Гипотеза о защите хронологии - Chronology protection conjecture

В гипотеза защиты хронологии это гипотеза, впервые предложенная Стивен Хокинг что законы физики предотвращать путешествие во времени во всех масштабах, кроме микроскопических. Допустимость путешествий во времени математически представлена ​​существованием замкнутые времяподобные кривые в некоторых решениях полевых уравнений общая теория относительности. Гипотезу о защите хронологии следует отличать от хронологическая цензура при котором каждая замкнутая времениподобная кривая проходит через горизонт событий, что может помешать наблюдателю обнаружить причинное нарушение[1] (также известен как нарушение хронологии).[2]

Происхождение термина

В статье 1992 года Хокинг использует метафорическое понятие «Агентство по защите хронологии» как персонификация аспектов физики, которые делают путешествия во времени невозможными на макроскопических масштабах, таким образом, очевидно, предотвращая временные парадоксы. Он говорит:

Похоже, что существует Агентство по защите хронологии, которое предотвращает появление замкнутых временных кривых и тем самым делает Вселенную безопасной для историков.[3]

Идея Агентства по защите хронологии, кажется, игриво взята из концепции Time Patrol или Time Police, которая использовалась во многих работах научная фантастика[4] такие как Пол Андерсон серия Патруль времени рассказы или Айзек Азимов роман Конец вечности, или в телесериале Доктор Кто. «Дело защиты хронологии» от Пол Левинсон, постулирует вселенную, которая заходит так далеко, что убивает всех ученых, которые близки к изобретению любых средств путешествия во времени.

Общая теория относительности и квантовые поправки

Было предложено много попыток создать сценарии для замкнутых времениподобных кривых, и теория общая теория относительности позволяет им при определенных обстоятельствах. Некоторые теоретические решения в общей теории относительности, которые содержат замкнутые времяподобные кривые, потребуют бесконечной Вселенной с некоторыми особенностями, которых наша Вселенная, похоже, не имеет, такими как универсальное вращение Земли. Метрика Гёделя или вращающийся цилиндр бесконечной длины, известный как Цилиндр Типлера. Однако некоторые решения позволяют создавать замкнутые времяподобные кривые в ограниченной области пространства-времени с Горизонт Коши являясь границей между областью пространство-время где могут существовать замкнутые времяподобные кривые, а в остальном пространстве-времени - нет.[5] Одно из первых найденных решений для ограниченных путешествий во времени было построено на основе проходимая червоточина, основанный на идее взять один из двух «устьев» червоточины в путешествие туда и обратно с релятивистской скоростью, чтобы создать разницу во времени между ним и другим устьем (см. обсуждение на Червоточина # Путешествие во времени ).

Общая теория относительности не включает квант эффекты сами по себе, и полная интеграция общей теории относительности и квантовой механики потребовала бы теории квантовая гравитация, но существует приближенный метод моделирования квантовых полей в искривленном пространстве-времени общей теории относительности, известный как полуклассическая гравитация. Первоначальные попытки применить полуклассическую гравитацию к проходимой машине времени кротовой норы показали, что именно в тот момент, когда эта кротовая нора впервые позволит создать замкнутые времениподобные кривые, квантовую колебания вакуума создавать и управлять плотность энергии до бесконечности в районе червоточин. Это происходит, когда два устья червоточины, назовем их A и B, были перемещены таким образом, что стало возможным для частицы или волны, движущейся со скоростью света, войти в отверстие B в некоторый момент времени T.2 и выйти через устье A в более раннее время T1, затем вернуться к устью B через обычное пространство и прибыть к устью B одновременно с T2 что он вошел в B в предыдущем цикле; таким образом одна и та же частица или волна могут сделать потенциально бесконечное количество петель через одни и те же области пространства-времени, накапливаясь сами по себе.[6] Расчеты показали, что этот эффект не будет происходить для обычного луча излучения, потому что он будет «расфокусирован» червоточиной, так что большая часть луча, выходящего из устья A, распространится и пройдет мимо устья B.[7] Но когда был произведен расчет для колебания вакуума было обнаружено, что они самопроизвольно перефокусируются на путешествии между ртами, указывая на то, что эффект pileup может стать достаточно большим, чтобы разрушить червоточину в этом случае.[8]

Неопределенность в отношении этого вывода оставалась, потому что полуклассические расчеты показали, что pileup приведет к увеличению плотности энергии до бесконечности только на бесконечно малый момент времени, после чего плотность энергии уменьшится.[9] Но полуклассическая гравитация считается ненадежной для больших плотностей энергии или коротких периодов времени, которые достигают Планковский масштаб; в этих масштабах для точных предсказаний необходима полная теория квантовой гравитации. Таким образом, остается неясным, могут ли квантово-гравитационные эффекты помешать увеличению плотности энергии настолько, чтобы разрушить червоточину.[10] Стивен Хокинг предположил, что не только нагромождение вакуумных флуктуаций все же сможет разрушить червоточину в квантовой гравитации, но также и то, что законы физики в конечном итоге предотвратит Любые тип машины времени из формовки; это гипотеза защиты хронологии.[11]

Последующие работы в области полуклассической гравитации предоставили примеры пространств-времени с замкнутыми времениподобными кривыми, где плотность энергии, обусловленная флуктуациями вакуума, не приближается к бесконечности в области пространства-времени за пределами горизонта Коши.[11] Однако в 1997 году было найдено общее доказательство того, что согласно полуклассической гравитации энергия квантового поля (точнее, математическое ожидание квантового тензора энергии-импульса) должна всегда быть либо бесконечным, либо неопределенным на самом горизонте.[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 квантовая гравитация[13] в отличие от полуклассических методов. Есть также некоторые аргументы от теория струн которые, кажется, поддерживают защиту хронологии,[14][15][16][17][18] но теория струн - это еще не полная теория квантовой гравитации. Экспериментальное наблюдение замкнутых времениподобных кривых, конечно, продемонстрировало бы справедливость этой гипотезы. ложный Но если не считать этого, если бы у физиков была теория квантовой гравитации, предсказания которой были хорошо подтверждены в других областях, это дало бы им значительную степень уверенности в предсказаниях теории о возможности или невозможности путешествий во времени.

Другие предложения, которые позволяют путешествовать во времени назад, но предотвращают временные парадоксы, такой как Принцип непротиворечивости Новикова, что обеспечит единообразие временной шкалы или идею о том, что путешественник во времени попадает в параллельная вселенная в то время как их первоначальная временная шкала остается неизменной, не квалифицируются как «защита хронологии».

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Монро, Хантер (2008-10-29). «Являются ли нарушения причинно-следственной связи нежелательными?». Основы физики. 38 (11): 1065–1069. arXiv:gr-qc / 0609054. Bibcode:2008ФоФ ... 38.1065М. Дои:10.1007 / s10701-008-9254-9.
  2. ^ Виссер, Мэтт (1997). «Проходимые червоточины: римское кольцо». Физический обзор D. 55 (8): 5212–5214. arXiv:gr-qc / 9702043. Bibcode:1997ПхРвД..55.5212В. Дои:10.1103 / PhysRevD.55.5212.
  3. ^ Хокинг, С. В. (1992). «Гипотеза о защите хронологии». Phys. Ред. D. 46 (2): 603. Bibcode:1992ПхРвД..46..603Х. Дои:10.1103 / Physrevd.46.603. PMID  10014972.
  4. ^ "Time Police: SFE: Научно-фантастическая энциклопедия". Sf-encyclopedia.com. 21 декабря 2011 г.. Получено 2014-08-25.
  5. ^ Готт, Дж. Ричард (2001). Путешествие во времени во Вселенной Эйнштейна: физические возможности путешествия во времени. Houghton Mifflin. п.117. ISBN  978-0-395-95563-5.
  6. ^ Торн, Кип С. (1994). Черные дыры и искажения времени. В. В. Нортон. С. 505–506. ISBN  978-0-393-31276-8.
  7. ^ Торн 1994, стр. 507
  8. ^ Торн 1994, стр. 517
  9. ^ Эверетт, Аллен; Роман, Томас (2012). Путешествие во времени и варп-двигатели. Издательство Чикагского университета. п.190. ISBN  978-0-226-22498-5.
  10. ^ Эверетт и Роман 2012, стр. 190
  11. ^ а б c Эверетт и Роман 2012, стр. 191
  12. ^ Кей, Бернард; Радзиковски, Марек; Вальд, Роберт (1997). "Квантовая теория поля в пространстве-времени с компактно порожденным горизонтом Коши". Коммуникации по математической физике. 183 (3): 533–556. arXiv:gr-qc / 9603012v2. Bibcode:1997CMaPh.183..533K. CiteSeerX  10.1.1.339.6036. Дои:10.1007 / s002200050042.
  13. ^ Торн 1994, стр. 521
  14. ^ Семенюк, Иван (20 сентября 2003 г.). "Назад дороги нет". Новый ученый. Получено 10 января 2013.
  15. ^ Herdeiro, C.A.R. (2000). «Особые свойства пятимерных BPS вращающихся черных дыр». Ядерная физика B. 582 (1–3): 363–392. arXiv:hep-th / 0003063. Bibcode:2000НуФБ.582..363Н. Дои:10.1016 / S0550-3213 (00) 00335-7.
  16. ^ Калдарелли, Марко; Клемм, Дитмар; Сильва, Педро (2005). «Хронология защиты в анти-де Ситтере». Классическая и квантовая гравитация. 22 (17): 3461–3466. arXiv:hep-th / 0411203. Bibcode:2005CQGra..22.3461C. Дои:10.1088/0264-9381/22/17/007.
  17. ^ Калдарелли, Марко; Клемм, Дитмар; Сабра, Вафик (2001). "Нарушение причинно-следственной связи и голые машины времени в AdS5". Журнал физики высоких энергий. 2001 (5): 014. arXiv:hep-th / 0103133. Bibcode:2001JHEP ... 05..014C. Дои:10.1088/1126-6708/2001/05/014.
  18. ^ Реймакерс, Джорис; Ван ден Бликен, Дитер; Веркнок, Берт (2010). «Связь защиты хронологии и унитарности через голографию». Журнал физики высоких энергий. 2010 (4): 21. arXiv:0911.3893. Bibcode:2010JHEP ... 04..021R. Дои:10.1007 / JHEP04 (2010) 021.

использованная литература

  • Хокинг, С.В., (1992) Гипотеза о защите хронологии. Phys. Ред. D46, 603–611.
  • Мэтт Виссер, «Квантовая физика защиты хронологии» в Будущее теоретической физики и космологии: празднование 60-летия Стивена Хокинга Дж. У. Гиббонс (редактор), Э. П. С. Шеллард (редактор), С. Дж. Ранкин (редактор)
  • Ли, Ли-Синь (1996). «Должна ли машина времени быть неустойчивой к колебаниям вакуума?». Класс. Квантовая гравитация. 13 (9): 2563–2568. arXiv:gr-qc / 9703024. Bibcode:1996CQGra..13.2563L. Дои:10.1088/0264-9381/13/9/019.

внешние ссылки