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世界線（Worldline）是德國物理學家阿爾伯特·愛因斯坦於其1905年論文《論動體的電動力學》中提及的概念。他將時間和空間合稱為四維時空，粒子在四維時空中的運動軌跡即為世界線。一切物體都由粒子構成，如果我們能夠描述粒子在任何時刻的位置，我們就描述了物體的全部「歷史」。想象一個由空間的三維加上時間的一維共同構成的四維空間。由於一個粒子在任何時刻只能處於一個特定的位置，它的全部「歷史」在這個四維空間中是一條連續的曲線，這就是「世界線」。一個物體的世界線是構成它的所有粒子的世界線的集合。

概念

在物理學上，世界線是物體穿越四維時空唯一的路徑，因加入時間維度而有別於力學上的「軌道」或「路徑」。

「世界線」意味着所有粒子的歷史已經給定，再也不會被改變。事件一旦發生，即表明身體上的每一個原子的世界線都已經固定，無論我們再做什麼都不會重新改變（事實上我們所做的仍然是固定的）。

在閔可夫斯基圖中，物體的整個生命史可表示為一根蜿蜒的線，即世界線。世界線永遠從過去走向未來(在標準閔可夫斯基圖中『指向紙面上方』)，而通過空間的運動則用線的左右擺動方式來表示。但這根線必須永遠保持在其自身的未來光錐內，這對應着空間運動速率低於光速。在弦理論中，基本弦和環掃出世界線的二維對應物，即稱為世界膜的時空徑跡；於是世界膜的相互作用方式被認為決定了基本粒子。

構成

不僅粒子的歷史可以構成世界線，一些人為定義的「東西」的歷史也可以構成世界線，比如說影子和光斑。這些點雖然不是真正的粒子，但它們是由真實的粒子來決定的，因此它們的「歷史」也構成世界線。

世界線和時間機器

當然，「世界線」並不能禁止我們回到過去，如果能夠造出時間機器，我們還是能夠回到過去的，但即使我們能自由地穿梭時空，也只能沿着既定的軌跡。還有一種說法是，當我們回到過去，為了避免時間悖論的產生，我們有可能成為過去歷史的旁觀者，對過去發生的一切，我們只能觀看，而無法干預。但是這些僅僅是猜測而已。

如果有關「世界線」的命題成立，那麼，所有有關時間機器和時間旅行的因果反常的討論，就只能作為有趣的科幻小說或自相矛盾的廢話，必須從嚴肅的物理學研究中排除掉了。

但並沒有任何理論證明了時間機器不存在，甚至有理論支持時間機器的存在，但如果時間機器真的能夠存在，它會導致時間悖論的產生，對於世界的發展與改變，也是件非常嚴重的事。