Tidsresa är ett av de mest spännande fantasibegreppen. Men det väcker många frågor - både för fysiker och filosofer - och kan också leda till olika paradoxer. Den "mördade farfarparadoxen" är en av dem.
Begreppet tidsresa används i full gång i litteratur och film, oavsett genre. Ofta i mitten av alla sådana berättelser ligger de förändringar som gjorts av resenären av händelserna i det förflutna, vilket leder till verkliga katastrofer i framtiden. Det är värt att komma ihåg åtminstone historien om Ray Bradbury "And Thunder Rocked".
Detta dilemma, även känt som den mördade farfarparadoxen, representerar fysikernas och filosofens huvudinvändning mot tidsresor: en möjlig kränkning av kausaliteten. Och medan tidsresor fortfarande är spekulation, diskuteras de sannolika resultaten av att kränka kausaliteten och hur naturen kan förhindra dem varmt bland forskare som Stephen Hawking och Kip Thorne.
Vad är den "mördade farfarparadoxen"
Den mördade farfarparadoxen presenterar en hypotetisk situation där en tidsresenär reser tillbaka i tiden och gör något som gör att han aldrig existerar (vanligtvis anses den farliga farens dödsfall) eller en händelse som gör hans resor omöjlig … Paradoxen beror på att denna person aldrig föddes. Och eftersom han aldrig funnits, hur kunde han gå tillbaka i tiden och döda farfar? Således leder själva idén om tidsresor till en möjlig kränkning av kausaliteten - regeln att en orsak alltid föregår en effekt.
Enligt särskild relativitet föregår förflutna (orsak) alltid framtiden (effekten) / Helen Klus.
Låt oss föreställa oss ett scenario där en begåvad ung uppfinnare - låt oss kalla honom Eugene - skapar en tidsmaskin under 2018. Eftersom Eugene aldrig kände sin farfar bestämmer han sig för att resa tillbaka i tiden för att träffa honom. Efter noggrann undersökning hittar han exakt var hans farfar var - fortfarande ung och ensam - klockan 15:43 den 22 november 1960. Han kommer in i tidsmaskinen och börjar sin resa.
Kampanjvideo:
Tyvärr tar Zhenya allt bokstavligen, och när han fick reda på var hans farfar skulle vara, åkte han till just denna plats. Han "landar" precis där hans farfar borde vara i det ögonblicket … med ett mycket förutsägbart resultat. Efter ett snabbt DNA-test inser han att det verkligen var farens far, kommer tillbaka in i bilen och väntar på att han försvann.
Vad göra här näst
Fysiker och filosofer har föreslagit flera lösningar på paradoxen. Novikovs självkonsistensprincip, utvecklad på 1970-talet av den ryska fysikern Igor Dmitrievich Novikov (Evolution of the Universe, 1979), föreslår att man använder geodesiska linjer för att beskriva tidens krökning (ungefär hur rymdets krökning beskrivs i Einsteins allmänna relativitetsteori). Dessa stängda, tidsliknande kurvor kommer inte att bryta några orsakssamband som är på samma kurva. Principen antar också att tidsresor endast kommer att vara möjliga i områden där dessa stängda kurvor finns - till exempel i närvaro av maskhål, som beskrivs av Kip Thorne och kollegor i deras papper 1988 Wormholes, Time Machines och the Weak Energy Condition (Wormholes, Tidsmaskiner och det svaga energiförhållandet). I detta fall skulle händelser vara cykliska och självkonsekventa. Detta innebär i sin tur att tidsresenärer inte skulle kunna förändra det förflutna - vare sig det är genom någon form av fysiska hinder eller bristen på förmågan att göra ett sådant val. Så oavsett hur hårt Eugene försökte, skulle han inte ha kunnat landa sin bil just nu, även om han plötsligt var fast besluten att döda sin farfar.
Igor Dmitrievich Novikov / Fotoarkiv för GAISh MSU.
Denna idé utvidgades senare av Caltech-eleverna Fernando Esheverria och Gunnar Klinghammer i samarbete med Kip Thorn. I sin artikel presenterade de en biljardboll som kastades in i det förflutna genom ett maskhål längs en bana som så småningom skulle förhindra honom från att komma in i den. De hävdade att de fysiska egenskaperna hos maskhålen skulle förändra banans bana på ett sådant sätt att den inte kunde störa sig själv, eller att bollen inte kunde komma in i maskhålen på grund av faktiska störningar från utsidan.
Således, om du följer Novikovs teori, blir alla åtgärder som vidtagits av tiden resenären en fait accompli historia, och observatörer av dessa händelser hindras från att se Cauchy-horisonten.
När han återvände till 2018 upptäcker vår Evgeny att hans familj har försvunnit, liksom andra spår av dess existens. Efter att ha läst om Novikovs teori och biljardbollar från Caltech-forskare, förbannar han universum för passivitet. Och i detta ögonblick inser han att kanske inte universum ingick, eftersom detta krävde en viss korrigerande åtgärd. Han springer tillbaka till tidsmaskinen för att ändra sina egna handlingar och rädda sin framtid.
Esheverria och Klinkhammer-lösning / Wikipedia.
Novikovs lösning kan se lite långtgående, eftersom den definitivt kräver många mekanismer som fortfarande är okända för fysiken. Det är av detta skäl som vetenskapsmiljön avvisar denna lösning av den "mördade farfarparadoxen".
Kan det finnas en mer ekonomisk lösning på paradoxen, baserad på redan befintliga aspekter av fysik som introducerats av andra teorier? Det visar sig att en hypotes som tolkningen av många världar av kvantmekanik kan ge den.
Många-världens tolkning av kvantmekanik rusar till räddningen
Tolkningen av många världar av kvantmekanik föreslogs av Hugh Everett III på 1950-talet som en lösning på problem med vågfunktionens kollaps som observerades i Youngs berömda två-slits experiment.
När den rör sig genom slitsen kan en elektron beskrivas med en vågfunktion med en begränsad sannolikhet att passera antingen slits 1 eller slits 2. När en elektron visas på skärmen ser den ut som en smetad våg. Och i andra fall manifesterar det sig som en partikel. Detta kallas vågfunktion kollaps. Med andra ord verkar vågen försvinna och en partikel kvarstår på sin plats. Detta är i sin tur en nyckelfaktor i Köpenhamns tolkning av kvantmekanik. Men forskare förstod inte varför vågfunktionen kollapsade.
Everett ställde en annan fråga: kollapsar vågfunktionen alls?
Han presenterade en situation där vågfunktionen fortsätter att växa exponentiellt utan att kollapsa. Som ett resultat erhåller hela universumet ett av två möjliga tillstånd: "världen" i vilken partikeln passerade genom spår nr 1, och "världen" där partikeln passerade genom spår nr 2. Everett hävdade att samma "uppdelning" av tillstånd inträffar i alla kvanthändelser, av vilka flera resultat finns i olika världar i ett superpositionstillstånd. Vågfunktionen ser ut som om den kollapsar, eftersom vi lever i en av dessa världar som inte kan interagera med varandra.
Diagram över indelningen av världar enligt tolkningen av många världar av kvantmekanik / Wikipedia.
Därför är universum uppdelat när Eugene anländer 1960. Han är inte längre i världen från vilken han kom (låt det vara värld nr 1). Istället skapade han och ockuperade en ny värld. När han reser till framtiden flyttar han med denna världs kronologi. Han fanns aldrig i det och dödade faktiskt aldrig sin farfar. Hans farfar fortsätter att existera vid god hälsa i värld nr 1.
Sammanfatta
Naturligtvis gör ingen av de föreslagna lösningarna och hypoteserna tidsresor till verklighet. Einsteins speciella relativitetsteori och begränsningarna i hastigheten hos ett massobjekt utgör allvarliga hinder för detta. De ger emellertid intressanta lösningar på pusslet. Ironiskt nog kommer den mest troliga lösningen på den "mördade farfarparadoxen" från en enda fysisk hypotes som har gett ännu mer fantastiska berättelser än många andra idéer och hypoteser som framförts av forskare under det senaste århundradet.
Märkligt nog kan tolkningen av många världar också svara på en annan svårighet i samband med tidsresor. Om sådan teknik någonsin kommer att bli något mer än fantasi, var är då hela tiden resenärer? Varför har de inte kommit till oss för att berätta om sin upptäckt?
Det troliga svaret är att vi lever i en urvärld där tidsmaskiner är avsedda att skapas. Och uppfinnarna och deras medresenärer hamnar helt enkelt i andra världar, som de själva genererar. Om detta är sant, kommer uppfinningen av tidsmaskinen att leda vår värld till att många fysiker och uppfinnare försvinner från den.
Vladimir Guillen
