了我们周围和我们自己所看到的东西。根据劳埃德的说法，一旦我们完全理解了物理定律，我们也将能够使用小规模的量子计算来完全理解宇宙。

劳埃德同时也是麻省理工学院电子研究实验室的首席研究员，并领导麻省理工学院极端量子信息理论中心(xQIT)。

劳埃德提出的一种回到过去“保护祖父”并完全避免祖父悖论的方法，这涉及到封闭类时曲线的物理学理论，即通过时间和空间的路径返回到其起点，这是爱因斯坦广义相对论的引力理论和质量对空间和时间的影响所允许的。

劳埃德表示说，"一条封闭的时间曲线是一条穿过时空的路径，它通向过去，如果你在你的飞船中沿着一条封闭的时间状曲线前进，你最终可以与你以前的自己进行互动。也就是说，这条封闭的时间曲线允许时间旅行。"

有几种不同类型的封闭类时曲线模型，劳埃德用科幻流行小说中描绘的例子来举例说明。

"基本上有两种不同的封闭类时曲线模型的可能类型。在一种情况下，我们形象地称之为I型， 时间旅行者可以干预改变她所记得的过去，此时进入宇宙的不同量子分支，如科幻小说《回到未来》（Back to the Future）、《热浴盆时光机》（Hot Tub Time Machine）和其他时间旅行小说，"他解释说。"在这种第一类的时间旅行理论中，时间旅行者完全有可能杀死她的祖父。"

在另一种封闭类时曲线模型中，它被称为第二类，可以预见的是，时间旅行必须遵守自洽性原则，有时被称为诺维科夫自洽原则（Novikov self-consistency），或尼文的历史守恒定律（Niven’s Law of the conservation of history），该原则通过将一些事件按顺序放在同一封闭类时曲线上来防止违反因果关系。这种自洽性将阻止我们的时间旅行者将其机器降落在祖父身上，即使想这样做，一些影响总是会转移其路线。

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"在第二类理论中，时间旅行者无法改变过去，无论如何努力，"劳埃德说。"第二类时间旅行叙事的例子包括《哈利·波特与阿兹卡班的囚徒》（Harry Potter and the Prisoner of Azkaban），以及特瑞-吉列姆（Terry Gilliam）的电影《十二只猴子》（Twelve Monkeys）。"

终结者光子：带着杀戮的使命回到过去

劳埃德和他的团队开始探索第二类封闭类时曲线的一个版本，它结合了带后选的量子传输（quantum teleportation with post-selection）的概念，即计算中允许某些结果被接受而其他结果被拒绝。

劳埃德说："量子传输是一个过程，其中一个量子系统在这里去物质化，然后在其他地方重新物质化，这是基于纠缠这一反直觉的量子现象，即两个或多个粒子可以以这样一种方式联系起来，即一个粒子的变化会瞬间引起另一个粒子的变化，无论它们有多远。""在我们开发的封闭类时曲线量子理论中，通过封闭的时间曲线的旅行与这种传输密切相关。"

在量子测量中加入后选，使得这个过程是确定性的，而不是概率性的，它有效地禁止了那些会被证明是矛盾的事件。

劳埃德通过开发一个 "原则上"的时间机器来测试这个想法——一个量子模拟，有效地将一个光子向后发送几十亿分之一秒，让它试图 "杀死 "它以前的自己。

结果显示，光子越是接近做一些自相矛盾的事情，实验越容易失败。劳埃德的结果可能暗示，时间旅行可能以同样的方式工作，任何会导致悖论的旅行都会被预先取消。

量子物理学能否为 "祖父悖论"提供一个出口？

物理学家认为，量子物理学可能为 "祖父悖论"提供另一个出口。对量子力学的一种特殊解释——多世界诠释表明，对于每一种存在的量子可能性，都会出现一个独立的、不同的世界。

物理学家大卫-多伊奇（David Deutsch）是量子计算的先驱，他在时间旅行的情况下设想了多世界的想法。他设想了一个粒子在量子叠加中沿着封闭类时曲线环路穿越时间，这是量子物理学中存在的一种现象，它允许一个系统同时存在于多个可能相互矛盾的状态。

为了避免在旅程结束时出现悖论，并确保粒子回到起点时与离开时一样，要为每个可能的状态创建一个世界。让我们来看看，如果这样的事情是可能的，这对人类的时间旅行者来说会是怎样的。

假设一个名叫苏珊的时间旅行者，采取基于封闭类时曲线的时间旅行，在1963年见到了她的祖父，她的祖父还是个孩子。她将这台时间机器降落在祖父所处的一个名叫托特巷废品站的地方，将他压死在那里。苏珊等待着从存在中消失，但量子物理学的多世界诠释可以保护她的存在。

这是因为当苏珊到达1963年时，她创造了一个与她离开的世界所不同的世界。在她离开的世界里，设为地球1号，她的祖父没被压死。祖父后来有了一个叫苏珊的孙女，她曾经在一台时间机器里消失了。所以，苏珊在过去见到的还是个孩子的祖父根本不是她的祖父，只是她的祖父在另一世界的一个版本。

回到未来，苏珊会发现她所离开的世界不同了，不是因为这个世界是被她的行为改变了，而是因为这个世界——地球2，是由她创造的世界，不是同一个世界。

多世界诠释对时间旅行者有一个结果是：多世界理论规则之一坚持认为，多世界间不能相互干扰。这意味着我们的时间旅行者不能回到地球1。

如果苏珊试图穿越回1963年以阻止她祖父的死亡，她就创造了第三个世界——地球3，在这个世界中两个时间旅行者于1963年出现在托特巷废品站。她再次向前旅行时意识到她现在无法回到地球1或地球2。

在地球1的某个地方，和在那个时间线上，苏珊所怀念的祖父在等待苏珊的归来，但这永远不会发生。

当然，祖父悖论并不是反对时间旅行的唯一理由。一个很敏感的问题就是：如果时间旅行是可能的，那么所有的时间旅行者是在什么时候？这是劳埃德在研究的问题。

#假如穿越回去，你会回到什么时间#