誰都做過時空穿梭的夢，回到過去修復遺憾，甚至買張彩票圓個發財夢。但這篇文章要打破你的夢並告訴你，即使你回到過去也不能改變歷史。乍一聽似乎有點反常識，但細心品讀，看作者如何用紮實、深刻的理論和有趣的語言，一步步把道理說明白。
穿越一直是小說，電影的熱門題材。比如在影片《蝴蝶效應》中，主人公伊萬，一次次的跨越時空的更改，只能越來越招致現實世界的不可救藥。一切就像蝴蝶效應般，牽一髮而動全身。
近期熱映的“復聯4”中，超級英雄們也是回到過去，集齊寶石，挽回了失去的戰友和親人。但我發現“復聯4”中的一個小BUG，就是超級英雄回到過去，拿走了過去的寶石，往後的歷史不就應該改寫了嗎？滅霸應該只存在於這些超級英雄的記憶中，滅霸並沒有來過地球呀。
“復聯4”的故事設定並沒有錯，是你的時空觀有問題，“復聯4”符合狹義相對論。
什麼是四維時空？
想理解狹義相對論，我們需要先了解一個概念——四維時空。
空間中有三個維度，時間也是個維度。把三維空間拓展到四維，這並不是愛因斯坦(Einstein.A,1879-1955)首先提出的，而是他的大學老師——德國數學家閔可夫斯基(Minkowski.H.1864-1909)提出，應該把時間也作為空間的一個維度與另外三個維度整合起來。
閔可夫斯基
在看到愛因斯坦的相對論之前，他就有了時間維度的初步想法，等看到愛因斯坦的相對論之後，閔可夫斯基恍然大悟。他很快就在相對論的基礎上，建立了時空的數學模型，愛因斯坦也對此佩服不已。
在二維平面的紙上，想表達一個三維的物體本來就很困難了，比如畫一個正方體，你要學會透視法.....現在閔可夫斯基居然可以在一個二維平面表達一個四維空間的運動，這需要勇氣和智慧。
在二維平面上，只能用透視法畫出一個三維的物體形象，這是沒有辦法改變的。閔可夫斯基就用犧牲一個空間的維度的方法，來體現時間這個維度。我們把三維空間先壓縮成一個二維空間，這樣我們就能在紙上把空間和時間儘可能的畫在一起了。
閔可夫斯基畫出了這樣一張基本時空圖：
可能有些同學感覺很失望，就這？你感覺這是隨便一本中學課本就能看到的圖，但真正的精彩都是從平淡開始。
這張圖x,y軸表示空間坐標,空間坐標軸向兩端延伸，表示空間可以朝正反兩個相反的方向運動。豎著這根線表示時間坐標軸（ict），為了讓坐標單位系統一，這根坐標軸的單位就是光速c乘以時間t，這樣得到的就是跟空間坐標單位一樣的距離概念。那前面的i是啥意思？i表示虛數，以區別於空間維度，表達時間維度只能朝一個方向運動。
接下來，我們就可以觀察一個物體在四維空間中的運動軌跡了。
如果你站在地面上不動，以地面為時空坐標原點，你的運動軌跡是怎樣的？
你在時空中的運動軌跡是一根和時間軸平行的直線，因為你在空間中沒有相對運動，圖中畫的是你在時間中的運動。閔可夫斯基把物體在時空中運動的軌跡稱為“世界線”，這根線上的每個點稱為“時間點”。
接下來，如果我仍然以地面為時空坐標原點，一列在地面上行駛的高鐵，他在時空中的世界線是什麼樣子的呢？
可能你的腦子裡已經有答案了，沒錯，高鐵的世界線是一條斜線，因為它在時間維運動的同時，空間維也在運動，所以空間軌跡就是一道斜線。
我們繼續，這次題目加大難度，這次以太陽為參照系，地球和太陽的世界線分別是什麼呢？
地球繞著太陽轉，而太陽相對於地球就是靜止，地球的世界線畫出來就是繞著太陽的世界線呈螺旋上升。
如果這道題還難不倒你，我們看下一個，我以湖面為參照系，向湖中扔一個石子，湖水產生波動。這個波動的世界線是什麼樣子的呢？
湖中波動的世界線不再是一根“線”，因為波動無法看成是一個“點”了，它的世界線其實是一個倒圓錐，隨著時間的增大，圓錐的體積也在增加。
下面真正的挑戰要來了，以太陽為參照系，太陽光的世界線是什麼樣的呢？
太陽還不同於水的波動，太陽是一個球體，它會向空間的四面八方發光。這個光球不同於火車、波動，它在空間的三個維度都有運動，因此忽略其中一個空間維度，會發現在二維平面上陽光的世界線和波動的世界線是一樣的。
閔可夫斯基把它稱為“光錐”。任何一個事件都可以當作是時空坐標的原點，不管這個事件會不會發光，我們都可以假想這個事情是會發光的，那我們就可以畫出這個事件的光錐圖。
光錐之內才是命運
根據狹義相對論，任何有質量的物體的運動速度都不會超過光速，所以光速也是傳播信息最快的速度，凡處於這個光錐之外的東西均不受影響。
舉個例子，如果此時太陽突然沒有了，我們多長時間才能知道這個事件？
答案是8分鐘，因為太陽到地球的光需要走八分鐘，這前八分鐘太陽熄滅事件仍處於光錐之外，所以這個事件不會對我們造成任何影響。
只有當8分鐘之後，事件光錐覆蓋到了地球所在的位置時，該事件才對我們產生影響。
我們以圖中A點表示事件A,用事件A表示時空原點。從A向上就是這個事件未來的時間；A點向下，就是過去。C和D都是A的未來，B是A的過去。
光錐之內才是命運就是說，事件C是在光錐之內，所以A就是可以影響事件C的。但無法影響事件D。比如說，復聯4的超級英雄們回到過去是事件A，而他們本身的世界就是事件D。事件D在光錐之外，它們和A之間無法通過光速建立聯繫。
所謂，光錐就是在每個時間點上，看看光最遠能走多遠，把這個範圍畫出來，形成上下兩個光錐，光錐代表事件A的影響力。
一個事件的光錐，界定了它的界限。
事件發生的順序是相對的，但事件的因果關係是絕對的，你不必擔心被穿越者篡改歷史，而這是來自於光速是信息傳遞最快的速度這個事實。
*參考文獻
馮曉華 張 耀高 策 .閔可夫斯基時空的命運[J]《自然科學史研究》 第36 卷 第1 期 ( 2017 年) : 98—111 .
向義和.淺談廣義相對論的創立之四-閔可夫斯基四維時空的提出與套用[J]《大學物理》第34卷第10期2015年10月.
汪潔.時間的形狀[M].北京時代華文書局，2017年1月.
