济南大学学者张宏升利用3行数学证明指出，光与时间方向不可垂直，这一几何限制决定了时光无法倒流。
穿越时空去往过去，是人类长久以来的梦想。从经典的科幻电影比尔和泰德历险记，到物理学界设想的虫洞与旋转宇宙，各种关于时间旅行的奇思妙想层出不穷。然而，现实中始终不见未来访客的踪影。近期，济南大学物理学家张宏升带来了一项研究，仅用3行简短的数学公式，就从几何层面否定了许多可能宇宙中重返过去的可能。
这项研究巧妙借用了描写光线传播的传统工具零程程函方程。令人惊叹的是，整个证明过程极其简练，仅依赖一个基本的几何事实：在四维时空里，光线的传播方向与观测者在时间中前行的方向，绝不可能处于相互垂直的90度角。
正是这一限制，决定了某种特定的标量函数在任何旅程中都必须沿着时间持续增长。这意味着，沿着时间前行的旅行者就像行驶在一条没有倒车道、没有掉头口、甚至没有临时停靠带的单行道上。你只能顺着时光的车流一路向前，无法绕回过去的起点。
在此之前，物理学家为了排除时间循环，通常需要建立非常复杂的理论体系。例如要求定义全宇宙统一向前滴答的宇宙钟，或者要求能量密度恒为正数以禁止负能量和异介质，又或者从时空拓扑边界的复杂结构入手。而张宏升提出的方程模型，为禁止闭合时间循环提供了第4类标准。它不需要复杂的量子效应或奇点理论，仅仅通过记账般梳理方向，就把整个宇宙的因果结构浓缩进了一个简洁的标量方程中。
这种方法最独特之处在于切分时空视角的变化。传统的时空切分依赖空间切面，需要定义时间点、宇宙钟和观察者。而新方法则是用光直接来切分时空。光所占据的曲面由时空几何本身直接决定，不需要观察者或者人为设定的闹钟。
当然，定理也留出了2种理论上的例外情况。如果要打破这一禁令创建闭合的时间循环，宇宙必须在局部或整体上发生极端的几何扭曲。比如在巨大旋转黑洞周围，强烈的引力拖拽会将时空像麻花一样剧烈拧紧；或者宇宙本身的拓扑结构像卷饼一样首尾相接。这些例外情况反过来告诉人们，如果想要打造一台时间机器，究竟需要突破怎样的物理极限。
这项研究不仅用极其简洁的形式探讨了时空的深刻法则，也让我们离揭示自然本质更近了一步。
原文：https://www.sciencealert.com/just-3-lines-of-math-rule-out-time-travel-in-many-possible-universes-physicist-says