[論文レビュー] Proposal for an experiment to demonstrate the block universe

A L McKenzie|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2016

Quantum Mechanics and Applications参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、地球と火星探査衛星（Mars Reconnaissance Orbiter）の間の電波信号を用いた現実可能な実験を提案し、相対性理論による時間の遅れと惑星間距離の影響で、ある観測者にとっては未来の出来事が、別の観測者にとってはすでに過去になっているというブロック宇宙の概念を実証する。主な結果として、相対的に運動する観測者で距離が離れている場合、互いの未来の時間間隔がすでに過去になっていると認識され、すべての出来事が等しく固定された時空構造にあることが支持される。

ABSTRACT

While the concept of the block universe has a most respectable scientific provenance, many physicists nevertheless do not accept that future events are just as embedded in spacetime as are those of the present and the past. This paper proposes an experiment to demonstrate the block universe using interplanetary distances and high relative speeds such as those accessible through the NASA Mars Reconnaissance Orbiter. The proposed experiment hinges on signals exchanged between Earth and the Orbiter which reveal a time interval of some tens of milliseconds in the future of the Earth which is already in the past of the Orbiter. Since this experiment can be performed at any time, and since the magnitude of the time interval can in principle be increased in proportion to the distances and speeds over which it is performed, an observer can always be found for whom the past is in the future of another observer. The only explanation that fits these observations is a block universe in which all events in the past, present and future of any observer are equally enfolded into spacetime.

研究の動機と目的

• 時空のブロック宇宙解釈を、実験的・観測的根拠を用いて検証すること。この解釈は、過去・現在・未来の出来事が、4次元多様体上に等しく固定されていると主張する。
• 相対性理論と量子力学の基礎に立つにもかかわらず、物理学者の間で長年にわたり根強い懐疑が残っているブロック宇宙の概念に対処すること。
• 既存の宇宙探査インfraを活用して、具体的に実現可能な実験を設計すること。具体的には、火星探査衛星（Mars Reconnaissance Orbiter）を用い、地球と遠く離れた宇宙船との間の相対論的時間差を観測すること。
• 時間の流れという認識が、大規模な距離と高い相対速度での信号伝送時間の観測と整合しないことを示すこと。
• 観測された時間差の唯一の一貫した説明は、すべての出来事が等しく時空に埋め込まれた固定されたブロック宇宙構造であることを確立すること。

提案手法

• 地球および火星探査衛星（Mars Reconnaissance Orbiter）に設置された同期化された原子時計を用い、両者の間の片方向信号伝送時間を測定する。
• 地球から衛星へ、そして衛星から地球へと高精度の電波信号を送信し、ナノ秒の精度で往復時間および片方向遅延を測定する。
• 地球と衛星の間の高い相対速度（約3 km/s）と大きな距離（最大2億5千万km）を活用し、測定可能な時間の遅れ効果を生じさせる。
• 片方向信号遅延の相対論的公式 Δt = (v·d)/c² を適用する。ここで v は相対速度、d は距離、c は光速である。この公式を用いて時間差を予測する。
• 地球での送信時刻と衛星での受信時刻、逆に衛星での送信時刻と地球での受信時刻を比較し、片方の観測者にとっては未来の出来事である信号が、もう片方の観測者にとってはすでに過去になっていることを明らかにする。
• 観測された時間差を基に、ある観測者の未来の出来事が、別の観測者にとってはすでに過去にあると推論し、ブロック宇宙構造が確認される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存の深宇宙通信システムを用いた現実実験で、相対性理論的効果により、ある観測者にとっては未来の出来事が、別の観測者にとってはすでに過去になっていることを実証できるか？
• RQ2 時間の流れという認識は、惑星間距離および高い相対速度での信号伝送時間の観測と矛盾しないか？
• RQ3 地球と火星探査衛星（Mars Reconnaissance Orbiter）との間で観測された時間差が、ブロック宇宙モデルに実証的根拠を与えるか？
• RQ4 未知の物理法則や仮想粒子を必要とせず、既知の相対論的効果と現在の宇宙技術のみでブロック宇宙を実証できるか？
• RQ5 すべての出来事—過去・現在・未来—が等しく固定されており、等しく現実であるような一貫した時空構造が存在するのか？これは、観測された信号伝送時間から示唆される。

主な発見

• 地球の今から数10ミリ秒後の出来事が、相対運動と距離の影響で、火星探査衛星（Mars Reconnaissance Orbiter）にとってはすでに過去になっていると予測される。
• 時間差の大きさは、地球と衛星の距離および相対速度に比例して増大するため、現在の技術で測定可能である。
• 地球と衛星の観測者では、同じ信号イベントに対して異なる時刻スタンプを記録する。一方では未来の出来事と認識され、他方ではすでに過去の出来事と認識される。
• 観測された時間差は、いかなる動的な時間や流れを仮定するモデルでも説明できないが、すべての出来事が固定された4次元時空構造に埋め込まれていることによって自然に説明できる。
• 観測された信号伝送時間の唯一の一貫した説明は、すべての出来事が等しく現実であり、時空に埋め込まれたブロック宇宙構造である。
• 本実験はいつでも繰り返しが可能であり、より大きな距離やより高い速度にスケーリング可能であり、ブロック宇宙構造の普遍性を強化する。