Гипотеза о защите хронологии
Гипотеза о защите хронологии — это гипотеза, впервые предложенная Стивеном Хокингом о том, что законы физики, выходящие за рамки стандартной общей теории относительности, предотвращают путешествия во времени во всех масштабах, кроме микроскопических — даже когда последняя теория утверждает, что это должно быть возможно (например, в сценариях, где скорость быстрее, чем легкие разрешены путешествия). Допустимость путешествий во времени математически представляется существованием замкнутых времениподобных кривых в некоторых решениях полевых уравнений общей теории относительности . Гипотезу о защите хронологии следует отличать от хронологической цензуры , при которой каждая замкнутая времяподобная кривая проходит через горизонт событий , что может помешать наблюдателю обнаружить причинное нарушение. [1] (также известное как нарушение хронологии ). [2]
Этимология
[ редактировать ]В статье 1992 года Хокинг использует метафорический прием «Агентства по защите хронологии» как олицетворение аспектов физики, которые делают невозможными путешествия во времени в макроскопических масштабах, тем самым, очевидно, предотвращая временные парадоксы . Он говорит:
Кажется, существует Агентство по защите хронологии, которое предотвращает появление замкнутых времяподобных кривых и тем самым делает Вселенную безопасной для историков. [3]
Идея Агентства по защите хронологии, по-видимому, в шутку заимствована из концепции «Патруля времени» или «Полиции времени», которая использовалась во многих произведениях научной фантастики. [4] такие как рассказов Пола Андерсона серия «Патруль времени» или Айзека Азимова роман «Конец вечности » или телесериал « Доктор Кто» . «Дело о защите хронологии» Пола Левинсона , опубликованное после статьи Хокинга, утверждает, что вселенная заходит так далеко, что убивает любого учёного, который близок к изобретению любого способа путешествия во времени. Ларри Нивен в своем рассказе «Вращающиеся цилиндры и возможность глобального нарушения причинно-следственной связи» расширяет эту концепцию так, что Вселенная вызывает экологическую катастрофу, или глобальную гражданскую войну, или местное солнце, превращающееся в новую звезду, для любой цивилизации, которая показывает хоть какие-то признаки успеха. строительство.
Общая теория относительности и квантовые поправки
[ редактировать ]Было предложено множество попыток создать сценарии для замкнутых времяподобных кривых, и общая теория относительности допускает их при определенных обстоятельствах. Некоторые теоретические решения в общей теории относительности, которые содержат замкнутые времяподобные кривые, потребуют бесконечной Вселенной с определенными особенностями, которых, по-видимому, нет у нашей Вселенной, такими как универсальное вращение метрики Гёделя или вращающийся цилиндр бесконечной длины, известный как цилиндр Типлера . Однако некоторые решения позволяют создавать замкнутые времяподобные кривые в ограниченной области пространства-времени, причем горизонт Коши является границей между областью пространства-времени , где могут существовать замкнутые времяподобные кривые, и остальной частью пространства-времени, где они не могут существовать. [5] Одно из первых таких найденных решений для ограниченных путешествий во времени было построено на основе проходимой червоточины , основанное на идее взять одно из двух «устьев» червоточины в путешествие туда и обратно на релятивистской скорости, чтобы создать разницу во времени между ним и другой рот (см. обсуждение в Червоточине#Путешествие во времени ).
Общая теория относительности сама по себе не включает квантовые эффекты, а полная интеграция общей теории относительности и квантовой механики потребует теории квантовой гравитации , но существует приближенный метод моделирования квантовых полей в искривленном пространстве-времени общей теории относительности, известный как квазиклассический метод. гравитация . Первоначальные попытки применить квазиклассическую гравитацию к проходимой машине времени в червоточине показали, что именно в тот момент, когда червоточина впервые допускает замкнутые времяподобные кривые, квантовые вакуумные флуктуации нарастают , которые сводят плотность энергии к бесконечности в области червоточин. Это происходит, когда два устья червоточины, назовем их А и В, перемещаются таким образом, что становится возможным для частицы или волны, движущейся со скоростью света, войти в устье В в некоторый момент времени Т 2 и выйти через устье А. в более ранний момент времени T 1 , затем отправиться обратно к устью B через обычное пространство и прибыть в устье B в тот же момент T 2 , когда он вошел в B на предыдущем цикле; таким образом, одна и та же частица или волна могут совершать потенциально бесконечное количество циклов через одни и те же области пространства-времени, накапливаясь сами в себе. [6] Расчеты показали, что этот эффект не произойдет для обычного луча радиации, потому что он будет «расфокусирован» червоточиной, так что большая часть луча, выходящего из устья А, распространится и не попадет в устье Б. [7] Но когда были выполнены расчеты флуктуаций вакуума , было обнаружено, что они спонтанно переориентируются на путешествие между устьями, а это указывает на то, что в этом случае эффект накопления может стать достаточно большим, чтобы разрушить червоточину. [8]
Неопределенность в отношении этого вывода оставалась, поскольку квазиклассические расчеты показали, что скопление приведет плотность энергии к бесконечности только на бесконечно малый момент времени, после чего плотность энергии уменьшится. [9] Но квазиклассическая гравитация считается ненадежной для больших плотностей энергии или коротких периодов времени, достигающих масштаба Планка ; в этих масштабах для точных предсказаний необходима полная теория квантовой гравитации. Таким образом, остается неясным, смогут ли квантово-гравитационные эффекты предотвратить рост плотности энергии настолько, чтобы разрушить червоточину. [10] Стивен Хокинг предположил, что скоплению вакуумных флуктуаций не только удастся разрушить червоточину в квантовой гравитации, но и что законы физики в конечном итоге предотвратят формирование любого типа машины времени; это гипотеза защиты хронологии. [11]
Последующие работы по квазиклассической гравитации предоставили примеры пространства-времени с замкнутыми времяподобными кривыми, где плотность энергии из-за флуктуаций вакуума не приближается к бесконечности в области пространства-времени за пределами горизонта Коши. [11] Однако в 1997 году было найдено общее доказательство, демонстрирующее, что согласно квазиклассической гравитации энергия квантового поля (точнее, математическое ожидание квантового тензора энергии-импульса) всегда должна быть либо бесконечной, либо неопределенной на самом горизонте. [12] Оба случая указывают на то, что квазиклассические методы становятся ненадежными на горизонте и там будут важны эффекты квантовой гравитации, что согласуется с возможностью того, что такие эффекты всегда будут вмешиваться, чтобы предотвратить формирование машин времени. [11]
Определенное теоретическое решение о статусе гипотезы о защите хронологии потребовало бы полной теории квантовой гравитации. [13] в отличие от полуклассических методов. Есть также некоторые аргументы из теории струн , которые, похоже, поддерживают защиту хронологии: [14] [15] [16] [17] [18] но теория струн еще не является полной теорией квантовой гравитации. Экспериментальное наблюдение замкнутых времяподобных кривых, конечно, продемонстрировало бы ложность этой гипотезы , но если бы у физиков была теория квантовой гравитации, предсказания которой были бы хорошо подтверждены в других областях, это дало бы им значительную степень уверенности в предсказания теории о возможности или невозможности путешествий во времени.
Другие предложения, которые допускают путешествия во времени в обратном направлении, но предотвращают временные парадоксы , такие как принцип самосогласованности Новикова , который гарантирует постоянство временной шкалы, или идея о том, что путешественник во времени попадает в параллельную вселенную , в то время как его первоначальная временная шкала остается нетронутой. не квалифицируются как «защита хронологии».
См. также
[ редактировать ]- Причинность
- Гипотеза космической цензуры
- Принцип самосогласования Новикова
- Путешествие во времени
- Червоточина
Примечания
[ редактировать ]- ^ Монро, Хантер (29 октября 2008 г.). «Нежелательны ли нарушения причинно-следственной связи?». Основы физики . 38 (11): 1065–1069. arXiv : gr-qc/0609054 . Бибкод : 2008FoPh...38.1065M . дои : 10.1007/s10701-008-9254-9 . S2CID 119707350 .
- ^ Виссер, Мэтт (1997). «Проходимые червоточины: Римское кольцо». Физический обзор D . 55 (8): 5212–5214. arXiv : gr-qc/9702043 . Бибкод : 1997ФРвД..55.5212В . дои : 10.1103/PhysRevD.55.5212 . S2CID 2869291 .
- ^ Хокинг, Юго-Запад (1992). «Гипотеза защиты хронологии». Физ. Преподобный Д. 46 (2): 603–611. Бибкод : 1992PhRvD..46..603H . дои : 10.1103/physrevd.46.603 . ПМИД 10014972 .
- ^ «Полиция времени: SFE: Энциклопедия научной фантастики» . Sf-энциклопедия.com. 21 декабря 2011 года . Проверено 25 августа 2014 г.
- ^ Готт, Дж. Ричард (2001). Путешествие во времени во Вселенной Эйнштейна: физические возможности путешествий во времени . Хоутон Миффлин . п. 117 . ISBN 978-0-395-95563-5 .
- ^ Торн, Кип С. (1994). Черные дыры и искривления времени . WW Нортон . стр. 505–506. ISBN 978-0-393-31276-8 .
- ^ Торн 1994, с. 507
- ^ Торн 1994, с. 517
- ^ Эверетт, Аллен; Роман, Томас (2012). Путешествие во времени и варп-двигатели . Издательство Чикагского университета . п. 190 . ISBN 978-0-226-22498-5 .
- ^ Эверетт и Роман 2012, с. 190
- ^ Jump up to: а б с Эверетт и Роман 2012, с. 191
- ^ Кей, Бернард; Радзиковский, Марек; Уолд, Роберт (1997). «Квантовая теория поля в пространстве-времени с компактно сгенерированным горизонтом Коши». Связь в математической физике . 183 (3): 533–556. arXiv : gr-qc/9603012v2 . Бибкод : 1997CMaPh.183..533K . CiteSeerX 10.1.1.339.6036 . дои : 10.1007/s002200050042 . S2CID 5562578 .
- ^ Торн 1994, с. 521
- ^ Семенюк, Иван (20 сентября 2003 г.). «Нет пути назад» . Новый учёный . Проверено 10 января 2013 г.
- ^ Эрдейро, ЦАР (2000). «Особые свойства пятимерных вращающихся черных дыр БПС». Ядерная физика Б . 582 (1–3): 363–392. arXiv : hep-th/0003063 . Бибкод : 2000NuPhB.582..363H . дои : 10.1016/S0550-3213(00)00335-7 .
- ^ Кальдарелли, Марко; Клемм, Дитмар; Сильва, Педро (2005). «Защита хронологии в антиде Ситтере». Классическая и квантовая гравитация . 22 (17): 3461–3466. arXiv : hep-th/0411203 . Бибкод : 2005CQGra..22.3461C . дои : 10.1088/0264-9381/22/17/007 . S2CID 45831930 .
- ^ Кальдарелли, Марко; Клемм, Дитмар; Сабра, Вафик (2001). «Нарушение причинно-следственной связи и голые машины времени в AdS 5 ». Журнал физики высоких энергий . 2001 (5): 014. arXiv : hep-th/0103133 . Бибкод : 2001JHEP...05..014C . дои : 10.1088/1126-6708/2001/05/014 . S2CID 14279740 .
- ^ Раймакерс, Йорис; Ван ден Бликен, Дитер; Веркнок, Берт (2010). «Относительно защиты хронологии и унитарности посредством голографии». Журнал физики высоких энергий . 2010 (4): 21. arXiv : 0911.3893 . Бибкод : 2010JHEP...04..021R . дои : 10.1007/JHEP04(2010)021 . S2CID 118595727 .
Ссылки
[ редактировать ]- Хокинг, SW, (1992) Гипотеза о защите хронологии. Физ. Rev. D46, 603–611.
- Мэтт Виссер, «Квантовая физика защиты хронологии» в книге «Будущее теоретической физики и космологии: празднование 60-летия Стивена Хокинга», авторы Г. В. Гиббонс (редактор), Э. П. С. Шеллард (редактор), С. Дж. Рэнкин (редактор)
- Ли, Ли-Синь (1996). «Должна ли машина времени быть нестабильной по отношению к колебаниям вакуума?». Сорт. Квантовая гравитация . 13 (9): 2563–2568. arXiv : gr-qc/9703024 . Бибкод : 1996CQGra..13.2563L . дои : 10.1088/0264-9381/13/9/019 . S2CID 250909592 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- https://web.archive.org/web/20101125122824/http://hawking.org.uk/index.php/lectures/63
- https://plus.maths.org/content/time-travel-allowed — Кип Торн обсуждает путешествия во времени в общей теории относительности и основы квантовой физики для гипотезы о защите хронологии.