[論文レビュー] Time Travel

S. Deser, R. Jackiw|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 1992

History and Developments in Astronomy被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、一般相対性理論と閉じた時空的曲線（CTC）に焦点を当て、理論物理学的考察を通じて過去への時間旅行の科学的妥当性を検討する。実験的証拠は存在しないが、アインシュタイン方程式の一部の解は原則的に時間旅行を許容するが、因果律の破綻やエネルギー条件の破綻といった顕著な物理的・論理的課題に直面している。

ABSTRACT

To travel into the past, to observe it, perhaps to influence it and correct mistakes of one's youth, has been an abiding fantasy of mankind for as long as we have been aware of a past. Here are described some recent scientific investigations on this topic.

研究の動機と目的

• 一般相対性理論の枠組み内で、過去への時間旅行が理論的に可能かどうかを調査すること。
• 因果律の破綻やエネルギー条件の破綻といった、時間旅行を妨げる物理的・論理的制約を分析すること。
• 特異物質や量子効果が、時間旅行のメカニズムを可能にするか、あるいは妨げるかの役割を評価すること。
• アインシュタインの場の運動方程式の観察済みまたは提案済みの解が、閉じた時空的曲線を許容するかどうかを評価すること。
• 時間旅行が、時間の理解、決定論、時空の性質に与える影響を明らかにすること。

提案手法

• 一般相対性理論におけるアインシュタイン場の運動方程式の解を分析し、閉じた時空的曲線（CTC）を許容するものを探す。
• ゴーデル宇宙や通過可能なワームホールなどの時空幾何構造の存在と性質を検討する。
• 時間時計を安定化させるために、負のエネルギー密度を持つ特異物質の必要性を評価する。
• 時間旅行が量子力学およびユニタリティの原則と整合するかを評価する。
• 時間の保護予想が、巨視的時間旅行を防ぐ役割を果たすかを検討する。
• 数学的モデルを用いて、CTCを持つ時空における粒子や情報の挙動を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般相対性理論におけるアインシュタイン場の運動方程式の解は、閉じた時空的曲線を許容できるか？
• RQ2 現実の時空において、時間時計の形成を妨げる物理的条件や制約は何か？
• RQ3 量子効果は、時間旅行のシナリオの安定性と現実可能性にどのように影響するか？
• RQ4 時間旅行が因果律や物理法則の一貫性に与える影響は何か？
• RQ5 時間旅行を本質的に禁止する根本的原則（たとえば、時間の保護予想）が存在するか？

主な発見

• ゴーデルの宇宙や通過可能なワームホールといった、アインシュタイン方程式の正確な解は、数学的に閉じた時空的曲線を許容する。
• 閉じた時空的曲線の存在は、祖父のパラドックスのような因果律の破綻を示唆する可能性がある。
• 時間時計を安定化させるには、通常、負のエネルギー密度を持つ特異物質が必要だが、そのような物質は十分な量で観測されていない。
• 曲がった時空における量子場理論は、CTC付近で真空極化が無限大のエネルギー密度を引き起こす可能性があると示唆し、物理的妥当性に疑問を呈する。
• ホーキングが提唱した時間の保護予想は、自然界において閉じた時空的曲線の形成が量子効果によって防がれる可能性を示唆している。
• 時間旅行を支持する実験的・観測的証拠は存在せず、すべての既知の物理法則は時間の前向きの矢印と整合的である。