Цилиндр Типлера

Гипотетический объект, который можно использовать как машину времени

Цилиндр Типлера , также называемый машиной времени Типлера , представляет собой гипотетический объект , который теоретически может быть потенциальным способом путешествия во времени , хотя результаты показали, что цилиндр Типлера мог бы позволить путешествовать во времени только в том случае, если бы его длина была бесконечной или при наличии отрицательной энергии. .

Открытие

Цилиндр Типлера был открыт как решение уравнений общей теории относительности Виллемом Якобом ван Стокумом ^[1] в 1936 году и Корнелем Ланцосом ^[2] в 1924 году, но не признавался как допускающий замкнутые времениподобные кривые ^[3] до тех пор, пока не был проведен анализ Фрэнком Типлером. ^[4] в 1974 году. Типлер в своей статье 1974 года «Вращающиеся цилиндры и возможность глобального нарушения причинности» ^[5] показал , что в пространстве-времени , содержащем «достаточно большой вращающийся цилиндр », вращающийся вокруг своей оси, цилиндр должен создавать каркас- эффект перетаскивания . Этот эффект перетаскивания кадра искажает пространство-время таким образом, что световые конусы объектов, находящихся вблизи цилиндра, наклоняются, так что часть светового конуса затем указывает назад вдоль оси времени на диаграмме пространства-времени . Следовательно, космический корабль , достаточно ускоряющийся в соответствующем направлении, может путешествовать во времени назад по замкнутой времениподобной кривой . ^[4]

В лоренцевых многообразиях , которые физически интерпретируются как пространство-время, CTC связаны с возможностью причинных аномалий, таких как человек, возвращающийся во времени и потенциально стреляющий в своего дедушку , хотя парадоксов можно было бы избежать, используя некоторые ограничения, такие как самосогласованность Новикова. принцип . Они появляются в некоторых наиболее важных точных решениях общей теории относительности, включая вакуум Керра (который моделирует вращающуюся черную дыру ) и пыль Ван Стокума (которая моделирует цилиндрически симметричную конфигурацию вращающейся жидкости или пыли без давления ).

Практичность

Возражение против практичности построения цилиндра Типлера было обнаружено Стивеном Хокингом , который утверждал, что согласно общей теории относительности невозможно построить машину времени в любой конечной области, которая удовлетворяет условию слабой энергии , означающему, что эта область не содержит экзотической материи. с отрицательной энергетикой. С другой стороны, цилиндр Типлера не содержит никакой отрицательной энергии. Первоначальное решение Типлера включало цилиндр бесконечной длины, который легче анализировать математически, и хотя Типлер предположил, что конечный цилиндр мог бы создавать замкнутые времениподобные кривые, если бы скорость вращения была достаточно высокой, ^[6] он этого не доказал. Но Хокинг комментирует: «Этого невозможно сделать везде с положительной плотностью энергии! Я могу доказать, что для создания конечной машины времени нужна отрицательная энергия». ^[7] Аргумент Хокинга появляется в его статье 1992 года о гипотезе о защите хронологии (хотя этот аргумент отличается от самой гипотезы, поскольку аргумент утверждает, что классическая общая теория относительности предсказывает, что конечная область, содержащая замкнутые времениподобные кривые, может быть создана только в том случае, если существует нарушение условия слабой энергии в этой области, тогда как гипотеза предсказывает, что замкнутые времяподобные кривые окажутся невозможными в будущей теории квантовой гравитации , которая заменит общую теорию относительности). В статье он исследует «случай, когда нарушения причинности возникают в конечной области пространства-времени без особенностей кривизны» и доказывает, что «[т] здесь будет горизонт Коши , который компактно порождается и который в общем содержит один или несколько замкнутых нулевые геодезические, которые будут неполными. Можно определить геометрические величины, которые измеряют усиление Лоренца и увеличение площади при обходе этих замкнутых нулевых геодезических. Если нарушение причинности возникло из некомпактной исходной поверхности, условие усредненной слабой энергии должно быть нарушено на Коши. горизонт." ^[8]

В фантастике

• Steins;Gate — визуальный роман, в котором упоминаются цилиндры Типлера, путешествия во времени и Джон Тайтор .
• В серии « Старриггер » Джона ДеЧанси используются вертикально выровненные цилиндры Типлера (так называемые объекты Керра -Типлера) для создания пространственно-временных врат вдоль межгалактического шоссе.
• Рассказ Ларри Нивена «Вращающиеся цилиндры и возможность глобального нарушения причинности» позаимствован у статьи Типлера. ^[9]
• Пол Андерсон включил его в свой роман «Аватар» . ^[10]
• Вернор Виндж в романе «Оставленные в реальном времени» (хотя объект описан как голая черная дыра ). ^[11]
• Комикс Криса Штрауба « Звездное скольжение» включает в себя цилиндр Типлера, созданный как произведение искусства, который также позволяет путешествовать во времени. ^[12]
• У Яна Дугласа есть цилиндр Типлера, созданный инопланетянами неизвестного происхождения в «Сингулярности» , третьей книге серии «Звездный авианосец» .
• Star Trek Online использует одноименное устройство, которое позволяет игроку повернуть время вспять на несколько (до 7–13 секунд) секунд в пределах локализованного поля. ^[13] (Специфика тринадцатисекундного обращения времени, а также устройство, имеющее бериллиевый сердечник, являются отсылкой к фантастической комедии « В поисках галактики» .)
• В своей серии романов «Военный странник» Уильям Х. Кейт использует цилиндр Типлера с соотношением длины к ширине 512, который позволяет путешествовать к ядру галактики Млечный Путь и обратно .
• В серии « Плоский мир » Терри Пратчетта «прокрастинаторы», используемые монахами истории, считаются разновидностью цилиндра Типлера.
• Цилиндр Типлера используется в качестве сюжета в рассказе Чака Гроссарта «Спуск Феникса».
• В девятой серии веб-сериала «Спросите Уэзерсби» ^[14] упоминается цилиндр Типлера и обсуждаются путешествия во времени. ^[15]
• В «Чуде Рождества», эпизоде ​​2.11 американского сериала « Timeless» , цилиндр Типлера упоминается как добавление к модернизированной машине времени.
• В 14-й серии 2-го сезона сериала «Габби Дюран и неприязненные - Зик в будущее» Бесконечный цилиндр Типлера упоминается как возможное устройство для путешествий во времени.
• SCP-2540: запись на веб-сайте коллективного писателя-фантаста SCP Foundation (сайт Wikidot), описывающая усилия исследователей Фонда, пытающихся понять 4D-цилиндр Типлера, который воспринимается как обычный ключевой лайм ( Citrus aurantiifolia ).
• В анимации Алана Беккера «Анимация против физики» цилиндры Типлера используются как метод путешествия во времени.

Рекомендации

Примечания

1. ван Стокум, Виллем Джейкоб (1936). «Гравитационное поле распределения частиц, вращающихся вокруг оси симметрии». Труды Королевского общества Эдинбурга .
2. Ланцос, Корнель (1997) [1924]. «О стационарной космологии в смысле теории гравитации Эйнштейна». Общая теория относительности и гравитация . 29 (3). Спрингленд Нидерланды: 363–399. дои : 10.1023/А: 1010277120072. S2CID  116891680.
3. Эрман, Джон (1995). Удары, хрусты, всхлипы и визги: особенности и акаузалии в релятивистском пространстве-времени . Издательство Оксфордского университета. п. 21. ISBN 0-19-509591-Х.
4. Типлер, Фрэнк (1974). «Вращающиеся цилиндры и возможность глобального нарушения причинно-следственной связи» (PDF) . Физический обзор D . 9 (8): 2203–2206. Бибкод : 1974PhRvD...9.2203T. doi : 10.1103/PhysRevD.9.2203. Архивировано из оригинала (PDF) 26 октября 2009 г.Доступно в формате GIF здесь: страницы 1, 2, 3 и 4. См. также здесь.
5. Типлер, Фрэнк Дж. (1974). «Вращающиеся цилиндры и возможность глобального нарушения причинности*». Физический обзор D . 9 (8): 2203–2206. Бибкод : 1974PhRvD...9.2203T. doi : 10.1103/PhysRevD.9.2203.
6. Эрман, Джон (1995). Удары, хрусты, всхлипы и визги: особенности и акаузалии в релятивистском пространстве-времени . Издательство Оксфордского университета. п. 169. ИСБН 0-19-509591-Х.
7. Хокинг, Стивен (2002). Будущее пространства-времени . WW Нортон. стр. 96. ISBN 0-393-02022-3.
8. Хокинг, Стивен (1992). «Гипотеза защиты хронологии». Физический обзор D . 46 (2): 603–611. Бибкод : 1992PhRvD..46..603H. doi :10.1103/PhysRevD.46.603. ПМИД  10014972.
9. "Библиография Ларри Нивена". larryniven.net . Архивировано из оригинала 6 июня 2023 г. Проверено 22 апреля 2013 г.
10. Нахин, Пол Дж. (20 апреля 2001 г.). Машины времени: путешествия во времени в физике, метафизике и научной фантастике. п. 95. ИСБН 9780387985718.
11. Виндж, Вернор (2004). Брошенный в реальном времени. Макмиллан. п. 174. ИСБН 1429915129. Проверено 5 марта 2014 г.
12. Штрауб, Крис (23 июля 2007 г.). «Звездный слип». starslip.krisstraub.com . Проверено 13 мая 2023 г.
13. «Универсальные консоли». Звездный путь онлайн вики . Curse, Inc. Проверено 5 марта 2014 г.
14. «Спросите мистера Уэзерсби (1-й сезон) - YouTube» . www.youtube.com .
15. «Спросите Уэзерсби, серия 9» . Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. – на YouTube.

Библиография

1. Фрэнк Дженнингс Типлер, Нарушение причинности в общей теории относительности, доктор философии. диссертация в Университете Мэриленда, Колледж-Парк (1976). Источник: Dissertation Abstracts International, Vol. 37–06, раздел Б, с. 2923. Также доступна в виде диссертации 76–29,018 в издательстве Xerox University Microfilms, Анн-Арбор, Мичиган.
2. Пенроуз, Роджер . «Вопрос космической цензуры». Журнал астрофизики и астрономии Vol. 20 (сентябрь 1999 г.): 233.
3. Уолд, Роберт (ред.). Черные дыры и релятивистские звезды . Издательство Чикагского университета , 1998. ISBN 0-226-87034-0 .