これはフィクションで最も人気のあるアイデアの 1 つであり、時間をさかのぼって歴史の流れを変えるというものです。時間を旅するというアイデアは、「私たちが毎日行っていることよりも」、SF 作家だけの使命ではありません。特にアインシュタインの特殊相対性理論が実際の時間の概念を変えて以来、多くの物理学者がタイムトラベルの妥当性を検討してきました。
しかし、多くの SF 叙事詩が警告しているように、このような時間の旅は、いくつかの重大な結果をもたらす可能性があります。
Ray Bradbury の短編小説「A Sound of Thunder」は、先史時代に足を踏み入れ、自分たちの世界に恐ろしい影響を与える変化をもたらしたタイムトラベラーのグループを中心にしています。パラドックスのさらに恐ろしい例として、アニメ化された SF シットコム Futurama の受賞歴のあるエピソードで、シリーズの不運なヒーローであるフライが過去にさかのぼり、究極の祖父のパラドックスで、想定されたおじいちゃんを殺します。そして、祖母との「出会い」を経て、フライはなぜ自分が現実から消えていないのか、自分が自分の祖父であることを理解する。
多くの理論家は、パラドックスのリスクのないタイムトラベルの方法も検討しています。自分の祖母であるフライと過度に友好的になるという極端な手段を必要としないテクニック。これらのパラドックス エスケープ メカニズムは、数学の側面から量子奇妙さの解釈にまで及びます。
これらのパラドックス脱出計画を見る前に、特殊相対性理論が時間についての私たちの考え方をどのように変えたのか、なぜ理論物理学者がタイムトラベルについて真剣に考えるようになったのかを検討する価値があります。
幸運にも ZME Science で 過去に戻るための、著作権を侵害していない嬉しいタイムマシンがあります。この奇妙な古い電話ボックスに足を踏み入れ、80 年代にマーティを迎えに行き、アルバート アインシュタインが「Zur Elektrodynamik bewegter Körper」を出版した 1905 年に戻りましょう または「動く物体の電気力学について」 特殊相対論を生んだ紙。
マーティ、心配しないで…気が付かないうちに家に帰れるよ…多分。
1905年への旅:アインシュタインの時空誕生
マーティはクロノメーターを読み、私たちが 1905 年に到着したことを発見すると、なぜこの年がそれほど重要なのか疑問に思います。この時点で、物理学は新しい重力理論を生み出すだけでなく、直観に反するやや気になる非常に小さな世界を明らかにする革命を経験しています.そして、この革命の中心となるスイスのベルンの特許事務員は、非常に良い年を迎えようとしています.
20 世紀の 5 年目は、アルバート アインシュタインの「奇跡の年」と呼ばれるようになります — または奇跡の年」—そして正当な理由があります。物理学者は 1905 年に 4 つの論文を発表します。最初の論文は光電効果を記述し、2 番目の論文はブラウン運動を詳述します。しかし、これらの功績が印象的であるため (結局、彼がノーベル賞を受賞するのを見ることになるでしょう)、私たちが関心を持っているのは 3 番目と 4 番目の論文です。
これらの論文では、アインシュタインは最初に特殊相対性理論を紹介し、次に縮約方程式 E=mc² で最も有名に表される質量エネルギー等価性について説明します。 これらの作品は、特に物理学の観点から、現実に対する私たちの考え方を完全に変えると言っても過言ではありません。
特殊相対性理論には時間がかかります。また、以前はそれ自体が別個の実体であると考えられていましたが、特殊相対性理論はそれを既知の 4 つの次元の空間と結び付けます。これにより、単一のファブリック、つまり時空が作成されます。しかし、時間の概念の変化はそれだけではありませんでした。特殊相対性理論は、時間は人がどのように旅するかによって異なることを示唆しています。オブジェクトが速く動くほど、そのオブジェクトの時間が「膨張」します。
異なる基準フレームでは時間の進み方が異なるというこの考え方が、相対性理論の名前の由来です。時差の最も有名な例は「双子のパラドックス」です。
ステラとテラの双子の姉妹に会いましょう。ステラは、妹のテラを地球に残して、光の速度に近い速度で移動できる宇宙船で遠くの星への任務を遂行しようとしています。
光の速度に近い速度で地球から離れて移動した後、同様の速度で帰還の旅を行った後、ステラは着陸して宇宙船を出て、自分自身との関係でより年をとったテラに挨拶します。宇宙への旅を経験した妹よりも、「静的な」地球に縛られた双子のために多くの時間が経過しました.
したがって、ステラは時間を前に移動したと考えることができます。双子のペアがかなり異なる年齢になる可能性は、他にどのようにありますか?それは素晴らしいことですが、時間をさかのぼるにはどうすればよいでしょうか。
さて、参照フレーム内の粒子が速く移動するほど、そのフレーム内で時間が「遅く」進行する場合、疑問が生じます。時間が静止する速度はありますか?もしそうなら、これを超えて後退する速度はありますか？
タキオンは、光の速度よりも速く移動する仮想粒子であり、「時間が静止する速度と大まかに考えられています」、したがって、時間内に前進するのではなく、後退します。タキオンの存在は、宇宙に閉じ込められた姉妹がテラから信号を受信し、タキオン応答を送り返す可能性を開きます。タキオンの性質上、テラが最初の信号を送信する前に、この応答を受信することができます.
ここが危険なところです。ステラが「私に信号を送らないでください」というタキオン信号を送り返したらどうしますか?次に、元の信号が送信されないため、疑問が生じます。ステラは何に反応していますか?
またはさらに極端な例では。ステラが旅に出る前にタキオン信号を送り返し、それが自分自身によって傍受され、その信号が彼女にそもそもその旅に出ないことを決定させたらどうなるでしょうか?その後、彼女はタキオン信号を送信するために宇宙にいることはありません…しかし、その信号が送信されていなければ、彼女は旅に出ていただろう…
そして、それが因果関係の本質であり、時を経て信号を送り返す能力からさえ生じるパラドックスを破る.このパラドックスから抜け出す方法はありますか?
多分…
間奏。アルバート アインシュタインの日記より
1905 年 9 月 27 日
今日、最も驚くべきことが起こりました。奇抜な服装をした若い男性が私を特許庁に訪ねてきました。 「マーティ」と自己紹介した若者は、私の論文「動く物体の電気力学について」について質問し始めました。 '– 昨日公開されたばかりだったので、特に驚きです.
特に、少年は私の理論がタイムトラベルに与える影響について知りたがっていました!もちろん純粋な空想です…別の機会に…
これが極端に珍しくない場合は、私たちの話の後、私はマーティをアーレ川のほとりまで歩いて行き、そこで彼は彼の輸送が彼を待っていると私に言いました.もちろん、私はボートを期待していました。そのため、少年がぼろぼろの赤い箱に足を踏み入れたとき、私は唖然としました。
これは、日中は特許事務所で働き、夜は書類を書くことによる疲労の結果である、私の働き過ぎの想像力の産物であると言えます。つまり、証人は私だけだったのですか!
また、若い男性が箱が消えるのを見ました。彼のショックは私よりも大きかったに違いありません。川の水面下に消えていく川につまずいたからです。
彼の遺体はまだ回収されていません…最悪の事態が起こることを恐れています.
現在:自己修正宇宙
使い古された古い電話ボックスが現代に蘇る中、マーティは 1905 年に彼に語られたタイムトラベルのパラドックスに対する学術的な答えを探すことを決意します。
彼は、先進科学の学士号を取得している学生ジャーメイン・トバーがタイムトラベルの可能性を調査しているクイーンズランド大学を訪れます。物理学者の Fabio Costa 博士の監督の下、Tobar は、タイムトラベルのパラドックスからの数学的な「アウト」が可能であると考えています。
「古典力学では、特定の時点でのシステムの状態がわかれば、システムの全履歴がわかります」と Tobar 氏は説明します。 「たとえば、重力で落下する物体の現在の位置と速度がわかれば、その物体がいつどこにあるのかを計算できます。
「しかし、アインシュタインの一般相対性理論は、タイム ループまたはタイム トラベルの存在を予測しています」—「イベントがそれ自体の過去と未来の両方にある可能性があります—」は、理論的にダイナミクスの研究をひっくり返します。」
トバーは、タイムトラベルのパラドックスの解決策は、因果関係違反を取り除くために宇宙が「自らを修正」するという事実であると信じています.パラドックスが取り除かれるような形でイベントが発生します。
では、双子のジレンマを見てみましょう。あなたが覚えているように、ステラはタキオンメッセージを自分自身に送り、若い頃の自分に宇宙に行かないよう説得しました。 Tobar の理論は、タイム トラベルの計算に含まれる数値を 2 乗することで数学的に到達したと彼と彼のスーパーバイザーの Costa は述べていますが、2 つのうちの 1 つが起こる可能性があることを示唆しています。
何かの出来事でステラは宇宙に向かわざるをえなくなり、偶然にもカプセルにつまずいたり、旅に出るより良いインセンティブを受け取ったりするかもしれません。または、別のイベントがタキオン信号を送信する可能性があります。おそらくステラは、代わりの天文学者から誤って信号を受信する可能性があります.
「あなたが何をしたとしても、顕著な出来事はあなたの周りで再調整されます」とトバーは言います. 「矛盾を避けるために、パラドックスを作成するためにできる限りのことを試みてください。イベントは常に自分自身を調整します。
「私たちが発見した一連の数学的プロセスは、自由意志によるタイムトラベルがパラドックスなしに私たちの宇宙で論理的に可能であることを示しています。」
Tobar の解決策は多くの点で、1970 年代後半にロシアの物理学者 Igor Dmitriyevich Novikov によって開発された Novikov の自己矛盾のない原理に似ています。この理論は、時間の曲率を記述するために、アインシュタインの一般相対性理論で空間の曲率を記述するために使用されたものと同様の測地線の使用を示唆しました。
これらの閉じた時間のような曲線 (CTC) は、同じ曲線上にある因果関係のあるイベントの違反を防ぎます。また、1988年の論文「ワームホール、タイムマシン、および弱いエネルギー条件」でキップ・ソーンと同僚によって推測されたワームホールの存在など、これらのCTCが存在する地域でのみタイムトラベルが可能であることも示唆しています。イベントは周期的で一貫性があります。
違いは、Tobar が自己修正宇宙を示唆しているのに対し、この考えは、タイムトラベラーが過去を変えることができないことを強く示唆しているということです。私たちの双子のアナロジーでは、ステラの代替品はタキオン信号を送信し、CTC に沿って移動し、コースから外れます。つまり、ステラは意図したターゲットではなく受信します。
トバーの話を聞いた後、マーティはタイムマシンに戻り、地元の墓地を近道します。なじみのない日付と名前がむき出しになっている墓石の中で、彼は何か心配なことに気づきました。彼の祖父の名前である老朽化した石に彫刻が施されています。
彼の死亡日は 1905 年 9 月 27 日です。
幕間:アルバート・アインシュタインの日記より
1905 年 9 月 29 日
今朝、エメンタール・ナクリヒテンは、私がアーレ川に落ちるのを目撃した不運な青年の遺体が回収されたと報告しています。紙には若い男性の写真まで印刷されました。
その時は気がつきませんでしたが、その少年はマーティに非常によく似ています. y 少年は倒れた…
マーティの服装を頻繁に思い出すのは奇妙ですが、若い男は、派手なアームレス ジャケット、フランネル シャツ、「ジーンズ」が「86 年代に大流行した」と私に言いました。
でも、私は 1886 年に 7 歳だったので、その年の漠然とした記憶はたくさんありますが、こんなにカラフルな服を着ていたのは確かに覚えていません…
失われた時間:量子物理学がタイムトラベルからの脱出ルートを提供する方法パラドックス
マーティは Emmenthaler Nachrichten のコピーを折ります 彼を非難したと思われる呪われたタイムマシンの床に置きます.地元紙は彼の最悪の恐怖を確認した。アインシュタインを訪ねるための過去への彼の旅行は、彼の祖父を運命づけました。
彼の祖先を確認した後、彼は自分がパラドックスに巻き込まれていることを知っています.彼は時間から一掃されるのを待っています...
しばらくして、マーティは自分がまだ生きている可能性があるのか 疑問に思います?量子物理学、より具体的には、その解釈の 1 つに答えがあります。 （文字通りの）祖父のパラドックスから逃れる方法。
量子力学の「多世界」解釈は、ヤングの悪名高い二重スリット実験で示された波動関数崩壊の問題に対する解決策として、1950 年代にヒュー エベレット III によって最初に提案されました。
電子が移動すると、スリット S1 またはスリット S2 のいずれかを通過する有限確率を持つ波動関数として記述できます。電子が画面に表示されるとき、波のように画面全体ににじみません。粒子状の点として解像されます。波のような挙動が消失したため、これを波動関数の崩壊と呼びます。これは、量子力学のいわゆるコペンハーゲン解釈の重要な要素です。
なぜ波動関数が崩壊するのかという疑問が残りました。 Hugh Everett は別の質問をしました。波動関数は崩壊しますか?
エベレットは、波動関数が崩壊する代わりに指数関数的に成長し続ける状況を想像しました。最終的には、宇宙全体が 2 つの可能な状態のうちの 1 つとして取り囲まれるほどです。粒子がS1を通過した「世界」と、粒子がS2を通過した世界。
エベレットはまた、すべての量子事象で同じ状態の「分割」が発生し、状態の重ね合わせで異なる世界に異なる結果が存在すると述べました。私たちがこれらの世界の1つを占めているため、波動関数は単に崩壊したように見えます.私たちは状態の重ね合わせにあり、実験の他の結果を見ることは禁じられています.
マーティは、1905 年に戻ってきたときに世界線の分裂が起こったことに気づきました。彼はもはや彼の出身地であるワールド 1 にはいません。代わりに、彼は新しいワールドを作成して占有しています。彼がトバーと話すために時間を前に進むとき、彼はこの世界のタイムラインに沿って移動します-ワールド 2.
これは完全に理にかなっています。マーティが残した世界では、1905 年 9 月 27 日にアエラ川のほとりに電話ボックスが現れることはありませんでした。この世界は、彼が残した世界とは本質的に異なります。
彼はこの世界に存在したことはなく、実際に祖父を実際に殺したことはありません。彼の祖父は、1905 年の世界 1 に無事に存在しています。しかし、量子物理学の多世界解釈が祖父のパラドックスに対する正しい解決策である場合、マーティは決して世界 1 に戻ることはできません。
上の図を参照すると、マーティは「左と下」または「右」にしか移動できません。新しい世界を作成する特定の瞬間にマーティが存在するため、上は禁止された方向です。これは完全に理にかなっています。彼は歴史を変え、1905 年に彼が現れた世界にいます。彼はその事実を変えることはできません。過去に戻るたびに、彼は新しい状態を作成し、その状態に「降りて」、その線で時間 (右) を進めることしかできません。
では、マーティが自分の世界を救おうとして過去に戻ったらどうなるでしょうか?彼はうっかり別の状態、つまり世界 3 を作成してしまいました。戻るたびにアーレ川。
マーティが第 1 の世界、つまり「自分の家」に戻ろうとしているうちに、1905 年 9 月のある日、ベルンの路上で何百もの電話ボックスがアーレ川のほとりに突然現れた世界に自分が住んでいることに気づきました。その後、単に姿を消しました。
彼はまた、彼の苦境が「もしタイムトラベラーが存在するのなら、なぜ彼らは私たちの時代に現れないのか?」という質問への答えであることを理解しています.プライマリ タイムライン。
ワールド 1 の誰かにとって、タイム トラベルの出現は、大胆な物理学者が徐々に姿を消す結果となるだけです。その瞬間、マーティは第 1 ワールド (彼の世界) に関する限り、ある日電話ボックスに足を踏み入れて消え、二度と戻ってこなかったことに気づきました。
マーティはタイムトラベルのパラドックスから逃れましたが、別の世界をさまよう運命にある。
ねえ…どうやってタイムマシンを取り戻すの?
