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]
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.
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».