物理學(xué)中的時(shí)間箭頭問(wèn)題一直是物理學(xué)中尚待解決的問(wèn)題，它和電磁學(xué)、量子力學(xué)、基本粒子物理學(xué)、宇宙學(xué)、天體物理學(xué)、信息論乃至生命現(xiàn)象等都有緊密的聯(lián)系，因而對(duì)這問(wèn)題的討論頗引人注目。許多不同學(xué)派就時(shí)間箭頭問(wèn)題提出了各種不同的見(jiàn)解，但目前看來(lái)仍是眾說(shuō)紛紜，不一而足。
一、時(shí)間箭頭的存在及其一致性
我們知道，自然界中的一切宏觀自發(fā)過(guò)程都具有不可逆性。如熱量只能自發(fā)地從高溫物體流向低溫物體，粒子總是自動(dòng)地從高密度區(qū)域擴(kuò)散到低密度區(qū)域......，若要出現(xiàn)相反的過(guò)程則必須依靠外來(lái)的作用。也就是說(shuō)，這些過(guò)程的正過(guò)程和反向的逆過(guò)程是不對(duì)稱的。正過(guò)程可以自動(dòng)進(jìn)行，逆過(guò)程卻不能自發(fā)地出現(xiàn)。這種過(guò)程進(jìn)行的方向性可以作為時(shí)間進(jìn)行方向的標(biāo)度，這種方向性已在熱力學(xué)第二定律中用統(tǒng)計(jì)理論作了完整的描述。但是，深入考慮我們會(huì)發(fā)現(xiàn)組成宏觀體系的微觀粒子其運(yùn)動(dòng)方程
是關(guān)于時(shí)間t的二階導(dǎo)數(shù)，將t換成
，意味著體系中全體分子的速度反向（在此請(qǐng)注意"速度反向"和"時(shí)間反向"的區(qū)別，著名的物理學(xué)家吳大猷先生曾明確指出兩者的不同[1]）。根據(jù)牛頓力學(xué)：
它們都應(yīng)遵循原路徑沿相反的方向回到初態(tài)。因而體系也回到了原來(lái)的狀態(tài)，根本不應(yīng)該存在宏觀上不能自發(fā)回到原來(lái)狀態(tài)的不可逆過(guò)程。但是，不可逆過(guò)程、時(shí)間箭頭卻又是客觀存在的，這就構(gòu)成了歷史上有名的"可逆佯謬"[2]。
其實(shí)，這個(gè)"可逆佯謬"不僅在宏觀熱力學(xué)中存在，在微觀領(lǐng)域、宇觀領(lǐng)域中也同樣存在著。
在微觀過(guò)程中，以原子的自發(fā)輻射為例。原子內(nèi)部的電子只能從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)而放出光子。這是個(gè)不可逆過(guò)程。但是，在描述電子運(yùn)動(dòng)的薛定諤方程中，波函數(shù)
中相位因子的t前面可能反號(hào)，但在物理上有意義的是幾率密度
，它的值對(duì)t取正負(fù)是不受影響的。于是也同樣出現(xiàn)了可逆與不可逆的矛盾，為什么不含時(shí)間箭頭的方程卻包含了由自發(fā)輻射定義的量子力學(xué)時(shí)間箭頭呢？
在宇觀現(xiàn)象中，宇宙的膨脹至少對(duì)于當(dāng)前的人類是個(gè)不可逆的過(guò)程。但是，得出Fridman宇宙膨脹解的Einstein引力場(chǎng)方程是一個(gè)廣義協(xié)變的張量場(chǎng)方程，
它在時(shí)間反演下也是不變的，它的解在時(shí)間反演下仍是場(chǎng)方程的解。在此也存在著可逆與不可逆的矛盾，為什么可逆的方程卻具有不可逆的解呢？
正值"可逆佯謬"困擾著物理學(xué)時(shí)，１８９０年，彭加勒證明了一個(gè)重要的定理[3]：一個(gè)處在有限空間內(nèi)的保守力學(xué)體系，在經(jīng)歷足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，總有可能任意地回到它的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。１８９６年，賽密羅（Zermelo）在此定理的基礎(chǔ)上提出了"再現(xiàn)佯謬"。他指出：既然經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，體系總有可能近似地回到原來(lái)狀態(tài)，這不正意味著不可逆過(guò)程、熵的增加、時(shí)間箭頭等都僅僅是暫時(shí)的現(xiàn)象，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，一切過(guò)程中都不存在時(shí)間箭頭。然而，事實(shí)表明時(shí)間箭頭確實(shí)是存在的。這就必然出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：到底在理論的哪一步引入了時(shí)間箭頭。
綜上，物理學(xué)中的時(shí)間箭頭疑難問(wèn)題是：為什么可逆的方程卻具有帶時(shí)間箭頭的不可逆解？是否有什么更根本的原則指導(dǎo)我們必須選擇這種不可逆的解？這種時(shí)間對(duì)稱性的破缺從何而來(lái)？各種時(shí)間箭頭之間是否有著內(nèi)在的聯(lián)系？是否存在著一個(gè)基本的時(shí)間箭頭，利用它可以導(dǎo)出其它的時(shí)間箭頭？
微觀領(lǐng)域
大量的證據(jù)表明：在微觀世界中，三種分立對(duì)稱性Ｃ（電荷共軛守恒）、Ｐ（宇稱守恒）、和Ｔ（時(shí)間反演守恒）中每一種只是近似的成立，聯(lián)合其中的任兩個(gè)也同樣存有某種微小的不守恒，然而，當(dāng)將Ｃ、Ｐ和Ｔ聯(lián)合變換時(shí)，則能嚴(yán)格保證物理規(guī)律的對(duì)稱性。這種聯(lián)合對(duì)稱運(yùn)算在理論物理中是如此的協(xié)調(diào)，給人們以深刻的印象。
ＣＰＴ定理指出[4]：如果只考慮定域相互作用，
則任何滿足狹義相對(duì)論的量子場(chǎng)論將自動(dòng)地在ＣＰＴ變換下保持不變。它的一個(gè)重要推論闡明：如果一個(gè)相互作用在Ｃ、Ｐ或Ｔ變換之一下不變，則它在另外兩個(gè)的乘積變換下也一定不變。同樣，若相互作用在其中一個(gè)的變換下是變的，則在另外兩個(gè)乘積的變換下，也一定是變的。
１９６４年，克里斯坦（Christensin）、克羅寧（Cronin）、菲奇（Fitch）和特萊（Turlay）（簡(jiǎn)寫ＣＣＦＴ）研究了中性Ｋ介子的衰變，對(duì)ＣＰ守恒建立了一個(gè)新的界限。他們發(fā)現(xiàn)存在
的衰變，而按照ＣＰ守恒， 是禁戒的。他們觀察到這個(gè)衰變的振幅（出現(xiàn)幾率）比允許衰變 的振幅要小得多，估計(jì)結(jié)果 ,（若ＣＰ守恒則
）其中Amp為振幅，雖然這個(gè)衰變相當(dāng)稀少，但確實(shí)存在，從而動(dòng)搖了物理學(xué)家對(duì)ＣＰ守恒的嚴(yán)格性論證。這一實(shí)驗(yàn)后來(lái)又被其他人重復(fù)做過(guò)，對(duì)這一現(xiàn)象的真實(shí)性是無(wú)可置疑的。
從前述的推論可知，ＣＰ的不守恒意味著時(shí)間Ｔ反演的不守恒。我們知道，當(dāng)Ｔ守恒保持時(shí)，粒子在不同方向發(fā)生衰變的幾率應(yīng)是相同的，所以無(wú)所謂時(shí)間的方向性問(wèn)題。但當(dāng)Ｔ守恒性被破壞時(shí)，在某一方向上粒子衰變幾率的優(yōu)越性便顯現(xiàn)出來(lái)。在微觀領(lǐng)域中，恰恰是這微小的ＣＰ不守恒（約３‰）而導(dǎo)出的Ｔ守恒的破壞使得我們發(fā)現(xiàn)了微觀領(lǐng)域中可能確實(shí)存在的時(shí)間箭頭。
宏觀領(lǐng)域
在有關(guān)時(shí)間箭頭的文章中幾乎普遍都用熱力學(xué)的熵增加來(lái)定義宏觀的時(shí)間箭頭。按玻爾茲曼曾對(duì)統(tǒng)計(jì)做過(guò)的解釋，他認(rèn)為：[5]熵增加原理是統(tǒng)計(jì)性的，它只說(shuō)明熵增加的幾率最大而沒(méi)有排斥熵減小的可能，體系的熵是有可能自發(fā)減少的，不過(guò)這種可能性的幾率極小。這雖然發(fā)生的幾率極小，但畢竟是有可能的。那么如果把熵變化作為時(shí)間方向性的標(biāo)志，時(shí)間的倒流不就是有可能的了嗎？
著名的理論物理學(xué)家吳大猷先生指出[1]：用相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)觀念來(lái)定義時(shí)間方向和用熱力學(xué)定義的時(shí)間方向是完全一致的。從這我們可以得到這樣的啟示：用相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)觀念來(lái)定義宏觀世界的時(shí)間箭頭是不含有幾率性質(zhì)的，比起熵增加原理它更具有確定性和普遍性。
這里所說(shuō)的"相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)觀念"，按照我們的理解，是指這樣的事實(shí)：我們生活的空間只能是類時(shí)的，它形如一光錐，內(nèi)部的時(shí)空間隔
，事件之間有因果關(guān)系，我們生活在其中只能由過(guò)去→現(xiàn)在→將來(lái)，帶有時(shí)間箭頭的單向性。若要與光錐外部建立因果關(guān)系，就必須以超光速運(yùn)動(dòng)，而這在相對(duì)論中是不允許存在的。所以按相對(duì)論的觀點(diǎn)，具有因果關(guān)系的過(guò)程必然含有時(shí)間箭頭。
宇觀過(guò)程
本世紀(jì)初，在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，建立了現(xiàn)代宇宙學(xué)。它以其極其豐富的理論內(nèi)含和觀測(cè)事實(shí)建立了宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型━━"大爆炸"模型。該模型受到了眾多實(shí)驗(yàn)事實(shí)的支持。由于１５０億年前的一次大爆炸使得現(xiàn)今的宇宙還在繼續(xù)膨脹，這在宇觀領(lǐng)域中無(wú)疑引入了一個(gè)時(shí)間箭頭。然而，相反的觀點(diǎn)認(rèn)為：雖然宇宙現(xiàn)是在不斷膨脹著的，但由于減速因子的作用，宇宙膨脹的速率會(huì)逐漸減慢，最終宇宙會(huì)停止膨脹并坍縮到一點(diǎn)。如此一來(lái)，時(shí)間不就又可以倒流回去了嗎？
彭羅斯據(jù)理駁斥了這種觀點(diǎn)，他認(rèn)為[7]：即使在大坍縮的過(guò)程中，熵也還是增加的，第二定律仍然有效，時(shí)間箭頭也保持不變。這是由于：大爆炸和大坍縮這兩個(gè)奇點(diǎn)的結(jié)構(gòu)是不等價(jià)的。大爆炸奇點(diǎn)相對(duì)于大坍縮來(lái)說(shuō)，有序程度要高得多，熵也要低得多，整個(gè)過(guò)程熱力學(xué)第二定律仍是滿足的，當(dāng)然它也是帶有時(shí)間箭頭的。
以下，我們來(lái)看看三個(gè)領(lǐng)域中時(shí)間箭頭之間的關(guān)系。 ＣＰＴ不變性和宏觀時(shí)間箭頭
我們已經(jīng)知道，微觀領(lǐng)域中的ＣＰＴ定理證明了單獨(dú)的Ｔ反演是不守恒的。所以在用數(shù)學(xué)方法處理量子力學(xué)、電磁學(xué)和熱力學(xué)問(wèn)題時(shí)，假如以ＣＰＴ聯(lián)合守恒代替單獨(dú)的Ｔ守恒，則可導(dǎo)出[7]量子力學(xué)中的自發(fā)輻射、電磁學(xué)中的推遲勢(shì)和熱力學(xué)中的熵增加原理?？梢?jiàn)微觀領(lǐng)域和宏觀領(lǐng)域的時(shí)間箭頭是緊密相關(guān)的。正是因ＣＰＴ聯(lián)合反演的不變性而導(dǎo)出了微觀領(lǐng)域的時(shí)間箭頭，并在其基礎(chǔ)上可得出了存在于宏觀領(lǐng)域中的時(shí)間箭頭。
宇宙大爆炸和熱力學(xué)第二定律
對(duì)宇宙膨脹的極端命運(yùn)有兩種預(yù)言：一種觀點(diǎn)認(rèn)為：宇宙繼續(xù)膨脹直至達(dá)到平衡"熱寂"狀態(tài)。但熱寂是不可能的[6]。而對(duì)于膨脹著的體系，每一瞬時(shí)的熵可能達(dá)到的極大值Ｓmax也是與時(shí)俱增的。若宇宙膨脹的足夠快，系統(tǒng)不但不能每時(shí)每刻跟上進(jìn)程以達(dá)到新的平衡，而且實(shí)際的熵值增長(zhǎng)也落后于Ｓmax。因此，系統(tǒng)為達(dá)到平衡而不得不使得熵值不斷增加以達(dá)到Ｓmax，
故而在宏觀世界中表現(xiàn)出熵的不斷增加━━熱力學(xué)第二定律。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為：宇宙最終會(huì)大坍縮。彭羅斯和霍金的奇點(diǎn)定理[9]證明了引力坍縮中的空間－時(shí)間奇性是不可避免的。隨后又證明了初始的空間－時(shí)間奇性也是不可避免的，但二者之間并無(wú)準(zhǔn)確的時(shí)間反演，因?yàn)槌跏计纥c(diǎn)為我們提供了低熵，而終極奇點(diǎn)是與高熵有關(guān)聯(lián)的。整個(gè)宇宙演化過(guò)程中包含了熱力學(xué)第二定律起源的關(guān)鍵━━熵不斷增加。由此可見(jiàn)，宇宙大爆炸不論其結(jié)局如何，均導(dǎo)致了熱力學(xué)箭頭的存在。而熱力學(xué)箭頭又和生命是息息相關(guān)的，因?yàn)樯拇嬖诒仨殢耐饨缥沼行蚨容^高的能量，而釋放出無(wú)序度較高的熱量，從而導(dǎo)致我們生存空間熵的增加。所以，宇宙學(xué)箭頭、熱力學(xué)箭頭、生命箭頭彼此都是密切聯(lián)系，互相貫通而存在的。
宇宙大爆炸和微觀Ｔ不守恒
用人擇原理的觀點(diǎn)解釋：我們之所以能生存于宏觀世界中，是因?yàn)樵谟钪娲蟊ㄟ^(guò)程中，因微觀粒子的Ｔ是不守恒的（即由夸克和反夸克聚變?yōu)榉措娮雍碗娮拥膸茁适遣煌模?，結(jié)果造成了正反物質(zhì)的不對(duì)稱，形成了宏觀世界中正物質(zhì)多于反物質(zhì)（或反物質(zhì)多于正物質(zhì)）的現(xiàn)狀。否則，宏觀世界會(huì)因等量的正反物質(zhì)相互湮滅而消失的。因此，我們認(rèn)為宇宙學(xué)箭頭和微觀領(lǐng)域中的Ｔ不守恒也是相互聯(lián)系的。
總結(jié)上述可知，微觀、宏觀和宇觀領(lǐng)域中的時(shí)間箭頭是彼此相關(guān)的，不存在著哪一個(gè)更為基本的問(wèn)題，它們彼此之間是完全可以統(tǒng)一的。
最后，讓我們簡(jiǎn)單分析一下時(shí)間箭頭產(chǎn)生的原因。
對(duì)時(shí)間箭頭的起源問(wèn)題，物理學(xué)家們提出了許多不同的觀點(diǎn)，在眾多的觀點(diǎn)中，我們認(rèn)為"測(cè)量"是產(chǎn)生時(shí)間箭頭的原因。因?yàn)槲覀円芯课镔|(zhì)的某種屬性，就必須以測(cè)量的方式獲得信息，而測(cè)量本身就是一個(gè)熵增加的過(guò)程。在施行這樣的一個(gè)操作中，引入了一個(gè)時(shí)間箭頭。
二、"時(shí)間機(jī)器"和時(shí)序保護(hù)猜想
在實(shí)際生活中，人們可以毫無(wú)困難地沿著任意一個(gè)空間坐標(biāo)軸正反兩個(gè)方向去旅行，可是是否能沿著一維的時(shí)間坐標(biāo)軸逆向去旅行呢？這就是所謂"時(shí)間機(jī)器"問(wèn)題。
廣義相對(duì)論預(yù)言：a、質(zhì)量超過(guò)某個(gè)上限的星體塌縮的結(jié)局是形成中心為時(shí)空奇異區(qū)而外界被視界包起來(lái)的黑洞。b、宇宙始于一個(gè)質(zhì)量、密度和時(shí)空曲率都發(fā)散的時(shí)空奇點(diǎn)。這種時(shí)空的奇異性是物理學(xué)家們難以接受的。因?yàn)槠娈愋砸馕吨蚬缘钠茐?，物理?guī)律在時(shí)空奇異處不再成立。而且彭羅斯（Penrose）和霍金（Hawking）的奇點(diǎn)定理進(jìn)一步論證了這種奇異性確實(shí)是不可避免的。為此，
人們另辟溪徑──引力的量子理論來(lái)解決奇點(diǎn)疑難。
由經(jīng)典廣義相對(duì)論標(biāo)量愛(ài)因斯坦方程Ｒ＝ＫＴ可知：物質(zhì)場(chǎng)的漲落ΔＴ必然導(dǎo)致時(shí)空度規(guī)的漲落ΔＲ。通過(guò)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系計(jì)算可得，當(dāng)時(shí)空尺度和普朗克Plank長(zhǎng)度
可相比時(shí)，曲率的漲落很顯著，引力的量子效應(yīng)不能再被忽略。這正如霍金所說(shuō)：奇點(diǎn)定理實(shí)際上揭示了當(dāng)時(shí)空尺度小到普朗克長(zhǎng)度時(shí)，經(jīng)典廣義相對(duì)論不再成立，必須考慮引力的量子效應(yīng)。雖然到目前為止尚沒(méi)有一個(gè)令人滿意的量子引力理論，但作為其近似的兩個(gè)理論：彎曲時(shí)空的量子場(chǎng)論和量子宇宙學(xué)在處理某些問(wèn)題時(shí)卻預(yù)言到了在經(jīng)典廣義相對(duì)論中難以成立的結(jié)果。比如，彎曲時(shí)空的量子場(chǎng)論預(yù)言了黑洞的霍金輻射的存在。量子宇宙學(xué)預(yù)言了時(shí)空的拓?fù)淇赡馨l(fā)生變化等等。在經(jīng)典的廣義相對(duì)論中若不破壞因果率，那么一個(gè)整體的雙曲時(shí)空拓?fù)洳豢赡馨l(fā)生變化。但當(dāng)考慮到引力的量子效應(yīng)時(shí)，情況就不同了。在量子引力或量子宇宙學(xué)范疇，時(shí)空的拓?fù)浒l(fā)生變化是可能的。這種可能性直接導(dǎo)致了蟲(chóng)洞的出現(xiàn)。
所謂蟲(chóng)洞，就是連結(jié)兩個(gè)不同的宇宙或同一個(gè)宇宙的兩個(gè)不同部分的一個(gè)通道。一般認(rèn)為，蟲(chóng)洞產(chǎn)生于物質(zhì)場(chǎng)的漲落。在普朗克尺度上，物質(zhì)場(chǎng)的漲落導(dǎo)致時(shí)空的幾何發(fā)生可觀的漲落，甚至引起其拓?fù)浒l(fā)生變化，形成了泡沫一樣的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就是蟲(chóng)洞。由蟲(chóng)洞的產(chǎn)生而帶來(lái)的奇異結(jié)果引起了理論物理界和哲學(xué)界廣泛的興趣和激烈的爭(zhēng)論。
１８９５，著名的英國(guó)科幻小說(shuō)家Ｈ．Ｇ．威爾斯憑其在文學(xué)上的豐富想象力和理論物理上的博學(xué)多才，杜撰了一部《時(shí)間機(jī)器》。日常的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，人們僅可以影響未來(lái)，但卻不能改變過(guò)去。但若真的存在著時(shí)間機(jī)器，則人們就可能改變過(guò)去，從而引起因果率上的嚴(yán)重困難。對(duì)此似乎稍有科學(xué)頭腦的人是不會(huì)認(rèn)真對(duì)待它的，可是隨后幾年理論上對(duì)其的不斷補(bǔ)充完善使得建造這樣一部時(shí)間機(jī)器成為可能。
１９８８年，托恩等人在一篇文章[10]中提出了一個(gè)lorentz蟲(chóng)洞。通過(guò)適當(dāng)?shù)闹苽洌梢杂脕?lái)制造時(shí)間機(jī)器。其具體構(gòu)思如下：
一個(gè)三維蟲(chóng)洞如圖1所示，蟲(chóng)洞有兩個(gè)連接于我們大宇宙的開(kāi)口Ａ和Ｂ。大宇宙稱為外空間，假設(shè)它是平直的Ｍinkovski時(shí)空的一個(gè)類空超曲面（即Ａ、Ｂ兩開(kāi)口無(wú)法在光速范圍內(nèi)溝通信息）。蟲(chóng)洞內(nèi)稱為內(nèi)空間，一般它是彎曲的。Ａ、Ｂ兩個(gè)口在外空間的距離是Ｌ，在內(nèi)空間的距離為l，因?yàn)閘<<Ｌ，所以穿越Ａ、Ｂ兩點(diǎn)經(jīng)過(guò)內(nèi)空間比外空間快得多?，F(xiàn)讓Ａ、Ｂ兩口在外空間做適當(dāng)?shù)南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，就可以制備成一個(gè)時(shí)間機(jī)器。
外空間選取慣性坐標(biāo)系（Ｔ，Ｘ，Ｙ，Ｚ）。如圖2，當(dāng)Ｔ〈０時(shí)，Ａ，Ｂ兩口都靜止；Ｔ＝０時(shí)Ｂ口開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，高速離開(kāi)Ａ口之后再返回原來(lái)位置；當(dāng)Ｔ≥Ｔe時(shí)，Ｂ口重新與Ａ口保持相對(duì)靜止。假設(shè)在此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，蟲(chóng)洞內(nèi)部的幾何沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，當(dāng)Ｂ口重新靜止時(shí)，由于狹義相對(duì)論的"鐘慢效應(yīng)"，Ｂ口的固有時(shí)比Ａ口的固有時(shí)要"年輕"。以Ｔ表外空間時(shí)鐘讀數(shù)，t表內(nèi)空間時(shí)鐘讀數(shù)，在Ｔ＝０時(shí)，把外空間、內(nèi)空間所有鐘都調(diào)到t＝Ｔ＝０，則當(dāng)Ｂ口經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)又重新停下來(lái)后，
∵ΔＴA〉ΔＴB 由狹義相對(duì)論可得 （其中v為Ｂ相對(duì)于Ａ的速度） 設(shè)某觀測(cè)者從Ｂ口進(jìn)入蟲(chóng)洞，外空間測(cè)得進(jìn)入時(shí)刻為ＴB，
內(nèi)空間測(cè)得進(jìn)入時(shí)刻為 ，兩者關(guān)系 ＝ＴB－Δ。當(dāng)此人經(jīng)過(guò)蟲(chóng)洞從Ａ出來(lái)時(shí)，
由于Ａ端始終靜止在坐標(biāo)系中，故出來(lái)時(shí)刻無(wú)論從蟲(chóng)洞內(nèi)Ａ端的鐘測(cè)（ ）還是從外空間的鐘來(lái)測(cè)（ＴA）應(yīng)有 ＝ＴA，則 與 的關(guān)系 ＝
＋Δt（Δt為觀測(cè)者在內(nèi)空間所花費(fèi)的時(shí)間），將前式代入可得： ＴA＝ＴB－Δ＋Δt ＴA－ＴB＝Δt－Δ 可見(jiàn)當(dāng)
時(shí)，ＴA〈ＴB。即從外空間看，觀測(cè)者是在ＴB時(shí)刻進(jìn)入蟲(chóng)洞而在ＴA時(shí)刻走出蟲(chóng)洞口的。公式中只要相對(duì)于Ａ的Ｂ運(yùn)動(dòng)速度v足夠大，制備的時(shí)間足夠長(zhǎng)，ＴA〈ＴB總可以滿足，而且只要ＴB－ＴA〈Ｌ（Ｃ＝１）則外空間直線ＡＢ為類時(shí)的，這樣就有了一條閉合的類時(shí)曲線，造成時(shí)間機(jī)器在這樣的時(shí)空里既可以從現(xiàn)在走向?qū)?lái)，又可以從現(xiàn)在返回到過(guò)去。
該時(shí)空具有這樣的特點(diǎn)：它可以分成兩部分，一部分是因果性比較好的，不含有閉合類時(shí)或類空曲線，比如蟲(chóng)洞制備之前就是這樣；另一部分含有閉合的類時(shí)曲線，這兩個(gè)區(qū)域通過(guò)一個(gè)緊致生成的Cauchy視界連起來(lái)，這個(gè)Cauchy視界包含閉合類光曲線。這樣的時(shí)空既有能回到自己過(guò)去的閉合類時(shí)曲線，又有能提供我們生存的（因果性完備的）不含閉合類時(shí)或類光曲線的區(qū)域。
１９９２年，霍金根據(jù)一些具體的計(jì)算發(fā)現(xiàn)：物理規(guī)律不允許出現(xiàn)閉合類時(shí)曲線。因?yàn)橛捎诹孔有?yīng)而產(chǎn)生的真空極化能－動(dòng)張量在緊致生成的Cauchy視界上是發(fā)散的，這導(dǎo)致的反作用會(huì)破壞Cauchy視界，從而閉合類時(shí)曲線也將被破壞掉。因而，這樣的時(shí)空是不穩(wěn)定的，為此他提出大膽的猜想──"時(shí)序保護(hù)猜想"。此猜想認(rèn)為物理規(guī)律將禁止時(shí)間機(jī)器或時(shí)間隧道的出現(xiàn)。
然而，北師大的一個(gè)物理科研小組對(duì)霍金的猜想提出了反駁。他們利用復(fù)幾何路徑積分，消除了含有閉合類光曲線的Cauchy視界，得出真空極化能－動(dòng)張量不會(huì)發(fā)散，從而這個(gè)幾何對(duì)真空漲落的擾動(dòng)將是穩(wěn)定的。并構(gòu)造了一個(gè)空間，此空間可能通過(guò)某種量子過(guò)程產(chǎn)生，信息可以通過(guò)量子效應(yīng)從不含有閉合類時(shí)曲線的區(qū)域躍遷到含有閉合類時(shí)曲線的區(qū)域，這就為構(gòu)造時(shí)間機(jī)器帶來(lái)了新的啟示，而且向霍金的時(shí)序保護(hù)猜想提出了挑戰(zhàn)。
其實(shí)，兩種觀點(diǎn)誰(shuí)更占上風(fēng)目前還無(wú)定論。但是事實(shí)證明，就目前的理論水平和技術(shù)設(shè)備，要建造一臺(tái)時(shí)間機(jī)器還是令人難以想象的。不可被觀測(cè)的東西不能成為科學(xué)的對(duì)象，對(duì)建造時(shí)間機(jī)器的工具──蟲(chóng)洞這種未被觀測(cè)到的實(shí)物只能認(rèn)為是有這樣的一種存在可能性，按目前對(duì)物理理論用途的劃分（超等的、有用的、嘗試的），時(shí)間機(jī)器僅能歸屬于嘗試性的。或許，目前的有限理論知識(shí)還未達(dá)到能精確地描述一切物理規(guī)律的程度，能使嘗試性的理論往有用的、甚至超等的理論過(guò)渡，但其開(kāi)創(chuàng)性的思維為現(xiàn)實(shí)的理論奠定了基礎(chǔ)。我們并不排除其有成為有用的或超等的理論的可能性，所以目前它已成為物理學(xué)界最熱門的話題之一。
結(jié)束語(yǔ)
總結(jié)本文，我們看到，時(shí)間箭頭問(wèn)題一百多年來(lái)雖然已經(jīng)有了許多討論，在不同方面也有過(guò)許多重大進(jìn)展，但是至今仍然是個(gè)沒(méi)有解決的重大理論問(wèn)題。在１９７６年出版的《二十世紀(jì)物理學(xué)》中，甚至把它列為本世紀(jì)還沒(méi)有解決的四大難題之一。由于這個(gè)問(wèn)題涉及的面極寬，牽扯的范圍極廣，從宇宙到基本粒子，從單體到多體，甚至從無(wú)生命現(xiàn)象到有生命現(xiàn)象，因而可以預(yù)期，時(shí)間箭頭問(wèn)題的最終解決必然帶來(lái)的理論上和認(rèn)識(shí)上的飛躍。因此，這是個(gè)很值得我們進(jìn)一步探索的領(lǐng)域。
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vacuum fluctuation TIME ARROW AND "TIME MACHINE" ABSTRACT: The
article has analysed the existence and the consistence of time
arrow from microcosmic .world and universe on the knotty problem
that have existed in time arrow ,on the other hand, it has done a
simple introduction on a surmisal viewpoint (time machine) that
discusses if it is permissible to the reverse of time. Key Words
reversible feign-mistaken reappear feign-mistaken strange point
togopy wormhole closed timelike curver cauchy demarcation line of
vision
