[논문 리뷰] Time Travel

S. Deser, R. Jackiw|arXiv (Cornell University)|1992. 06. 24.

History and Developments in Astronomy인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 일반 상대성 이론과 닫힌 시계적 곡선(Closed Timelike Curves, CTCs)에 초점을 맞춰 이론 물리학적 조사로 과거로의 시간여행의 과학적 타당성을 탐구한다. 실험적 증거는 존재하지 않지만, 아인슈타인 방정식의 특정 해들이 원칙적으로 시간여행을 허용할 수는 있으나, 인과성 위반 및 에너지 조건 위반과 같은 심각한 물리적 및 논리적 과제에 직면해 있음을 결론 내린다.

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.

연구 동기 및 목표

• 일반 상대성 이론의 프레임워크 내에서 과거로의 시간여행이 이론적으로 가능한지 조사하는 것.
• 인과성 위반 및 에너지 조건 위반과 같은 물리적 및 논리적 제약 조건이 시간여행을 방해할 수 있는지 분석하는 것.
• 이국적 물질과 양자 효과가 시간여행 메커니즘을 가능하게 하거나 방해하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하는 것.
• 아인슈타인 장 방정식의 관측되거나 제안된 해들이 닫힌 시계적 곡선을 허용하는지 평가하는 것.
• 시간여행이 시간, 결정론, 시공간의 본질에 대한 우리의 이해에 미치는 영향을 규명하는 것.

제안 방법

• 일반 상대성 이론에서 닫힌 시계적 곡선(CTCs)을 허용하는 아인슈타인 장 방정식의 해를 분석하는 것.
• 골델의 우주와 통행 가능한 웜홀과 같은 시공간 기하학의 존재와 특성을 검토하는 것.
• 시간 기계를 안정화하기 위해 음의 에너지 밀도를 가진 이국적 물질이 필요한지 평가하는 것.
• 시간여행이 양자역학과 유니타리 원리와 일관된지 평가하는 것.
• 기억 보호 추측이 거대한 시간여행을 방지하는 데 어떤 역할을 하는지 조사하는 것.
• 수학적 모델링을 통해 CTC를 가진 시공간에서 입자와 정보의 행동을 탐구하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반 상대성 이론에서 아인슈타인 장 방정식의 해들이 닫힌 시계적 곡선을 허용할 수 있는가?
• RQ2 실제 시공간에서 시간 기계의 형성이 방지되는 물리적 조건이나 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 양자 효과가 시간여행 시나리오의 안정성과 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 시간여행이 인과성과 물리 법칙의 일관성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 기억 보호 추측과 같은 기본 원칙이 본질적으로 시간여행을 금지하는가?

주요 결과

• 골델의 우주와 통행 가능한 웜홀과 같은 아인슈타인 방정식의 정확한 해들은 수학적으로 닫힌 시계적 곡선을 허용한다.
• 닫힌 시계적 곡선의 존재는 조상 역설과 같은 인과성 위반을 암시할 수 있다.
• 시간 기계를 안정화시키기 위해서는 일반적으로 음의 에너지 밀도를 가진 이국적 물질이 필요하지만, 이를 충분히 관측한 바가 없다.
• 곡선 시공간에서의 양자장 이론은 진공 극화가 CTC 근처에서 무한 에너지 밀도를 초래할 수 있음을 시사하며, 이는 그들의 물리적 타당성을 도전한다.
• 호킹이 제안한 기억 보호 추측은 자연에서 닫힌 시계적 곡선의 형성을 억제할 수 있는 양자 효과가 존재할 것이라 주장한다.
• 시간여행의 존재를 뒷받침하는 실험적 또는 관측적 증거는 없으며, 모든 알려진 물리 법칙은 시간이 앞으로 향하는 화살표와 일관된다.