タイムトラベルは可能ですか?

物理法則によりタイムトラベルが可能になります。 では、なぜ人々は時系列ホッパーにならなかったのでしょうか?

映画では、タイムトラベラーは通常、機械の中に足を踏み入れると、あっという間に消えてしまいます。 その後、彼らはカウボーイ、騎士、恐竜の中に瞬時に再び現れます。 これらの映画が示しているのは、基本的に時間転移です。

科学者たちは、この概念が現実世界に存在する可能性は低いとは考えていますが、タイムトラベルをおかしな領域に追いやっているわけでもありません。 実際、物理法則により時系列の変更は可能かもしれませんが、悪魔は細部に宿ります。

近未来へのタイムトラベルは簡単です。現在、1 秒あたり 1 秒の速度でタイムトラベルを行っていますが、その速度は変化する可能性があると物理学者は言います。 アインシュタインの特殊相対性理論によれば、時間の流れは人がどれだけ速く動いているかによって決まります。 移動速度が速ければ速いほど、経過する秒数は遅くなります。 そして、アインシュタインの一般相対性理論によれば、重力は時計にも影響を及ぼします。近くにある重力が強いほど、時間の進みは遅くなります。

ドレクセル大学の宇宙学者デイブ・ゴールドバーグ氏は、「大質量天体の近く、つまり中性子星の表面近くや、影響は小さいとはいえ地球の表面でさえも、時間の進み方が遠くにある場合よりも遅い」と語る。

ゴールドバーグ氏によると、重力が途方もないブラックホールの端近くに人がたむろしていると、地球上の人にとっては1000年が経過するのに、その人にとってはほんの数時間しか経過しないかもしれないという。 ブラックホールの近くにいた人がこの惑星に戻ってきたら、事実上未来に旅行したことになる。 「それは本当に効果があります」と彼は言います。 「それはまったく議論の余地のないことです。」

ただし、時間を遡るのは厄介です（ブラックホールの中でズタズタに引き裂かれるよりも厄介です）。 科学者たちはそれが可能である可能性のあるいくつかの方法を考え出しており、一般相対性理論におけるタイムトラベルのパラドックスについては何十年も前から認識していました。 北欧理論物理学研究所の物理学者ファビオ・コスタ氏は、タイムトラベルに関する早期の解決策は1920年代に書かれたシナリオから始まったと指摘する。 そのアイデアには、手のひらの間にわらを転がすように高速で回転する巨大な長い円柱と、それに伴うねじれた時空が含まれていました。 この物体が過去への旅行を可能にするタイムマシンとして機能する可能性があるという理解は、科学者が「時間のような閉じた曲線」と呼ばれる現象を発見してから数十年後の 1970 年代になって初めて起こりました。

「時間のような閉じた曲線は、自分の視点から常に時間を前に進めながら、ある時点で開始した場所と同じ時間に自分自身がいることに気づき、ループを作成する仮想的な観察者の軌跡を表します」とコスタは言います。 「これは、重力によって歪められ、それ自体にループする時空の領域で可能です。」

「アインシュタインは（時間のような閉じた曲線について）読んで、この考えに非常に動揺しました」と彼は付け加えた。 それにもかかわらず、この現象は後の研究に拍車をかけました。

科学がタイムトラベルを真剣に受け止め始めたのは 1980 年代です。 たとえば、1990 年、ロシアの物理学者イーゴリ ノビコフとアメリカの物理学者キップ ソーンは、閉じた時間のような曲線に関する研究論文を共同執筆しました。 「彼らはタイムマシンの構築をどのように試みるかだけでなく、それがどのように機能するかについても研究し始めました」とコスタ氏は言う。

しかし、同様に重要なのは、彼らがタイムトラベルの問題を調査したことです。 たとえば、ビリヤードのボールをタイムマシンに投げ込むと、ボールが過去に移動し、過去の自分と衝突して、現在の自分がタイムマシンに乗り込むことができなくなったらどうなるでしょうか? 「それは矛盾しているように思えます」とコスタ氏は言う。

同氏によると、1990年代以来、このテーマには断続的に関心が寄せられてきたが、大きな進展はなかったという。 現在、この分野はあまり活発ではありません。その理由の 1 つは、提案されているタイムマシンのモデルにはすべて問題があるためです。 ロードアイランド大学のガウラフ・カンナ氏は、「魅力的な機能がいくつかあり、潜在的な可能性もあるが、詳細を解明し始めると、最終的には何らかの障害が存在することになる」と語る。

たとえば、ほとんどのタイムトラベル モデルは負の質量、つまり負のエネルギーを必要とします。これは、アルバート アインシュタインが E = mc2 を発見したときに明らかにしたように、質量とエネルギーは同一であるためです。 少なくとも理論的には、電荷が正にも負にもなり得るのと同じように、質量にも負の可能性があります。ただし、負の質量の例は誰も見つけていません。 なぜタイムトラベルはそのようなエキゾチックな物質に依存しているのでしょうか? 多くの場合、ワームホール (宇宙のある点と別の点を結ぶ、一般相対性理論によって予測される時空のトンネル) を開いたままにしておく必要があります。

負の質量がなければ、重力によってこのトンネルは崩壊してしまいます。 「ワームホールを通過しようとする正の質量またはエネルギーを打ち消すものと考えることができます」とゴールドバーグ氏は言う。

カンナ氏とゴールドバーグ氏は、負の質量を持つ物質が存在する可能性は低いという点で同意しているが、カンナ氏は、たとえば非常に小さなスケールでの負のエネルギーなど、一部の量子現象が有望であると指摘している。 しかし、それは現実的なタイムマシンに「必要とされる規模には程遠い」だろう、と彼は言う。

これらの課題は、なぜカンナが当時マサチューセッツ大学ダートマス校の大学院生だったキャロライン・マラリーにタイムトラベルプロジェクトを行うことを最初に思いとどまらせたのかを説明している。 マラリーとカンナはとにかく前進し、負の質量を必要としない理論上のタイムマシンを思いつきました。 マラリー氏のアイデアは、その単純化された形で、それぞれが通常の物質で作られた 2 台の平行した自動車を含んでいます。 一方を駐車したままにし、もう一方を極度の加速でズームすると、それらの間に時間のような閉じた曲線が形成されます。

簡単ですよね？ しかし、マラリーのモデルはネガティブな物質の必要性を取り除く一方で、別のハードルを追加します。タイムトラベルに役立つ方法で時空に影響を与えるには、車内に無限の密度が必要です。 ブラックホールの内部では無限の密度が見られます。そこでは重力が非常に強いため、特異点と呼ばれる気の遠くなるような小さな空間に物質が押し込まれます。 モデルでは、各車にそのような特異点が含まれている必要があります。 「この種のことについて積極的な研究があまり行われていない理由の一つは、こうした制約のためです」とマラリー氏は言う。

他の研究者は、ワームホール、つまり宇宙のある点から別の点への時空のトンネルを伴うタイムトラベルのモデルを作成しました。 「これは宇宙を通る近道のようなものです」とゴールドバーグ氏は言う。 ワームホールの一端を光速近くまで加速し、元の場所に送り返すことを想像してみてください。 「それらの双方はもはや同期していません」と彼は言います。 「1つは過去にあり、1つは未来にあります。」 それらの間を歩くと、タイムトラベルをしているような気分になります。

ワームホールの一端をブラック ホールなどの大きな重力場の近くに移動させ、もう一方の端をより小さな重力の近くに保つことで、同様のことを達成できます。 このようにして、時間は大きな重力側で遅くなり、基本的に粒子またはその他の質量の塊がワームホールの反対側と比較して過去に存在することが可能になります。

ただし、ワームホールを作るには厄介な負の質量とエネルギーが必要です。 通常の質量から作成されたワームホールは、重力によって崩壊します。 「ほとんどの設計には、同様の種類の問題が発生する傾向があります」とゴールドバーグ氏は言います。 理論的には可能ですが、現時点では、カロリーゼロでおいしいピザのようなものを作る実現可能な方法はありません。

そしておそらく問題は、私たちがタイムトラベルマシンの作り方を知らないということだけではなく、顕微鏡スケールでしか作ることが不可能であるということ、つまり物理学者の故スティーブン・ホーキング博士が抱いていた信念なのかもしれない。 彼は、宇宙は過去の改変を許さないため、タイムトラベルを許さない、という年代保護予想を提案した。 「年代学保護機関が存在するようだ。それは閉じた時間曲線の出現を防ぎ、歴史家にとって宇宙を安全なものにしている」とホーキング博士はフィジカル・レビューD誌の1992年の論文で書いている。

彼の推論の一部には、前述のビリヤード ボールの状況や、そのより有名な対応物である祖父のパラドックスなど、タイム トラベルが引き起こすパラドックスが含まれていました。つまり、過去に戻って、子供が生まれる前に祖父を殺したとしても、あなたは元に戻すことはできません。だから、タイムトラベルはできないし、だから祖父を殺すこともできなかったはずだ。 それでも、あなたはそこにいるのです。

しかし、マサチューセッツ工科大学の哲学者アグスティン・ラーヨ氏は、これらの複雑な問題に興味を持っています。なぜなら、逆説は因果関係や年代学に疑問を投げかけるだけではないからです。 彼らはまた、自由意志を疑わしく思わせます。 物理学が過去に戻れると言っているのなら、なぜ祖父を殺してはいけないのでしょうか? 「何があなたを止めるのですか？」 彼は言い​​ます。 暇じゃないの？

しかし、ラヨはタイムトラベルが自由意志と一致しているのではないかと疑っている。 「過去のものは過去です」と彼は言います。 「では、実際に祖父が子供を産むまで生き延びたとしても、過去に戻っても状況は変わりません。なぜ挑戦しても失敗するのでしょうか？ 十分な情報がないのでわかりません。」私が知っているのは、いつかは失敗するだろうということです。」

つまり、祖父を殺しに行ったら、途中でバナナで滑るか、バスに乗り遅れるかもしれない。 「特殊部隊がそれをしないよう強制するようなものではありません」とコスタ氏は言う。 「まったくありふれた理由でそれを失敗するでしょう。」

2020年、コスタは、当時オーストラリアのクイーンズランド大学の学部生だったジャーメイン・トバーと、同様のアイデアの基礎となる数学について研究した。それは、タイムトラベルはパラドックスがなく、選択の自由があれば可能であるというものである。

ゴールドバーグ氏もある意味で彼らに同意する。 「私は間違いなく、タイムトラベルが存在するなら、それは一つの自己矛盾のない歴史観を生み出すような方法で構築されるだろうと考えるカテゴリーに当てはまります」と彼は言う。 「それが私たちの残りのすべての物理法則が構築される方法であるように見えるからです。」

過去へのタイムトラベルの未来がどうなるかは誰にもわかりません。 そして今のところ、それについて私たちに伝えに来たタイムトラベラーは一人もいません。

サラ・スコールズコロラドを拠点とする科学ジャーナリスト、『WIRED Science』の寄稿者、『ポピュラー・サイエンス』の寄稿編集者であり、著書『Making Contact: Jill Tarter and the Search for Extraterrestrial Intelligence』（ペガサス・ブックス、2017年）と『They Are Already Here:』 UFO 文化と円盤を見る理由 (ペガサス ブックス、2020)。 クレジット: ニック・ヒギンズ

ポール・サッターとライブサイエンス

アニル・アナンタスワミ

アーメド・アルムヘイリ

アダム・マン