Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гипотеза о защите хронологии - это гипотеза, впервые предложенная Стивеном Хокингом , согласно которой законы физики предотвращают путешествия во времени во всех масштабах, кроме микроскопических. Допустимость путешествий во времени математически представлена ​​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 времениподобная кривая проходит через горизонт событий , что может помешать наблюдателю обнаружить причинное нарушение [1] (также известное какнарушение хронологии ). [2]

Происхождение термина [ править ]

В статье 1992 года Хокинг использует метафорическое устройство «Агентства по защите хронологии» как олицетворение тех 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 делает Вселенную безопасной для историков. [3]

Идея Агентства по охране хронологии , как представляется , можно сделать игриво из концепции Времени патрулирования или время полиции, который был использован во многих произведениях научной фантастики [4] , такие как Poul Anderson «серия s из дозора историй или Айзек Азимов » с роман Конец вечности , или в телесериале Доктор Кто . «Дело хронологии защиты» от Пола Левинсона , постулирует вселенную , которая идет так далеко, чтобы убить любые ученый , которые близки к изобретению каких - либо средств путешествий во время.

Общая теория относительности и квантовые поправки [ править ]

Было предложено много попыток создать сценарии для замкнутых времениподобных кривых, и общая теория относительности допускает их при определенных обстоятельствах. Некоторые теоретические решения в общей теории относительности, которые содержат замкнутые времениподобные кривые, потребуют бесконечной Вселенной с некоторыми особенностями, которых, похоже, не имеет наша Вселенная, такими как универсальное вращение метрики Гёделя или вращающийся цилиндр бесконечной длины, известный как цилиндр Типлера . Однако некоторые решения позволяют создавать замкнутые времениподобные кривые в ограниченной области пространства-времени, при этом горизонт Коши является границей между областью пространства-времени.где могут существовать замкнутые времяподобные кривые, а в остальном пространстве-времени - нет. [5] Одно из первых найденных решений для ограниченного путешествия во времени было построено на основе проходимой червоточины , основанной 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 ртом (см. обсуждение в Червоточине # Путешествие во времени ).

Общая теория относительности сама по себе не включает квантовые эффекты, и для полной интеграции общей теории относительности и квантовой механики потребуется теория квантовой гравитации , но существует приближенный метод моделирования квантовых полей в искривленном пространстве-времени общей теории относительности, известный как полуклассический метод. гравитация . Первоначальные попытки применить полуклассическую гравитацию к проходимой машине времени через червоточину показали, что именно в тот момент, когда эта червоточина впервые позволит создать замкнутые времяподобные кривые, квантовые вакуумные флуктуации накапливаются и определяют плотность энергии.до бесконечности в районе червоточин. Это происходит, когда два устья червоточины, назовем их A и B, были перемещены таким образом, что становится возможным для частицы или волны, движущейся со скоростью света, войти в отверстие B в некоторый момент времени T 2 и выйти через отверстие A. в более ранний момент времени T 1 , затем вернуться к устью B через обычное пространство и достичь устья B в то же самое время T 2, когда он вошел в B на предыдущем цикле; таким образом одна и та же частица или волна могут совершать 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 расчет было сделано для флуктуаций 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]

Неуверенность в этом заключении осталась, 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, достигающих планковского масштаба ; 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 что законы физики в конечном итоге предотвратят образование любого типа машины времени; это гипотеза защиты хронологии. [11]

Последующие работы в области полуклассической гравитации предоставили примеры пространств-времени с замкнутыми времениподобными 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 полуклассической 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 эффекты квантовой гравитации будут важны там, 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] в отличие от 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 времениподобных кривых, конечно, продемонстрировало бы ложность этой гипотезы.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 , такие как принцип самосогласованности Новикова , который обеспечит согласованность временной шкалы, или идея о том, что путешественник во времени переносится в параллельную вселенную, в то время как его первоначальная временная шкала остается неизменной. не квалифицируются как «защита хронологии».

См. Также [ править ]

  • Причинно-следственная связь
  • Гипотеза космической цензуры
  • Путешествие во времени
  • Червоточина

Примечания [ править ]

  1. ^ Монро, Хантер (2008-10-29). «Являются ли нарушения причинно-следственной связи нежелательными?». Основы физики . 38 (11): 1065–1069. arXiv : gr-qc / 0609054 . Bibcode : 2008FoPh ... 38.1065M . DOI : 10.1007 / s10701-008-9254-9 .
  2. ^ Виссер, Мэтт (1997). «Проходимые червоточины: римское кольцо». Physical Review D . 55 (8): 5212–5214. arXiv : gr-qc / 9702043 . Bibcode : 1997PhRvD..55.5212V . DOI : 10.1103 / PhysRevD.55.5212 .
  3. ^ Хокинг, SW (1992). «Гипотеза о защите хронологии». Phys. Rev. D . 46 (2): 603. Bibcode : 1992PhRvD..46..603H . DOI : 10.1103 / physrevd.46.603 . PMID 10014972 . 
  4. ^ "Полиция времени: SFE: Энциклопедия научной фантастики" . Sf-encyclopedia.com. 21 декабря 2011 . Проверено 25 августа 2014 .
  5. ^ Готт, Дж. Ричард (2001). Путешествие во времени во Вселенной Эйнштейна: физические возможности путешествия во времени . Хоутон Миффлин . п. 117 . ISBN 978-0-395-95563-5.
  6. ^ Торн, Кип С. (1994). Черные дыры и искажения времени . WW Нортон . С. 505–506. ISBN 978-0-393-31276-8.
  7. Перейти ↑ Thorne, 1994, p. 507
  8. Перейти ↑ Thorne, 1994, p. 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. ^ a b c Эверетт и Роман 2012, стр. 191
  12. ^ Кей, Бернард; Радзиковски, Марек; Уолд, Роберт (1997). "Квантовая теория поля в пространстве-времени с компактно порожденным горизонтом Коши". Сообщения по математической физике . 183 (3): 533–556. arXiv : gr-qc / 9603012v2 . Bibcode : 1997CMaPh.183..533K . CiteSeerX 10.1.1.339.6036 . DOI : 10.1007 / s002200050042 . 
  13. Перейти ↑ Thorne, 1994, p. 521
  14. ^ Семенюк, Иван (20 сентября 2003). «Назад дороги нет» . Новый ученый . Проверено 10 января 2013 года .
  15. ^ Herdeiro, CAR (2000). «Особые свойства пятимерных BPS вращающихся черных дыр». Ядерная физика Б . 582 (1–3): 363–392. arXiv : hep-th / 0003063 . Bibcode : 2000NuPhB.582..363H . DOI : 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 . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 22/17/007 .
  17. ^ Калдарелли, 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 . Bibcode : 2001JHEP ... 05..014C . DOI : 10.1088 / 1126-6708 / 2001/05/014 .
  18. ^ Raeymaekers, Joris; 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 . DOI : 10.1007 / JHEP04 (2010) 021 .

Ссылки [ править ]

  • Хокинг, SW, (1992) Гипотеза о защите хронологии. Phys. Ред. D46, 603–611.
  • Мэтт Виссер, «Квантовая физика защиты хронологии» в книге «Будущее теоретической физики и космологии: празднование 60-летия Стивена Хокинга». Авторы GW Gibbons (редактор), EPS Shellard (редактор), SJ Rankin (редактор)
  • Ли, Ли-Синь (1996). «Должна ли машина времени быть неустойчивой к колебаниям вакуума?». Учебный класс. Квантовая гравитация . 13 (9): 2563–2568. arXiv : gr-qc / 9703024 . Bibcode : 1996CQGra..13.2563L . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 13/9/019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • 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.