Conjectura de protecție a cronologiei pentru călătoria în timp

Conjectura de protecție a cronologiei este o ipoteză propusă pentru prima dată de Stephen Hawking, conform căreia legile fizicii dincolo de cele ale relativității generale standard nu permit călătoria în timp pe toate scările, cu excepția celor microscopice – chiar și atunci când cea din urmă teorie afirmă că ar trebui să fie posibil (cum ar fi în scenariile în care călătoriile mai rapide decât lumina sunt permise). Permisibilitatea călătoriei în timp este reprezentată matematic de existența curbelor închise asemănătoare timpului în unele soluții ale ecuațiilor de câmp ale relativității generale. Conjectura de protecție a cronologiei ar trebui să fie distinsă de cenzura cronologică în care fiecare curbă închisă asemănătoare timpului trece printr-un orizont de evenimente, ceea ce ar putea împiedica un observator să detecteze încălcarea cauzală (cunoscută și ca încălcarea cronologiei).

Într-o lucrare din 1992, Hawking folosește dispozitivul metaforic al unei „Agenții de protecție a cronologiei” ca personificare a aspectelor fizicii care fac imposibilă călătoria în timp la scară macroscopică, prevenind astfel aparent paradoxurile timpului. El spune:

”Se pare că există o agenție de protecție a cronologiei care previne apariția curbelor închise temporale și astfel face universul sigur pentru istorici.”

Ideea Agenției pentru Protecția Cronologiei pare să fie extrasă în mod jucăuș din conceptul Time Patrol sau Time Police, care a fost folosit în multe lucrări științifico-fantastice, cum ar fi seria de povești Time Patrol a lui Poul Anderson sau romanul lui Isaac Asimov The End of Eternity, sau în serialul de televiziune Doctor Who. „The Chronology Protection Case” de Paul Levinson, publicată după lucrarea lui Hawking, postulează un univers care ajunge până la uciderea oricăror oameni de știință care sunt aproape de a inventa orice mijloc de călătorie în timp.

Relativitatea generală și corecții cuantice

Au fost sugerate multe încercări de a genera scenarii pentru curbe de timp închise, iar teoria relativității generale le permite în anumite circumstanțe. Unele soluții teoretice în relativitatea generală care conțin curbe închise temporale ar necesita un univers infinit cu anumite caracteristici pe care universul nostru nu pare să le aibă, cum ar fi rotația universală a metricii Gödel sau cilindrul rotativ de lungime infinită cunoscut sub numele de cilindru Tipler. Cu toate acestea, unele soluții permit crearea de curbe închise temporale într-o regiune delimitată a spațiu-timpului, orizontul Cauchy fiind granița dintre regiunea spațiu-timp unde pot exista curbe închise temporaqle și restul spațiu-timpului unde nu sunt posibile. Una dintre primele astfel de soluții de călătorie în timp limitate găsite a fost construită dintr-o gaură de vierme traversabilă, bazată pe ideea de a lua una dintre cele două „guri” ale găurii de vierme într-o călătorie dus-întors la viteză relativistă pentru a crea o diferență de timp între aceasta și cealalta gură.

Relativitatea generală nu include efectele cuantice în sine, iar o integrare completă a relativității generale și a mecanicii cuantice ar necesita o teorie a gravitației cuantice, dar există o metodă aproximativă pentru modelarea câmpurilor cuantice în spațiu-timp curbat al relativității generale, cunoscută sub numele de gravitatie semiclasică. Încercările inițiale de a aplica gravitația semiclasică mașinii timpului care traversează găuri de vierme au indicat că exact în momentul în care găurile de vierme ar permite pentru prima dată curbe închise asemănătoare timpului, fluctuațiile de vid cuantic se acumulează și conduc densitatea energiei la infinit în regiunea găurilor de vierme. Acest lucru se întâmplă atunci când cele două guri de găuri de vierme, numite A și B, au fost mișcate în așa fel încât devine posibil ca o particulă sau undă care se mișcă cu viteza luminii să intre în gura B la un moment dat T₂ și să iasă prin gura A la un timp mai devreme T₁, apoi călătoriți înapoi spre gura B prin spațiu obișnuit și ajungeți la gura B în același timp T₂ în care a intrat în B în bucla anterioară; în acest fel, aceeași particulă sau undă poate face un număr potențial infinit de bucle prin aceleași regiuni ale spațiu-timpului, adunându-se pe ea însăși. Calculele au arătat că acest efect nu s-ar produce pentru un fascicul obișnuit de radiație, deoarece ar fi „defocalizat” de gaura de vierme, astfel încât cea mai mare parte a fasciculului care iese din gura A s-ar extinde și s-ar pierde gura B. Dar când s-a făcut calculul pentru fluctuațiile de vid, s-a constatat că acestea se vor reorienta în mod spontan asupra călătoriei dintre guri, ceea ce indică faptul că efectul de acumulare ar putea deveni suficient de mare pentru a distruge gaura de vierme în acest caz.

Incertitudinea cu privire la această concluzie a rămas, deoarece calculele semiclasice au indicat că acumularea ar conduce densitatea de energie la infinit doar pentru un moment infinitezimal de timp, după care densitatea de energie s-ar stinge. Dar gravitația semiclasică este considerată nesigură pentru densități mari de energie sau perioade scurte de timp care ating scara Planck; la aceste scale, este necesară o teorie completă a gravitației cuantice pentru predicții precise. Deci, rămâne incert dacă efectele cuantice-gravitaționale ar putea împiedica densitatea de energie să crească suficient de mare pentru a distruge gaura de vierme. Stephen Hawking a presupus că nu numai că acumularea fluctuațiilor de vid ar reuși în continuare să distrugă gaura de vierme din gravitația cuantică, dar și că legile fizicii ar împiedica în cele din urmă formarea oricărui tip de mașină a timpului; aceasta este conjectura de protecție a cronologiei.

Lucrările ulterioare în gravitația semiclasică au oferit exemple de spațiu-timp cu curbe închise temporale în care densitatea energiei datorată fluctuațiilor de vid nu se apropie de infinit în regiunea spațiu-timpului din afara orizontului Cauchy. Totuși, în 1997 s-a găsit o dovadă generală care demonstrează că, conform gravitației semiclasice, energia câmpului cuantic (mai precis, valoarea așteptată a tensorului cuantic stres-energie) trebuie să fie întotdeauna fie infinită, fie nedefinită pe orizontul însuși. Ambele cazuri indică faptul că metodele semiclasice devin nesigure la orizont, iar efectele gravitației cuantice ar fi importante acolo, în concordanță cu posibilitatea ca astfel de efecte să intervină întotdeauna pentru a preveni formarea mașinilor timpului.

O decizie teoretică clară cu privire la statutul conjecturii de protecție a cronologiei ar necesita o teorie completă a gravitației cuantice, spre deosebire de metodele semiclasice. Există, de asemenea, unele argumente din teoria corzilor care par să susțină protecția cronologiei, dar teoria corzilor nu este încă o teorie completă a gravitației cuantice. Observarea experimentală a curbelor închise asemănătoare timpului ar demonstra, desigur, că această presupunere este falsă, dar pe scurt, dacă fizicienii ar avea o teorie a gravitației cuantice ale cărei predicții ar fi fost bine confirmate în alte domenii, acest lucru le-ar oferi un grad semnificativ de încredere în predicțiile teoriei despre posibilitatea sau imposibilitatea călătoriei în timp.

Alte propuneri care permit călătoria în timp înapoi, dar previn paradoxurile timpului, cum ar fi principiul auto-consecvenței Novikov, care ar asigura că cronologia rămâne consecventă sau ideea că un călător în timp este dus într-un univers paralel în timp ce cronologia lor originală rămâne intactă, nu se califică drept „protecție cronologică”.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)