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この信条は、タイムトラベルが可能である可能性があることを示しています

タイムトラベルは、少なくとも H.G. ウェルズがタイム マシンを書いて以来、愛されている SF のアイデアです。 この概念は引き続き魅力的であり、架空のアプローチが次々と登場しており、タイムトラベルが物理的に可能であるかどうか、さらに言えば、その不可解なパラドックスに直面しても論理的に意味があるかどうか疑問に思っています。驚くべきことに、昨年、これらの疑問に光を当てる SF 映画と、雑誌 Classical and Quantum Gravity で綴られた実際の科学的結果の両方が見られました。

この映画は、脚本家兼監督のクリストファー ノーランの注目を集める Tenet です。 .他のタイムトラベルの物語と同様、テネット タイムマシンを使用。しかし、他の物語とは異なり、テネット この「ターンスタイル」マシンが人や物を自分の歴史に逆行させる新しいメカニズムを提案しています。このメカニズムは逆エントロピーであり、エントロピーは熱力学の第 2 法則を通じて時間の流れについて何かを表しているため、真の意味を持ちます。

この 19 世紀の物理法則は、蒸気エンジンやガソリン エンジンなどのエネルギーを使用するシステムでは、一部のエネルギーは摩擦プロセスによって熱に変わるため永久に失われることを認識しています。エントロピーは、この損失を測定する数学的な量であり、システムが動作するにつれて常に増加します。エントロピーは「時間の矢」です。増加の方向が未来を指さなければならないからです。エントロピーの増加に関するこの理解に基づいて、テネット エントロピーの減少は過去への旅を生み出すに違いないと主張する.

この前提で、この映画は、テネットと呼ばれる組織の 2 人の工作員、主人公 (ジョン・デビッド・ワシントン) とニール (ロバート・パティソン) が世界の破壊を回避するために戦うことを示しています。彼らの敵はロシアの寡頭政治家サトール (ケネス・ブラナー) で、未来からの敵対勢力と同盟を結んでいます。主人公とニールが調べていると、銃弾が銃身の中に戻ってくるなどの出来事や、前進する主人公と時間を逆行した自分自身との戦いなどの出来事が発生します。最後のシーンでは、2 人のエージェントが順方向と逆方向の時間を使用して、Sator によって埋め込まれた破壊装置を無効にし、地球を救います。このアクション映画は、複雑な前後の要素と年表で視聴者の興味を引くシーンとプロット ポイントで満たされています。

信条 エントロピーの創造的な使用でポイントを獲得しますが、この19世紀の科学のビットは説得力がありません.エントロピーの増加は確かに時間の流れを追跡しますが、エントロピーが時間を制御するという証拠はありません。実際、エントロピーは私たち自身の体で局所的に減少しますが、私たちは時間を逆行するのではなく、前進します.ノーランがカリフォルニア工科大学の理論物理学者キップ・ソーンに相談した理由は、これで説明がつくかもしれません。 (2014) — ノーランは次のように約束しなければなりませんでした。 . インターステラーとはまったく異なる魚のやかんです .」

いずれにせよ、テネットの皮肉 タイムトラベルは宇宙の仕組みについての私たちの理解に違反すると考えさせられます。たとえば、科学者や哲学者は、原因は常に結果に先行すると信じています。フランスの SF 作家ルネ・バルジャベルが小説 Le Voyageur Imprudent で発明した「祖父のパラドックス」が示すように、タイムトラベルはこれを混乱させるでしょう。 (1944)、英語で Future Times Three として出版 . テネットに登場するタイムトラベルの矛盾の明確な例 主人公とニールは、未来の人々との戦いの影響について考えています。

主人公:私たちは彼らの祖先です。彼らが私たちを破壊するなら、それは彼らを破壊しませんか?

ニール:おじいさんのパラドックスにたどり着きます…もし過去にさかのぼっておじいさんを殺したら、どうしてその行為をするために生まれてきたのでしょうか?

主人公:答えは?

ニール:答えはありません。これはパラドックスです。

この意見交換やその他の意見交換で、2 人のエージェントは、パラドックスが存在するが、「パラレルワールド」や「複数の現実」などの投機的な解決策を示唆することしかできないと述べています。ニールは最終的に「何が起こったのか」という声明で問題全体を肩をすくめ、2人は行動に戻ります.祖父のパラドックスのバージョンは、他の SF 物語にも同様に現れます。 バック・トゥ・ザ・フューチャーで (1985)、タイムトラベラーのマーティ・マクフライは、両親が関与する以前の出来事を操作して、最終的に次のタイムラインで生まれたことを確認しようとします.このようなどんでん返しは素晴らしいエンターテインメントですが、パラドックスには対処していません。

また、フィクションは、私たちがどのように時間を旅するかを正確に説明しているわけでもありません。いくつかの物語では、制御されていない巨大なエネルギー放出によって引き起こされた「タイムスリップ」によって、無意識のうちにそれが起こります。映画 ファイナル カウントダウン (1980)、海上の嵐は、近代的な原子力を搭載した米国海軍の空母とその乗組員を、真珠湾攻撃の前日である 1941 年 12 月 6 日までさかのぼります。エドモンド ハミルトンの小説 世界の果ての街 (1951)、原子爆弾が中西部の都市全体とその人々を遠い未来に吹き飛ばします。代わりに H.G. ウェルズは彼のタイムマシンでタイムトラベルを意図的に行いましたが、その操作が人間の意識に関連しているというヒントを除いて、それがどのように機能するかはわかりません. バック・トゥ・ザ・フューチャーのデロリアンのタイムマシンですが、 は人気がありましたが、スピードとエネルギーをタイムトラベルに変える方法は知られていません.

タイムトラベルを支持する本当の科学的アイデアはありますか?それらはそのパラドックスを解決する方法を提供しますか?その答えは、相対性理論と量子物理学にあります。アインシュタインの相対性理論、特に一般相対性理論、彼の重力理論は、宇宙の物理的効果を持つ宇宙の構造である時空連続体として、時間を直接空間と一緒に扱います。量子論は素粒子の挙動を説明しますが、一般相対性理論が破綻する宇宙プロセスを説明するためにも必要です。これは、ブラック ホールの内部や宇宙の初期の瞬間に発生します。そのため、物理学者は両方の理論を組み合わせて、宇宙のより完全な記述である量子重力の統一理論を作ろうとしています.

星間で 、ノーランは一般相対性理論と量子重力を使用して、人や物がどのように時間を移動するかを正当化しました。この映画では、人類はますます住めなくなった地球から逃れる必要があり、宇宙探検家は、ブラック ホールの近くやワームホールを通り抜けて、遠く離れた居住可能な惑星を探しています。一般相対性理論が予測する時空を通る宇宙の近道は、宇宙の 2 地点間の航海を短縮します。これにより、Thorne が詳細に解決した斬新な時間的効果が生まれます。

一般相対性理論の実際の結果の 1 つは、時間の流れが可変であるということです。これは重力による時間の遅れであり、重力場が強いほど時間の流れが遅くなります。重要なインターステラーに登場 宇宙船パイロットのクーパー (マシュー・マコノヒー) が、ブラック ホールの近くの強力な重力の中で数時間だけ年をとっただけのシーンですが、彼が地球に残した若い娘であるマーフがその間に数十年も年をとっていることに気付きます。彼は必死に過去に戻り、10 歳の彼女とコミュニケーションを取りたいと思っています。しかし、この相互作用は、未来から過去への情報を運ぶべきではありません。これは、タイムトラベルが作成する別の違反です。ソーンは、量子重力からのアイデアを使用して、クーパーが戻ってマーフと通信できるようにすることで問題を解決しました。ソーンはまた、映画に付随するために彼が書いた本の中で、ワームホールが過去に到達することを可能にするタイムトラベルの別の形態についても説明しています.

実験的に確認された完全な量子重力理論はまだないため、これらのアイデアは推測であり、決定的なものではありません。この種のタイムトラベルが可能かどうかについて、物理学者の意見は一致していません。スティーブン ホーキングは、ワームホール タイム マシンは決して機能しないと考えていました。さらに進んで、パラドックスを防ぐために、物理法則はタイム トラベルを禁止しなければならないという彼の「年代学保護予想」を述べました。

しかし、科学はタイムトラベルの可能性について新しい考えを生み出しました。 Classical and Quantum Gravity の 2020 年の論文で 、「閉じた時間のような曲線と選択の自由を備えた可逆的なダイナミクス」、物理学者のジャーメイン・トバーとファビオ・コスタは、一般相対性理論によれば、タイムトラベルが可能であり、以前に考えられていたよりも破壊的ではない可能性があることを示しました.

その理由を理解するための出発点は、物質が時空に直接影響を与えることを示すことによって、一般相対性理論がニュートンの重力理論に取って代わることを理解することです。これにより、物や人がどのように時空を移動するかが決まります。たとえば、ニュートンの理論が提案したように惑星を重力で引っ張る代わりに、巨大な太陽が周囲の時空を歪め、惑星の自然な経路が太陽の周りの軌道になります.これはまさに私たちが経験していることです。地球は太陽の周りを回り、1 年後に宇宙の出発点に戻ります。 Tobar と Costa が指摘したことは、物質の他の配列は、元の位置にループバックし、大幅に元の時間にも戻る時空を介して異なるパスを生成することです。相対性理論の歴史に埋もれている理由から、そのような経路は閉じた時系列曲線 (CTC) と呼ばれます。しかし重要な結果は、一般相対性理論は理論的に過去への旅行を可能にするということです。

これはまだ解決できないパラドックスを生み出す可能性を残しています。さまざまな分析は、人が行うことができる選択を制限することによってこれらを回避できることを示していますが、これは自由意志を抑圧するという反論を提起します. Tobar と Costa による予想外の発見は、特定の広い条件下では、1 つだけでなく複数の CTC が存在し、時空の同じポイントにループバックするときに異なる経路をたどることです。これらの CTC のいずれかをたどるタイムトラベラーは、最終的に同じ時間と場所にたどり着きます。著者によると、これにより破壊的なパラドックスが排除されますが、旅行者は時間をかけてさまざまな人生の道を自由に選択できます。

しかし、はっきりさせておきたいのは、理論上の結果はまだタイムマシンの青写真ではないということです。理論で有効な数学的結果を得ることと、それらを実際に機能するデバイスに変換することの間には大きなギャップがあります。障害は非常に大きくなる可能性があります。たとえば、Tobar と Costa が説明するような CTC を生成する一般相対論における物質の分布の 1 つは、長い回転する円柱です。これは自然界では発生せず、人間工学を超えた宇宙規模で構築する必要があります。しかし、宇宙を完全に説明するには、一般相対性理論が量子物理学と融合する必要があることを知っていれば、量子重力理論からさまざまな可能性が生まれる可能性があります。そうすれば、空間と時間をよりよく理解し、タイムトラベルが現実的な可能性があるかどうか、可能であればどのように達成するかを最終的に決定することができます.

しかし、量子重力の完全な理論が完成するのは、まだ先の話かもしれません。一般相対性理論では、離散した量子粒子とエネルギー パケットを滑らかに変化する時空の宇宙構造と組み合わせることは難しいからです。私たちが待っている間、ノーランのような作家や映画製作者は、テネットの後に次の魅力的な映画を作ることを検討するかもしれません 、タイムトラベラーを志望する人々が、それらの閉じた時間のような曲線がどこに行くのかをあえて見る場所.

シドニー・パーコウィッツは、エモリー大学のキャンドラー物理学名誉教授です。彼の最新の本は 物理学:非常に短い紹介、本物の科学者はネクタイを着用しない、そして サイエンス スケッチ(近日公開予定)

参考文献

1. Tobar, G. &Costa, F. 閉じた時間のような曲線と選択の自由を備えた可逆ダイナミクス。 古典重力と量子重力 37 、205011 (2020).

2.マドックス、G.「私がやった最大の映画」テネットの秘密の世界に関するクリストファー・ノーラン。 シドニー モーニング ヘラルド (2020).

3. Thorne, K. 星間旅行の科学 W.W.ノートン &カンパニー、ニューヨーク州ニューヨーク (2014).

リード画像:FlashMovie / Shutterstock


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