在我们的数学和物理定律中，控制时间的前进和后退方向是可能的。下图比较了十种不同的技术和方法。
每项技术的关键特征如下所述：
每个关键特征下都有一列，有的是实心圆，有的是空心圆。
实心圆圈表示所指示的技术或方法支持某个关键功能，空心圆圈表示不支持该功能。“时间控制”意味着你是否能穿越到未来，过去，或者两者都是。如果物质和信息都可以传递，那么‘物质传递’就是实的，如果只能传递信息，那么‘物质传递’就是空的。如果技术或方法在目前最先进的技术下或在两代之内是可行的，则“技术可行性”为真。‘不需要外来材料就能实现’，如果现在或者两代之内就能获得所需材料，那就是固体。“输入功率相对较低”，如果能在当前或两代发电能力内实现时间控制，这是可靠的。上述时间控制技术和方法包括以下内容。
量子隧道近光阿尔库比耶曲速驱动器比光还快。时空扭曲场循环束虫洞宇宙弦倾翻圆柱卡西米尔效应返回传送
返回时间旅行
返回黑洞
返回量子
返回时间
量子隧道
量子隧道是量子力学中的发散波耦合效应。
将正确的波长与适当的隧道势垒结合起来，就有可能使信号以比光速更快的速度及时反向传输。
在上图中，由各种频率的波组成的光脉冲被投射到一个10厘米长的装有铯蒸汽的小室中。关于输入脉冲的所有信息都包含在其波的前沿。所有铯原子都需要这些信息来复制脉冲并将其发送到另一端。
与此同时，相反的波在空腔中反弹，抵消了进入空腔的入射脉冲的主要部分。此时，新脉冲的移动速度超过了光速，它已经移动到暗室外面约60英尺。实质上，脉冲在进入之前已经离开了腔室并向后移动。
下图显示了量子隧道技术在时间控制和时间旅行中的关键特征。
以下是更详细描述以下现象的信息。
机械隧穿(也叫量子力学隧穿、量子隧穿和隧穿效应)是量子力学中的一种倏逝波耦合效应，因为粒子的行为受薛定谔波动方程控制。
如果条件合适，所有的波动方程都将表现出E-倏逝波的耦合效应。麦克斯韦波动方程(包括光和微波)，以及通常应用于(例如)弦上的波的常见非色散波动方程，都可能存在波耦合效应，这种效应在量子力学中数学上称为“隧穿效应”。和声学。
要使这些效应发生，必须存在“2型介质”的薄区域夹在“1型介质”的两个区域之间的情况，这些介质的特性必须使波动方程具有“1型介质”的“波动”解和2型介质的“实指数解”(上升和下降)。
在光学中，类型1的介质可以是玻璃，类型2的介质可以是真空。在量子力学中，与粒子的运动有关，介质1型是粒子总能量大于其势能的空间区域，介质2型是粒子总能量大于其势能的空间区域(称为“势垒”)。一个粒子的总能量小于它的势能。
如果条件合适，二次传播波的振幅将从传播介质1入射到传播介质2上，从而“泄漏”传播介质2，并在传播介质1的另一个区域中表现为传播波。如果没有介质类型1的第二区域，入射到介质类型2上的行波将被完全反射，
根据所使用的波动方程，泄漏振幅在物理上被解释为传播能量或粒子，在数值上，泄漏振幅的平方与入射振幅的平方的比值给出了另一端透射入射能量的比值，或(对于薛定谔方程)粒子“穿过隧道”的概率。
量子隧道简介
这些“隧道现象”的规模取决于行波的波长。
对于电子来说，“2型电介质”(这里指“隧道势垒”)的厚度通常为几纳米；从核心穿出的粒子的厚度要小得多。对于涉及光的类似现象，它的厚度要大得多。
在薛定谔波动方程中，定义了上述两种介质的特性是粒子的动能(如果把它看作可以定位在某一点的物体)。
在介质类型1中，动能为正，在介质类型2中，动能为负。这
没有矛盾，因为粒子不能物理上定位在一个点上：它们总是在某种程度上散布（“离域”），并且离域物体的动能始终为正。显然，根据牛顿定律分析的假设古典点粒子无法进入其动能为负的区域。但是，如果条件合适的话，服从波动方程并始终具有正动能的真正的离域物体可能会泄漏通过该区域。
下面在“薛定谔方程隧穿基础”一节中提出了避免提及“负动能”概念的隧穿方法。
接近势垒的电子必须表示为波列。
有时这种波列可能会很长-有些材料中的电子可能会长10至20 nm。这使动画变得困难。如果可以通过短波列来表示电子是合法的，则可以像在动画中那样来表示隧穿。
有时会说隧道现象只发生在量子力学中。不幸的是，这种说法是一种语言上的魔术技巧。如上所述，“隧道型” e逝波现象也发生在其他情况下。但是直到最近，e逝波耦合在量子力学中才被称为“隧道效应”。（但是，在其他情况下也越来越倾向于使用“隧道”标签，并且在研究文献中也使用了“光子隧道”和“声隧道”的名称。）
关于隧道数学，出现了一个特殊的问题。对于简单的隧道屏障模型，例如矩形屏障，可以精确地求解Schrdinger方程，以给出隧道概率的值（有时称为“传输系数”）。
这种计算使隧道的一般物理性质变得清晰。
人们还希望能够为物理上更现实的势垒模型计算出精确的隧穿概率。但是，如果在Schrdinger方程中适当地描述了障碍，则结果将是一个笨拙的非线性微分方程。通常，方程式的类型在原理上数学上不可能根据数学物理的通常函数或以任何其他简单方式精确地求解方程式。
至少从1813年开始，数学家和数学物理学家就一直在研究这一问题，并且已经能够开发出特殊的方法来近似求解这类方程。在物理学中，这些方法称为“半经典”或“准经典”方法。常见的半经典方法是所谓的WKB逼近（也称为“ JWKB逼近”）。
1928年，在场电子发射的背景下，首次尝试使用这种方法解决物理学中的隧穿问题。有时被认为是第一个获得将这种近似方法应用到隧道中的数学完全正确的人（并提供合理的数学证明，他们已经这样做了），他们是1965年的N.Frman和POFrman。尚未纳入理论物理学教科书，这些教科书往往会提供更简单（但稍微近似）的理论版本。
下面给出了一种特定的半经典方法的概述。
三个注释可能会有所帮助。一般而言，参加量子力学物理课程的学生会遇到一些问题（例如氢原子的量子力学），这些问题都存在薛定谔方程的精确数学解。
穿越现实障碍的隧道是一种合理的基本物理现象。因此，有时在数学上原则上不可能以任何简单方式精确求解薛定谔方程时，学生们都会遇到第一个问题。因此，这也可能是他们第一次遇到近似求解此类问题的薛定ding方程所需要的“半经典方法”数学。
毫不奇怪，该数学可能并不熟悉，并且可能感到“奇怪”。不幸的是，它也有几种不同的变体，没有帮助。同样，从哲学的观点来看，一些隧道现象似乎是从粒子的角度来看的，“粒子”确实是“点”状的，只是具有波状的行为。几乎没有实验证据支持这种观点。最好的哲学观点是，粒子是“真正的”离域的并且是波浪状的，并且总是表现出波浪状的行为，但是在某些情况下，使用运动点的数学来描述其运动是方便的。本部分中将使用第二个观点。
但是，这种波状行为的确切性质是更深层的问题，超出了有关隧道的范围。尽管此处讨论的现象通常称为“量子隧穿”或“量子力学隧穿”，但在隧穿理论中，重要的是粒子行为的波状方面，而不是与粒子能态量化有关的影响。
因此，一些作者更喜欢将这种现象称为“波浪机械隧穿”。
历史
到1928年，乔治加莫夫通过隧穿解决了原子核的阿尔法衰变理论。传统上，由于要逃避非常强的势能需要很高的能量，因此粒子仅限于原子核。在该系统下，将原子核拉开需要大量的能量。但是，在量子力学中，粒子有可能通过势能隧穿并逸出。加莫求解了原子核的模型势，并推导了粒子的半衰期与发射能量之间的关系。
罗纳德格尼和爱德华康登同时解决了通过隧道进行的Alpha衰减问题。此后不久，两个小组都考虑了粒子是否也可以进入核内。
在参加了高莫的研讨会之后，马克斯伯恩认识到了量子力学隧穿的普遍性。他意识到隧道现象不仅限于核物理，而是量子力学的普遍结果，适用于许多不同的系统。
今天，隧道理论甚至已经应用于宇宙的早期宇宙学。
量子隧穿后来应用于其他情况，例如电子的冷辐射，也许最重要的是半导体和超导体物理学。量子隧穿可以解释诸如场发射之类的现象，这对闪存很重要。隧道技术是超大规模集成（VLSI）电子设备中大量漏电的根源，并导致严重的功率消耗和发热效应，困扰着高速和移动技术。
电子隧道显微镜的另一个主要应用是可以分辨太小而无法使用常规显微镜看到的物体。电子隧道显微镜通过用隧道电子扫描物体的表面来克服常规显微镜的局限性（光学像差，波长限制）。
量子隧穿已被证明是酶用于提高反应速率的一种机制。已经证明，酶利用隧穿来转移电子和核，例如氢和氘。
甚至在葡萄糖氧化酶中已经表明，氧核可以在生理条件下隧穿。
光速越接近，到未来的旅行就越远：
光速旅行在时间控制和时间旅行中的应用的关键特性：
Alcubierre经线驱动器以波浪形式扩展时空，导致航天器之前的空间结构收缩，而其后方的空间扩展
Alcubierre驱动器，也称为Alcubierre公制或Warp驱动器，是时空的数学模型，其显示的特征让人联想到《星际迷航》的虚构“ warp驱动器”，它的行进速度“比光速还快”。
下图显示了Alcubierre经纱驱动器用于时间控制和时间行程的关键特性。
Alcubierre经线驱动器说明：
1994年，墨西哥物理学家米格尔阿尔库比尔提出了一种在波浪中拉伸空间的方法，从理论上讲，这将使航天器之前的空间结构收缩，并使其后面的空间膨胀。
该船将把这种波浪带入一个被称为平坦空间扭曲气泡的区域。由于船舶不在该气泡内移动，而是随区域自身移动而移动，因此传统的相对论效应（例如时间膨胀）并不适用于船舶在平坦时空中高速运动的情况。而且，这种行进方法实际上并不涉及在局部意义上比光移动得快，因为气泡内的光束仍然总是比船快。它只是“比光快”，在某种意义上，由于其前方空间的收缩，船舶可以比限制在翘曲气泡外传播的光束更快地到达目的地。
因此，Alcubierre驱动器与传统的主张相对立，传统的主张是相对论禁止比光速慢的物体加速到比光速快的速度。
Alcubierre度量标准定义了所谓的翘曲驱动器时空。这是一个洛伦兹流形，如果在广义相对论的背景下进行解释，其特征将让人联想到《星际迷航》的经向驱动：经向气泡在以前平坦的时空中出现，并以有效的超光速移动。气泡的居民没有惯性作用。气泡内的对象移动（局部）的速度不会比光快，相反，气泡周围的空间会发生移动，因此，对象到达其目的地的速度比正常空间中的光快。
Alcubierre为函数f选择了一种特定的形式，但是其他选择给出了更简单的时空，从而更清楚，更简单地展现出所需的“扭曲驱动”效果。
Alcubierre驱动器的数学
使用广义相对论的3 + 1形式主义，时空由恒定坐标时间t的类空超曲面的叶面描述。Alcubierre指标的一般形式为：
其中α是给出附近相邻超曲面之间适当时间间隔的间隔函数，βI是与不同超曲面上的空间坐标系统相关的位移矢量，而γij是每个超曲面上的正定度量。
Alcubierre研究的特定形式定义为：
具有R> 0和σ> 0的任意参数。因此可以写出Alcubierre度量标准的特定形式。
通过这种特殊形式的度量，可以证明由4速度垂直于超曲面的观察者测量的能量密度由下式给出：
其中g是度量张量的行列式。因此，由于能量密度为负，因此人们需要异物以比光速更快的速度传播。
从理论上讲，并不排除外来物质的存在，卡西米尔效应和宇宙加速都为提出的这种物质的存在提供了支持。
然而，产生足够多的异物并维持它来执行壮举，例如比光速更快的旅行（并保持虫洞的“喉咙”敞开）是不切实际的。 劳特辩称，在广义相对论的背景下，如果没有外来物质，就不可能构建扭曲的动力。 通常认为，一致的量子引力理论将一劳永逸地解决这些问题。
曲率驱动器的物理
对于那些熟悉狭义相对论（例如洛伦兹收缩和时间膨胀）的人来说，Alcubierre度量标准显然具有某些特殊方面。
特别是，Alcubierre显示，即使船正在加速，它也可以自由下落的测地线行驶。换句话说，使用翘曲进行加速和减速的船舶始终处于自由下落状态，并且船员将不会受到加速重力的作用。
由于平坦空间的边缘处存在大的曲率，因此在平坦空间的边缘附近会出现巨大的潮汐力，但是通过适当地指定度量，这些力将在船所占据的空间内变得很小。
原始的扭曲驱动度量及其简单变体恰好具有ADM形式，该形式通常用于讨论广义相对论的初始值公式。这可以解释普遍的误解，认为这种时空是广义相对论场方程的解。ADM形式的度量标准适用于某些惯性观测器系列，但是这些观测器在物理上并没有真正区别于其他此类观测器。
阿尔库比尔用泡沫之前的“空间收缩”和泡沫后面的膨胀来解释他的“翘曲泡沫”。但是这种解释可能会引起误解，因为收缩和扩展实际上是指ADM观察员家族附近成员的相对运动。
在广义相对论中，通常首先指定物质和能量的合理分布，然后找到与其相关的时空的几何形状。但是也可以在另一个方向上运行爱因斯坦场方程，首先指定一个度量，然后找到与其关联的能量动量张量，这就是曲率建立其度量时所做的。
这种做法意味着解决方案可能违反各种能源条件，并需要异物。
对奇异物质的需求引发了一个疑问，即是否真的有可能找到一种方法来在没有“扭曲气泡”的初始时空中分配这种物质，从而使气泡在以后的时间产生。另一个问题是，根据塞尔吉克拉斯尼科夫的说法，如果不能够迫使外来物质以本地FTL速度移动，就不可能产生气泡，而这将需要存在速达。
已经提出了一些方法，这些方法可以避免速动运动的问题，但是可能会在气泡的前面产生裸露的奇点。
难点
这种形式的度量标准存在重大问题，因为所有已知的翘曲驱动器时空都违反了各种能量条件。
确实，某些经过实验验证的量子现象，例如卡西米尔效应，在量子场论的背景下进行描述时，会导致应力能张量也违反能量条件，因此人们可能希望Alcubierre型翘曲驱动器能够也许可以通过利用此类量子效应的巧妙工程在物理上实现。但是，如果福特和罗曼猜想存在某些量子不等式，那么某些扭曲驱动器的能量需求可能会非常庞大，例如，要在银河系中运输一艘小型宇宙飞船，可能需要-1067克当量的能量。这比宇宙的质量大几个数量级。
已经提出了对这些明显问题的反驳，但并非所有人都相信可以克服。气泡内部的飞行员因果关系与气壁断开连接，因此无法在气泡外部执行任何操作。
但是，必须事先沿路线放置设备，并且由于飞行员在“途中”时无法做到这一点，因此气泡无法用于第一次到达遥远恒星的旅程。换句话说，要前往维加（距离地球26光年），必须首先安排一切，以使气泡以超光速向维加移动，而这些安排将始终需要26年以上的时间。
酷乐认为像Alcubierre提出的那样的方案 这是不可行的，因为必须事先以超光速放置要放在道路上的物体。因此，根据Coule的介绍，需要Alcubierre驱动器才能构建Alcubierre驱动器。由于尚未证明没有驱动器，因此即使度量标准在物理上有意义，也无法构造驱动器。
酷乐认为类似的异议将适用于任何建议的构造Alcubierre驱动器的方法。
快于光速旅行
快速旅行是一个有趣且有争议的主题。根据狭义相对论，任何比光速传播更快的事物都会在时间上向后移动。同时，狭义相对论指出这将需要无限的能量。
比光快（也称为超光速）的通信和传播是指信息或物质的传播快于光速。
在狭义相对论下，光速下的质点（具有质量）需要无限的能量才能加速到光速，尽管狭义相对论并不禁止始终存在比光快的粒子。
另一方面，一些物理学家将其称为“视在”或“有效” FTL的假设是，时空异常扭曲的区域可能使物质到达遥远位置的速度比在“正常”途径中的光照速度更快（尽管仍在腔内移动通过变形区域）。
广义相对论并未排除明显的FTL。尽管这些解决方案的物理合理性尚不确定，但明显的FTL建议的示例包括Alcubierre驱动器和可穿越的虫洞。
下图显示了光速快行车用于时间控制和时间行进的关键特性。
