stringtranslate.com

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 разрешены легкие 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

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] , таких как серия рассказов Пола Андерсона « Патруль времени» или «Патруль времени» Айзека Азимова . романе «Конец вечности » или в телесериале «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.

Общая теория относительности и квантовые поправки

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, при этом горизонт Коши является границей между областью пространства-времени , где могут существовать замкнутые времяподобные кривые, и остальной частью пространства-времени, где они не могут. [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 другим ртом (см. обсуждение в Червоточине#Путешествие во времени ).

Общая теория относительности не включает в себя квантовые эффекты сама по себе, 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. сила тяжести . Первоначальные попытки применить квазиклассическую гравитацию к проходимой машине времени в червоточине показали, что именно в тот момент, когда червоточина впервые допускает замкнутые времяподобные кривые, нарастают квантовые вакуумные флуктуации и 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 отверстие Б. [7] Но когда были выполнены расчеты флуктуаций вакуума , было обнаружено, что они самопроизвольно переориентируются на путешествие между устьями, что указывает на то, что в этом случае эффект накопления может стать достаточно большим, чтобы разрушить червоточину. [8]

Неопределенность в отношении этого вывода сохранялась, 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 скопление вакуумных флуктуаций не только сможет 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 горизонте. сам. [12] Оба случая указывают на то, что полуклассические 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 потребует полной теории квантовой гравитации [13] , а не полуклассических методов. Есть также некоторые аргументы из теории струн , которые, кажется, 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 путешествие 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».

Смотрите также

Примечания

  1. ^ 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.
  2. ^ Виссер, Мэтт (1997). «Проходимые червоточины: Римское кольцо». Физический обзор D . 55 (8): 5212–5214. arXiv : gr-qc/9702043 . Бибкод : 1997PhRvD..55.5212V. doi : 10.1103/PhysRevD.55.5212. S2CID  2869291.
  3. ^ Хокинг, SW (1992). «Гипотеза защиты хронологии». Физ. Преподобный Д. 46 (2): 603–611. Бибкод : 1992PhRvD..46..603H. doi :10.1103/physrevd.46.603. ПМИД  10014972.
  4. ^ «Полиция времени: SFE: Энциклопедия научной фантастики». Sf-энциклопедия.com. 21 декабря 2011 года . Проверено 25 августа 2014 г.
  5. ^ Готт, Дж. Ричард (2001). Путешествие во времени во Вселенной Эйнштейна: физические возможности путешествий во времени. Хоутон Миффлин . п. 117. ИСБН 978-0-395-95563-5.
  6. ^ Торн, Кип С. (1994). Черные дыры и искривления времени . WW Нортон . стр. 505–506. ISBN 978-0-393-31276-8.
  7. ^ Торн 1994, с. 507
  8. ^ Торн 1994, с. 517
  9. ^ Эверетт, Аллен; Роман, Томас (2012). Путешествие во времени и варп-двигатели. Издательство Чикагского университета . п. 190. ИСБН 978-0-226-22498-5.
  10. ^ Эверетт и Роман 2012, с. 190
  11. ^ abc Эверетт и Роман 2012, с. 191
  12. ^ 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. 
  13. ^ Торн 1994, с. 521
  14. Семенюк, Иван (20 сентября 2003 г.). «Нет пути назад». Новый учёный . Проверено 10 января 2013 г.
  15. ^ 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.
  16. ^ 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.
  17. ^ 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.
  18. ^ 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. doi : 10.1007/JHEP04(2010)021. S2CID  118595727.

Рекомендации

Внешние ссылки