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时间旅行可分为两种，一种是穿越到过去，一种是穿越到未来。一般而言，回到过去的时间旅行被认为是不可能的，因为这会造成悖论。如果有人穿越时间回到一年前，并杀死那时的自己，这样就会引发悖论——如果这个人被杀死，说明他在一年前已经不存在了，又怎会有一年后的自己回到过去杀死自己呢？因此，改变因果律的时间旅行被认为是不可行的，除非引入平行宇宙理论。这样回到过去的人改变的是另一个平行宇宙的时间线，不会影响到他本身的世界。但平行宇宙理论终究还只是一种数学方法，并没有得到实验的证实。
另一方面，去往未来的时间旅行是确实可行的，而且有两种方法可以实现。爱因斯坦的相对论指出，时间是相对的，对于运动速度以及所处引力场不同的观察者而言，时间流逝速率是不一样的。我们以地球作为参照系，根据狭义相对论，如果观察者的运动速度越快，他测得的时间会慢于地球上的时间。根据广义相对论，如果观察者所处的引力场强于地球表面，他测得的时也会慢于地球上的时间。这两种时间膨胀效应都已经被高精度的实验所证实，而且也被应用于GPS卫星的时钟校准。
根据计算可知，如果运动速度达到光速的99.995%，则时间流逝速率放慢100倍。这意味着如果旅行者乘坐这样的宇宙飞船在太空中飞行1年之后回到地球，他会发现，此时的地球已经过去了100年，而不是1年。因此，这相当于这个人去往了地球的未来。运动速度越接近光速，时间膨胀效应就越显著。
此外，旅行者也可以通过接触强引力场来去往地球的未来。如果旅行者能够乘坐宇宙飞船在黑洞附近飞行一段时间，当他回到地球之后，他已经去往了未来的地球。这种时间膨胀效应与引力场的强度有关，只有像黑洞这样的致密天体才能引发显著的时间膨胀效应。例如，在《星际穿越》中，主人公一行去了一颗极度靠近黑洞的星球，结果那里的时间流逝速率极慢，那颗星球上的1小时相当于地球上的7年。如果在这颗星球上待上一天一夜再回到地球，此时的地球已经过去了168年。
总之，去往未来的时间旅行是可行的，而且在小尺度上已经被实验证实了。
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