你好，欢迎来到一个科幻话题文章。
这篇文章，我会介绍小说中时间旅行的各种概念，假说，悖论，哲学，世界观等。但并不直接讨论物理学硬核内容，例如物理学上时间旅行的可行手段等。
此即是说，你不会在本文中看到复杂的物理学方程，定理等。本文注重概念，假说，逻辑和哲学，有关复杂的物理学问题，均会作简化处理。
话不多说，切入主题。
概念
首先要阐述所有“概念”，它们是后文更深入讨论的前提。
如果你认为“概念”部分不好理解，也可以直接跳到后面的部分。
相对论
广义/狭义相对论，是爱因斯坦提出的一系列复杂物理学理论，讨论时间，空间，质量，引力等对象之间的关系。
简言之，对于本文的主题来说，相对论给几乎所有小说作品都规定了如下内容：
- 定域物体不可超过真空中光速，即真空中光速是最快的速度。
- 在所有惯性系中，真空中的光速c具有相同的值，即光速不变。
- 光在引力场中不沿直线传播，而是会被大质量物体的引力场弯曲。
- 所有相对于一个惯性系统移动 (相对移动速度更快) 的时钟都会走得较慢，即时间膨胀效应。
- 所有更靠近引力场 (更靠近大质量天体) 的时钟都会走得较慢，即引力时间膨胀效应。
上述描述不是相对论的全部，甚至没有涉及到相对论本身，仅仅是阐述相对论引入的相关现象。
相对论是为小说的世界观奠基之理论，是时间旅行框架的一个大前提，后文也会涉及到相对论相关描述，注重概念和现象范畴，而非复杂的理论。
四维时空和世界线
上过中学的人都熟悉笛卡尔坐标系，由X/Y/Z轴构成的坐标系能够描述任意三维信息。
爱因斯坦的相对论预言了第四维度，也就是“时间轴”的存在。时间轴作为第四个坐标轴附加在三维空间上，构成一个崭新的世界模型，一般被称作“时空”(Spacetime)。“世界线”(Worldsheet)和“时空”的概念由德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基首次提出。
为了在三维空间中描述第四维度，需要将三维抽象成二维。在物理学上，世界线是时空中某物体的历史所组成的事件序列，事件的发生与其前后演变可用四维坐标标示。(如图)
事件(Event)是在时空中一个点 (即在一个特定的地点与时间) 发生的事。例如，一个玻璃杯碎在地上是一个事件——它于特定的时间发生于一特定的地点。
世界线是时空中的特殊曲线，线上的每个点都能标出物体在那个时间的时空位置。
简言之，在常见时空模型中，垂直于时间轴上的面上的每一个点，就是某一个世界线上的事件，即世界在某一刻的状态。
更直观地说，假设张三在2025年1月1日0时0分，在自己家楼下放了烟花。那么在四维坐标中，假设选定2025年1月1日0时0分这个时间点，作一个截面，截面上一定存在描述张三在放烟花的那一瞬间的点，这一点一定存在于某一条世界线上。
光锥和黑洞
光锥(Light Cone)，描述了四维时空中，能够与一个单一事件通过光速存在因果联系的所有点的集合。通俗且不准确地讲，是时空中某一点向前发散出世界线的最大范围。简言之，“光锥之内皆因果。”
根据狭义相对论，光速是自然界的最高速度，因此普通物质的世界线只能位于光锥内，光锥外部分是禁区，其时空也无法对观测者（当前事件）的时空产生任何影响。
光锥的概念同样可以扩展到广义相对论中，这时的光锥可以定义为一个事件的因果未来和因果过去的边界，并包含了这个时空中的因果结构信息。
相对于当前事件而言，指向光锥内部的任何四维矢量(可以理解为假想的世界线)，由于可以通过小于光速的速度与当前事件建立因果联系，因此是类时(timelike)的，以此类推 —— 指向光锥外部的四维矢量是类空(spacelike)的，刚好指向光锥上一点的四维矢量则是类光(lightlike)的。不必立刻强行理解这些概念，后文还会提及它们。
广义相对论预言，观测者视角下光锥内部和外部的“界限”，可能是无限远处的宇宙，也可能是黑洞的“事件视界”(Event Horizon)。黑洞的奇点(Singularity)可以强烈地扭曲时空，导致附近(事件视界内)的光锥完全变形指向奇点，这意味着任何进入事件视界内的物体(包括光)必然会最终撞上奇点，因此对于遥远的观测者来说，黑洞不可被实际观测到 —— 事件视界内的光无法进入观测者的光锥中，不会和观测者所在的世界线发生任何因果关系。
时间箭头
时间箭头，顾名思义，是一个只能向前的“箭头”。
在日常生活中，所有人都实际感受过“时间之箭”的存在，比如破镜不能重圆，覆水难收，等等。在物理学上说，所有微观的现象都是时间对称的，比如一个水分子的移动。但宏观上来说，你不能指望“一滴墨水”滴在水里，能够自发地重新聚回“一滴墨水”，也不能指望一个碎了的碗自动愈合成原来的样子。
在”时间箭头“之描述下，所有事件在四维空间中只能形成向前的 类时 曲线，不能回头。
量子叠加态和多世界诠释
在量子力学中，最有名的思想实验(Thought Experiment)无疑是薛定谔的猫。
“薛定谔的猫”指出，由于先前发生事件的随机性质，“猫”处于生存和死亡的叠加态(Superposition State)。而根据退相干理论，“猫”不可能永远处于生存与死亡的叠加态，在观测者打开盒子的那一刻起，“猫”的状态便确定了下来。
多世界诠释(The Many-worlds Interpretation)认为，观测时会分离出无数个平行世界，每一个世界都有一个确定的状态，而我们只是在其中的一个特定世界。也就是说，自观测者打开盒子那一刻起，便会确定观测者是位于“猫活着”的世界线，还是“猫死了”的世界线。
在多世界诠释中，每一个事件都是世界线的一个分支点，不论盒子是封闭的还是敞开的，猫既是活的，也是死的 —— 但是，活猫与死猫处于世界线的不同分支，这些分支都同样的“真实”，且彼此之间不能相互作用。
多世界诠释同时与一致性历史(Consistent Histories)诠释不谋而合，只有“死猫”或“活猫”可以作为这条(观测者主观上的)世界线“历史”的一部分。
假说和悖论
有关时间旅行的可行性，有诸多假说和悖论存在。
本节内容不讨论物理学上可能实现时间旅行的手段，而是逻辑意义上的论述和阐述。
时序保护假说
时序保护假说(Chronology Protection Conjecture)，由物理学家史蒂芬·霍金提出。
在一篇1992年的论文中，霍金使用比喻的说法“时序保护机构/机制”(Chronology Protection Agency)来阐释物理定律不允许宏观尺度的时间旅行，从而防止出现时间悖论，他认为：
似乎有个时序保护机制，防止封闭类时曲线的产生，从而让历史学家得到安全的宇宙。
Hawking, S. W. Chronology protection conjecture. Phys. Rev. D. 1992, 46 (2): 603.
上文中提到了封闭类时曲线，通俗地说，霍金认为很可能存在某种机制，使得任何四维世界线都不能存在一个闭环(即一个封闭的类时曲线)，从而否决了单一世界线上的时间旅行。
祖父悖论
祖父悖论(Grandfather Paradox)是时间旅行相关话题中最常见的悖论，最先由法国科幻小说作家赫内·巴赫札维勒于1943年提出。
假如你回到过去，在自己父亲出生前把自己的祖父母杀死，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？ 或者看作：你的存在表示，祖父没有因你而死，那你何以杀死祖父？
Paradox The Nine Great Enigmas in Science. Suncolor.
有诸多其他假说可以“解决”祖父悖论，包括前述的时序保护猜想(猜想认为因为某种强制力，不存在时间旅行，因此祖父悖论的前提不存在)，和多世界诠释(猜想认为杀了祖父会导致世界线分歧)。
下一部分的命定悖论，也是“解决”祖父悖论的理论之一。
命定悖论
“命定悖论”(Predestination Paradox)，又称“因果循环”(Causal Loop / Causality loop)，其与佛教的业德去返无关，常见于有关时间旅行的科幻作品中。
命定悖论是一种使“祖父悖论”解决的逻辑，颇具决定论和宿命论的色彩，其核心观点是：
改变历史的做法，不论企图与否，最终都会引致历史所“命定”的结果。
“现在”是已经被改变过的最终结局，人可以回到“过去”，但是不能因此改变历史的进程。
只有自洽的因果循环才能出现，矛盾的则不能。
命定悖论是现代小说家喜欢用的叙事逻辑，也就是前后自洽的循环因果，可以使叙事的逻辑合理化，适用于单一世界线的设定背景。举例来说：
在1850年，鲍勃骑的马受到不明惊吓冲往悬崖，但在紧要关头被不明人士阻止了下来而保住性命。两百年后，鲍勃的后代回到过去观光并且看到某人骑的马即将冲下悬崖。他冲过去帮忙而救了那个人的性命。
在上述例子中，因果循环可能不是很明显。简单分析一下：鲍勃活了下来，所以他的后代才可能回来救他；他的后代救了他，所以他才有可能活下来；鲍勃“活了下来”，因为“他活了下来”。结合此前阐述，“命定悖论”本质上是一种封闭类时曲线，是脱离因果律的事件。
大多数命定悖论的例子中，都是主人公时光旅行前往过去，并且完成了注定历史事件中的角色。在自证预言中，则是主人公得知自己即将经历注定事件，通常是该资讯(例如对未来的观测结果)被传回过去，而非主人公自己 —— 任何情况下，试图修改过去事件或者回避未来事件的尝试，都只会导向注定的过去或者未来。
简言之，发生的事不可改变，不论来者如何努力。因为时空是连续的，我们非常容易把这个假说推广到整个世界线，从而得到一个永恒的，从开始到结束都被提前规划好的宇宙”剧本“，哲学上这叫“决定论”。
哲学
时间旅行背后，有很多哲学问题和概念值得思考和研究。本节不会过于深入地讨论形而上的问题。
哲学问题的答案，很大程度上取决于你的“信念”。
本节阐述的哲学观点都不是“事实”，而是一种观点 —— 事实上没人能证明这些观点是否正确或者错误。所有观点的谓语均采用加粗的“认为”，强调这是一种观点而非事实。
因果关系
因果关系(Causality)，是一个事件（即“因”）和第二个事件（即“果”）之间的作用关系，其中后一事件被认为是前一事件的结果。一般来说，一个事件是很多原因综合产生的结果，而且原因都发生在较早时间点，而该事件又可以成为其他事件的原因。
原因和结果通常和变化或事件有关，还包括客体、过程、性质、变量、事实、状况；概括因果关系争议很多。对因果关系的哲学研究历史悠久，它仍是现代哲学的重要课题。
因果关系是时间旅行相关话题的底层逻辑学/哲学概念，将我们导向下一个哲学观点。
决定论和自由意志
决定论(Determinism)，又称拉普拉斯信条，是一种哲学观点，有多个不同的阐述方式：
一切结果都是由先前的某种原因导致的，有其因必有其果。
所有事件都完全由先前存在的原因决定。
决定论从18世纪起基本上统治了科学界，认为一切都是因果关系联系起来的，一切世界的运动都是由确定的规律决定的；知道了原因以后就一定能知道结果，现在发生的一切都是由过去所决定的，它们是通过因果建立起关系来的。在这一基础上，科学得到了巨大的发展。例如，用牛顿力学算出的天体运动，对未来具有准确的预见性。
在这种思想下，世界就像一部钟，像钟表一样走动，未来的一切均已写好。这种观点得到了当时包括爱因斯坦在内的许多科学家的支持。爱因斯坦在给马克斯·玻恩的一封信中写道：
你信仰投骰子的上帝，我却信仰完备的定律和秩序。
决定论认为，一切的一切都有因有果，因果环环相扣，悉知过去便能通晓未来，由此得出结论：
人没有自由意志(Free will)。
“形而上的自由”是否存在有许多不同看法，问题在于人们是否有能力做真正不同的选择。如果你相信决定论是真的，那么人便没有自由意志，因为人的“意志”本质上是大脑内的一系列生物化学反应 —— 电信号在神经元之间的传递 —— 决定论认为所有这些都可以从过去的“状态”中预测，因此你脑内的电信号是早就决定好的，你只有主观上的自由意志，客观上你没有自由意志。
举个例子，比如张三某天中午去餐厅点餐，他在菜单上众多菜品中选择了“西红柿炒鸡蛋”。在张三的主观上看来，他自己做出了选择，即他有选择其他菜品的“自由”，但他唯独选择了“西红柿炒鸡蛋”。
决定论则认为，“张三选西红柿炒鸡蛋”之结果，必有其原因，比如他偏爱的口味、他那天中午的心情、他作选择时的心率和荷尔蒙水平…..等等 —— 如果得知所有这些因素，那么就一定能推知“他中午会选择西红柿炒鸡蛋”，因此“张三选择西红柿炒鸡蛋”是一个早就被决定了的事件，虽然在张三自己看来这是他的自由选择，但其实他根本没有选择的自由。
一个广泛的共识是，不论人有或没有自由意志，这都不应成为他消极处世或者逃避社会责任的借口。决定论是一种“信念”，目前仍然是众说纷纭的话题，一切都取决于你是否相信。
宿命论
宿命论(Fatalism)，又称命定论，是一种哲学观点，一般可以阐述为：
命运的巧合是不可避免的，人的意志无法与之对抗。
所有事件由 更高的权威(例如神灵) 或者 逻辑必然性(例如因果关系) 预先决定。
宿命论和决定论很相似，但它们并不完全相同。决定论强调因果关系主宰一切事件，而宿命论强调“一切都是被某种事物主宰”之事实。
宿命论的特征是假定一个普遍作用的权威(神灵)，或相信某种从一开始就决定了历史进程和个人命运的逻辑必然性(决定论)。决定权可以是从一开始就计划和安排事件进程的神的旨意，也可以是在宇宙秩序框架内规定某个固定过程的非人力量，比如物理定律。
通俗地说，如果相信宿命论，那么你就相信“一切都是注定的”，也许一切都是神决定的结果，也许一切都是科学定律和因果关系决定的。总之，宿命论认为存在一种绝对不可违抗的，形而上的铁律，凌驾于任何人的意志之上，即宿命(Fate)，古人常称其为“天道”。
举个例子，电影《哪吒》里有“我命由我不由天”之云云 —— 宿命论彻底否决这种观点，认为任何人的命运都是不可被个人意志左右的，即使他们主观上认为自己能够改写自己的命运，客观上这也仅仅是命运的一部分罢了。
感性地看，宿命论是消极的。不论宿命论还是决定论，都因其伦理后果而遭到批评。批评者宣称它麻痹了行动，否认了人类的自主权并削弱了道德责任。
但在笔者看来，宿命论是一种处世观点，早已渗透在生活中 —— 例如佛教和中国的道教，都相信“业”，或者“报应”，也就是人今生的功过会决定他来生的命运，而今生的命运是取自于上辈子的功过，是出生前就决定好了的，本质上仍然处于因果的锁链下 ，即“善恶终有报，天道好轮回”。从这点来看，因果和宿命也并非完全没有积极意义。
永恒论
永恒论(Eternalism)，是一种哲学观点，可以阐述为：
现在、过去以及未来的实在性都是等价的。
未来“已经”存在，所有地方在任一时间点都“存在”，不存在客观的时间流动。
永恒论可以看作“决定论”和“命定悖论”的延伸。古典哲学把时间分为三部分，即“过去”，“现在”，和“未来” —— 永恒论主张这三者都存在而且等价。它与前述的“决定论”和“命定悖论”不谋而合，认为整条世界线是永恒且静止的，类似一个已经写好的“剧本”。
如果你认可前述的几个哲学观点，那么你大概也会认可永恒论。既然存在“命运”或者某种支配一切的“铁律”，某个“神”，某种“天道”，某种普适的万物规律，那么整条世界线从一开始便确定了下来，中途的分叉也可以一并被确定下来，如同一个Galgame，剧本已经提前写好了，角色(你)只是按照剧本去演绎而已。
虽然永恒论否定时间的流动，但它并不反驳主观上的时间旅行，因为可以很简单地用多世界诠释来“解决”任何潜在悖论和因果循环，因此任何主观上的“时间旅行”之实现依旧合理。
尾声：虚构叙事中的时间旅行
至此，我们已经从基础理论到哲学思辨，梳理了科幻创作中时间旅行的核心概念和要素。
相对论为时空旅行的可能奠定了基础，四维坐标系与光锥模型划定了因果律的边界；量子叠加态与多世界诠释为平行宇宙提供了理论切口，而霍金的时序保护假说又给单一世界线戴上了枷锁。
这些科学概念的交织，本质上为虚构叙事提供了两种关键限制：物理规则的限制(如光速、因果律)与逻辑自洽的限制(如悖论消解)。
在悖论层面，祖父悖论如同一把双刃剑 —— 它既能刺穿粗糙的时间旅行设定，也能在多世界诠释或命定悖论中淬炼出更严谨的故事逻辑。正如“鲍勃救祖”的案例所示，单一世界线的宿命论与分支宇宙的无限可能，本质上是对哲学命题的具象化推演。决定论与永恒论在此殊途同归：无论将宇宙视为写定的剧本还是不断分裂的树状图，时间旅行者的每一次抉择都成为检验世界观完整性的试金石。
需要强调的是，本文探讨的所有假说与悖论，本质上都是逻辑工具而非科学定论。科幻创作者无需被现实物理束缚，但必须确保自设规则的内部一致性 —— 故事可以允许封闭类时曲线，但需交代为何时序保护机制失效；故事可以让主人公在世界线中来回移动，但需定义世界线分岔的触发条件。
时间旅行小说的魅力不在于“是否符合现实科学”，而在于它如何以时空为镜，折射出人类对命运、选择与存在本质的追问。
