[论文解读] Time Travel

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

History and Developments in Astronomy被引用 18

一句话总结

本文通过理论物理研究探讨了通过广义相对论和闭合类时曲线实现时间旅行到过去的科学可行性。结论认为，尽管尚无实验证据，但爱因斯坦方程的某些解在原则上允许时间旅行，然而这些解面临显著的物理和逻辑挑战，例如因果性破坏和能量条件破坏。

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.

研究动机与目标

• 在广义相对论框架内，调查过去时间旅行在理论上是否可能。
• 分析可能阻止时间旅行的物理和逻辑约束，例如因果性破坏和能量条件破坏。
• 评估奇异物质和量子效应在促成或阻碍时间旅行机制中的作用。
• 评估爱因斯坦场方程的观测或假设解是否允许闭合类时曲线。
• 确定时间旅行对我们对时间、决定论和时空本质理解的影响。

提出的方法

• 分析广义相对论中允许闭合类时曲线（CTCs）的爱因斯坦场方程的解。
• 研究如哥德尔宇宙和可穿越虫洞等时空几何的存在与特性。
• 评估稳定时间机器所需具有负能量密度的奇异物质的必要性。
• 评估时间旅行与量子力学及幺正性原理的一致性。
• 研究因果性保护猜想在阻止宏观时间旅行中的作用。
• 使用数学建模探讨在具有CTCs的时空中粒子和信息的行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 广义相对论中的爱因斯坦场方程的解是否允许闭合类时曲线？
• RQ2 在现实时空中，何种物理条件或约束会阻止时间机器的形成？
• RQ3 量子效应如何影响时间旅行情景的稳定性和可行性？
• RQ4 时间旅行对因果性及物理定律一致性有何影响？
• RQ5 是否存在某种基本原理——如因果性保护猜想——从根本上禁止时间旅行？

主要发现

• 某些爱因斯坦方程的精确解，如哥德尔宇宙和可穿越虫洞，在数学上允许闭合类时曲线。
• 闭合类时曲线的存在意味着可能导致因果性破坏，例如祖父悖论。
• 稳定时间机器通常需要具有负能量密度的奇异物质，而这种物质尚未以足够量被观测到。
• 弯曲时空中的量子场论表明，真空极化可能导致CTCs附近出现无限能量密度，从而挑战其物理可行性。
• 霍金提出的因果性保护猜想认为，量子效应可能在自然界中阻止闭合类时曲线的形成。
• 目前尚无实验或观测证据支持时间旅行的存在，且所有已知物理定律均与时间正向流动的方向一致。