给你一台时光机，你以为就能篡改历史？
SME按：谁都做过时空穿梭的梦，回到过去修复遗憾，甚至买张彩票圆个发财梦。但这篇文章要打破你的梦并告诉你，即使你回到过去也不能改变历史。乍一听似乎有点反常识，但细心品读，看作者如何用扎实、深刻的理论和有趣的语言，一步步把道理说明白。
穿越一直是小说，电影的热门题材。比如在影片《蝴蝶效应》中，主人公伊万，一次次的跨越时空的更改，只能越来越招致现实世界的不可救药。一切就像蝴蝶效应般，牵一发而动全身。
近期热映的“复联4”中，超级英雄们也是回到过去，集齐宝石，挽回了失去的战友和亲人。但我发现“复联4”中的一个小BUG，就是超级英雄回到过去，拿走了过去的宝石，往后的历史不就应该改写了吗？灭霸应该只存在于这些超级英雄的记忆中，灭霸并没有来过地球呀。
“复联4”的故事设定并没有错，是你的时空观有问题，“复联4”符合狭义相对论。
来源：SME科技故事
什么是四维时空？
想理解狭义相对论，我们需要先了解一个概念——四维时空。
空间中有三个维度，时间也是个维度。把三维空间拓展到四维，这并不是爱因斯坦(Einstein.A,1879-1955)首先提出的，而是他的大学老师——德国数学家闵可夫斯基(Minkowski.H.1864-1909)提出，应该把时间也作为空间的一个维度与另外三个维度整合起来。
闵可夫斯基
在看到爱因斯坦的相对论之前，他就有了时间维度的初步想法，等看到爱因斯坦的相对论之后，闵可夫斯基恍然大悟。他很快就在相对论的基础上，建立了时空的数学模型，爱因斯坦也对此佩服不已。
在二维平面的纸上，想表达一个三维的物体本来就很困难了，比如画一个正方体，你要学会透视法.....现在闵可夫斯基居然可以在一个二维平面表达一个四维空间的运动，这需要勇气和智慧。
在二维平面上，只能用透视法画出一个三维的物体形象，这是没有办法改变的。闵可夫斯基就用牺牲一个空间的维度的方法，来体现时间这个维度。我们把三维空间先压缩成一个二维空间，这样我们就能在纸上把空间和时间尽可能的画在一起了。
闵可夫斯基画出了这样一张基本时空图：
可能有些同学感觉很失望，就这？你感觉这是随便一本中学课本就能看到的图，但真正的精彩都是从平淡开始。
这张图x,y轴表示空间坐标,空间坐标轴向两端延伸，表示空间可以朝正反两个相反的方向运动。竖着这根线表示时间坐标轴（ict），为了让坐标单位系统一，这根坐标轴的单位就是光速c乘以时间t，这样得到的就是跟空间坐标单位一样的距离概念。那前面的i是啥意思？i表示虚数，以区别于空间维度，表达时间维度只能朝一个方向运动。
接下来，我们就可以观察一个物体在四维空间中的运动轨迹了。
如果你站在地面上不动，以地面为时空坐标原点，你的运动轨迹是怎样的？
你在时空中的运动轨迹是一根和时间轴平行的直线，因为你在空间中没有相对运动，图中画的是你在时间中的运动。闵可夫斯基把物体在时空中运动的轨迹称为“世界线”，这根线上的每个点称为“时间点”。
接下来，如果我仍然以地面为时空坐标原点，一列在地面上行驶的高铁，他在时空中的世界线是什么样子的呢？
可能你的脑子里已经有答案了，没错，高铁的世界线是一条斜线，因为它在时间维运动的同时，空间维也在运动，所以空间轨迹就是一道斜线。
我们继续，这次题目加大难度，这次以太阳为参照系，地球和太阳的世界线分别是什么呢？
地球绕着太阳转，而太阳相对于地球就是静止，地球的世界线画出来就是绕着太阳的世界线呈螺旋上升。
如果这道题还难不倒你，我们看下一个，我以湖面为参照系，向湖中扔一个石子，湖水产生波动。这个波动的世界线是什么样子的呢？
湖中波动的世界线不再是一根“线”，因为波动无法看成是一个“点”了，它的世界线其实是一个倒圆锥，随着时间的增大，圆锥的体积也在增加。
下面真正的挑战要来了，以太阳为参照系，太阳光的世界线是什么样的呢？
太阳还不同于水的波动，太阳是一个球体，它会向空间的四面八方发光。这个光球不同于火车、波动，它在空间的三个维度都有运动，因此忽略其中一个空间维度，会发现在二维平面上阳光的世界线和波动的世界线是一样的。
闵可夫斯基把它称为“光锥”。任何一个事件都可以当作是时空坐标的原点，不管这个事件会不会发光，我们都可以假想这个事情是会发光的，那我们就可以画出这个事件的光锥图。
光锥之内才是命运
根据狭义相对论，任何有质量的物体的运动速度都不会超过光速，所以光速也是传播信息最快的速度，凡处于这个光锥之外的东西均不受影响。
举个例子，如果此时太阳突然没有了，我们多长时间才能知道这个事件？
答案是8分钟，因为太阳到地球的光需要走八分钟，这前八分钟太阳熄灭事件仍处于光锥之外，所以这个事件不会对我们造成任何影响。
只有当8分钟之后，事件光锥覆盖到了地球所在的位置时，该事件才对我们产生影响。
我们以图中A点表示事件A,用事件A表示时空原点。从A向上就是这个事件未来的时间；A点向下，就是过去。C和D都是A的未来，B是A的过去。
光锥之内才是命运就是说，事件C是在光锥之内，所以A就是可以影响事件C的。但无法影响事件D。比如说，复联4的超级英雄们回到过去是事件A，而他们本身的世界就是事件D。事件D在光锥之外，它们和A之间无法通过光速建立联系。
所谓，光锥就是在每个时间点上，看看光最远能走多远，把这个范围画出来，形成上下两个光锥，光锥代表事件A的影响力。
一个事件的光锥，界定了它的界限。
事件发生的顺序是相对的，但事件的因果关系是绝对的，你不必担心被穿越者篡改历史，而这是来自于光速是信息传递最快的速度这个事实。
*参考文献
冯晓华 张 耀高 策 .闵可夫斯基时空的命运[J]《自然科学史研究》 第36 卷 第1 期 ( 2017 年) : 98—111 .
向义和.浅谈广义相对论的创立之四-闵可夫斯基四维时空的提出与应用[J]《大学物理》第34卷第10期2015年10月.
汪洁.时间的形状[M].北京时代华文书局，2017年1月.
