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Conjetura de protección cronológica

La conjetura de protección cronológica es una hipótesis propuesta inicialmente por Stephen Hawking que sostiene que las leyes de la física más allá de las de la relatividad gene...

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La conjetura de protección cronológica es una hipótesis propuesta inicialmente por Stephen Hawking que sostiene que las leyes de la física más allá de las de la relatividad general estándar impiden los viajes en el tiempo , incluso cuando esta última teoría afirma que deberían ser posibles (como en escenarios donde se permiten los viajes más rápidos que la luz ). La permisibilidad de los viajes en el tiempo se representa matemáticamente mediante la existencia de curvas temporales cerradas en algunas soluciones de las ecuaciones de campo de la relatividad general . La conjetura de protección cronológica debe distinguirse de la censura cronológica, bajo la cual toda curva temporal cerrada pasa por un horizonte de sucesos , lo que podría impedir que un observador detecte la violación causal [ 1 ] (también conocida como violación cronológica ). [ 2 ]

Etimología

En un artículo de 1992, Hawking utiliza el recurso metafórico de una "Agencia de Protección Cronológica" como personificación de los aspectos de la física que hacen imposible el viaje en el tiempo a escalas macroscópicas, previniendo así aparentemente las paradojas temporales . Dice:

Parece que existe una Agencia de Protección Cronológica que impide la aparición de curvas temporales cerradas y, por lo tanto, mantiene el universo a salvo para los historiadores. [ 3 ]

La idea de la Agencia de Protección Cronológica parece estar inspirada en el concepto de Patrulla del Tiempo o Policía del Tiempo, que se ha utilizado en muchas obras de ciencia ficción [ 4 ] como la serie de historias de Patrulla del Tiempo de Poul Anderson o la novela de Isaac Asimov , El fin de la eternidad , o en la serie de televisión Doctor Who . "El caso de protección cronológica" de Paul Levinson , publicado después del artículo de Hawking, plantea un universo que llega al extremo de asesinar a cualquier científico que esté cerca de inventar algún medio de viaje en el tiempo. Larry Niven , en su cuento "Cilindros giratorios y la posibilidad de violación de causalidad global", expande este concepto de modo que el universo provoca catástrofes ambientales, guerras civiles globales o la explosión de una nova solar local a cualquier civilización que muestre algún signo de construcción exitosa.

Relatividad general y correcciones cuánticas

Se han sugerido muchos intentos de generar escenarios para curvas temporales cerradas, y la teoría de la relatividad general las permite en ciertas circunstancias. Algunas soluciones teóricas en la relatividad general que contienen curvas temporales cerradas requerirían un universo infinito con ciertas características que nuestro universo no parece tener, como la rotación universal de la métrica de Gödel o el cilindro giratorio de longitud infinita conocido como cilindro de Tipler . Sin embargo, algunas soluciones permiten la creación de curvas temporales cerradas en una región acotada del espaciotiempo, siendo el horizonte de Cauchy el límite entre la región del espaciotiempo donde pueden existir curvas temporales cerradas y el resto del espaciotiempo donde no pueden. [ 5 ] Una de las primeras soluciones de viaje en el tiempo acotadas encontradas se construyó a partir de un agujero de gusano transitable , basado en la idea de tomar una de las dos "bocas" del agujero de gusano en un viaje de ida y vuelta a velocidad relativista para crear una diferencia de tiempo entre ella y la otra boca (ver la discusión en Wormhole#Time travel ).

La relatividad general no incluye efectos cuánticos por sí sola, y una integración completa de la relatividad general y la mecánica cuántica requeriría una teoría de la gravedad cuántica , pero hay un método aproximado para modelar campos cuánticos en el espaciotiempo curvo de la relatividad general, conocido como gravedad semiclasica . Los intentos iniciales de aplicar la gravedad semiclasica a la máquina del tiempo de agujeros de gusano transitables indicaron que en el momento exacto en que ese agujero de gusano permitiría por primera vez curvas temporales cerradas, las fluctuaciones del vacío cuántico se acumulan y llevan la densidad de energía al infinito en la región de los agujeros de gusano. Esto ocurre cuando las dos bocas de los agujeros de gusano, llamémoslas A y B, se han movido de tal manera que se hace posible que una partícula u onda que se mueve a la velocidad de la luz entre por la boca B en algún momento T 2 y salga por la boca A en un momento anterior T 1 , luego viaje de regreso hacia la boca B a través del espacio ordinario y llegue a la boca B en el mismo momento T 2 en que entró en B en el bucle anterior; De esta forma, la misma partícula u onda puede realizar un número potencialmente infinito de bucles a través de las mismas regiones del espaciotiempo, acumulándose sobre sí misma. [ 6 ] Los cálculos mostraron que este efecto no ocurriría para un haz de radiación ordinario, porque sería "desenfocado" por el agujero de gusano, de modo que la mayor parte de un haz que emerge de la boca A se dispersaría y no alcanzaría la boca B. [ 7 ] Pero cuando el cálculo se realizó para fluctuaciones del vacío , se encontró que se reenfocarían espontáneamente en el viaje entre las bocas, lo que indica que el efecto de acumulación podría volverse lo suficientemente grande como para destruir el agujero de gusano en este caso. [ 8 ]

Persistía la incertidumbre sobre esta conclusión, ya que los cálculos semiclasicos indicaban que la acumulación solo impulsaría la densidad de energía al infinito durante un instante infinitesimal, tras el cual la densidad de energía se disiparía. [ 9 ] Sin embargo, la gravedad semiclasica se considera poco fiable para grandes densidades de energía o periodos de tiempo cortos que alcanzan la escala de Planck ; en estas escalas, se necesita una teoría completa de la gravedad cuántica para realizar predicciones precisas. Por lo tanto, sigue siendo incierto si los efectos gravitacionales cuánticos podrían impedir que la densidad de energía creciera lo suficiente como para destruir el agujero de gusano. [ 10 ] Stephen Hawking conjeturó que no solo la acumulación de fluctuaciones del vacío lograría destruir el agujero de gusano en la gravedad cuántica, sino también que las leyes de la física impedirían, en última instancia, la formación de cualquier tipo de máquina del tiempo; esta es la conjetura de protección cronológica. [ 11 ]

Trabajos posteriores en gravedad semiclasica proporcionaron ejemplos de espaciotiempos con curvas temporales cerradas donde la densidad de energía debida a fluctuaciones del vacío no tiende a infinito en la región del espaciotiempo fuera del horizonte de Cauchy. [ 11 ] Sin embargo, en 1997 se encontró una prueba general que demostraba que, según la gravedad semiclasica, la energía del campo cuántico (más precisamente, el valor esperado del tensor de energía-impulso cuántico) siempre debe ser infinita o indefinida en el horizonte mismo. [ 12 ] Ambos casos indican que los métodos semiclasicos se vuelven poco fiables en el horizonte y que los efectos de la gravedad cuántica serían importantes allí, lo que es consistente con la posibilidad de que tales efectos siempre intervengan para impedir la formación de máquinas del tiempo. [ 11 ]

Una decisión teórica definitiva sobre el estatus de la conjetura de protección cronológica requeriría una teoría completa de la gravedad cuántica [ 13 ] en contraposición a los métodos semiclasicos. También existen algunos argumentos de la teoría de cuerdas que parecen apoyar la protección cronológica, [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] pero la teoría de cuerdas aún no es una teoría completa de la gravedad cuántica. La observación experimental de curvas temporales cerradas demostraría, por supuesto, que esta conjetura es falsa , pero, a falta de eso, si los físicos tuvieran una teoría de la gravedad cuántica cuyas predicciones hubieran sido bien confirmadas en otras áreas, esto les daría un grado significativo de confianza en las predicciones de la teoría sobre la posibilidad o imposibilidad de viajar en el tiempo.

Otras propuestas que permiten viajar en el tiempo hacia el pasado pero evitan las paradojas temporales , como el principio de autoconsistencia de Novikov , que garantizaría que la línea temporal se mantenga coherente, o la idea de que un viajero en el tiempo es llevado a un universo paralelo mientras que su línea temporal original permanece intacta, no califican como "protección de la cronología".

Véase también

Notas

  1. ↑ Monroe, Hunter (29-10-2008). "¿Son indeseables las violaciones de causalidad?". Foundations of Physics . 38 (11): 1065– 1069. arXiv : gr-qc/0609054 . Bibcode : 2008FoPh...38.1065M . doi : 10.1007/s10701-008-9254-9 . S2CID 119707350 . 
  2. ↑ Visser, Matt (1997). "Traversable wormholes: the Roman ring". Physical Review D . 55 (8): 5212– 5214. arXiv : gr-qc/9702043 . Bibcode : 1997PhRvD..55.5212V . doi : 10.1103/PhysRevD.55.5212 . S2CID 2869291 . 
  3. ↑ Hawking, SW (1992). "Conjetura de protección cronológica". Phys. Rev. D . 46 (2): 603– 611. Bibcode : 1992PhRvD..46..603H . doi : 10.1103/physrevd.46.603 . PMID 10014972 . 
  4. ↑ "Time Police : SFE : Science Fiction Encyclopedia" . Sf-encyclopedia.com. 21 de diciembre de 2011 . Consultado el 25 de agosto de 2014 .  
  5. ↑ Gott, J. Richard (2001). Viajes en el tiempo en el universo de Einstein: Las posibilidades físicas de viajar a través del tiempo . Houghton Mifflin . pág . 117. ISBN  978-0-395-95563-5.
  6. ↑ Thorne, Kip S. (1994). Agujeros negros y distorsiones temporales . WW Norton . págs. 505–506 . ISBN  978-0-393-31276-8.
  7. ↑ Thorne 1994 , pág. 507 
  8. ↑ Thorne 1994 , pág. 517 
  9. ↑ Everett, Allen; Roman, Thomas (2012). Viajes en el tiempo y motores de curvatura . University of Chicago Press . pág . 190. ISBN  978-0-226-22498-5.
  10. ↑ Everett y Roman 2012 , pág. 190 
  11. 1 2 3 Everett y Roman 2012 , pág. 191 
  12. ↑ Kay, Bernard; Radzikowski, Marek; Wald, Robert (1997). "Teoría cuántica de campos en espaciotiempos con un horizonte de Cauchy generado de forma compacta". Communications in Mathematical Physics . 183 (3): 533– 556. arXiv : gr-qc/9603012v2 . Bibcode : 1997CMaPh.183..533K . CiteSeerX 10.1.1.339.6036 . doi : 10.1007/s002200050042 . S2CID 5562578 .  
  13. ↑ Thorne 1994 , pág. 521 
  14. ↑ Semeniuk, Ivan (20 de septiembre de 2003). "No hay vuelta atrás" . New Scientist . Consultado el 10 de enero de 2013 .
  15. ↑ Herdeiro, CAR (2000). "Propiedades especiales de agujeros negros rotatorios BPS pentadimensionales". Nuclear Physics B . 582 ( 1– 3): 363– 392. arXiv : hep-th/0003063 . Bibcode : 2000NuPhB.582..363H . doi : 10.1016/S0550-3213(00)00335-7 .
  16. ↑ Caldarelli, Marco; Klemm, Dietmar; Silva, Pedro (2005). "Protección cronológica en anti-de Sitter". Classical and Quantum Gravity . 22 (17): 3461– 3466. arXiv : hep-th/0411203 . Bibcode : 2005CQGra..22.3461C . doi : 10.1088/0264-9381/22/17/007 . S2CID 45831930 . 
  17. ↑ Caldarelli, Marco; Klemm, Dietmar; Sabra, Wafic (2001). "Violación de causalidad y máquinas del tiempo desnudas en AdS 5 ". Journal of High Energy Physics . 2001 (5): 014. arXiv : hep-th/0103133 . Bibcode : 2001JHEP...05..014C . doi : 10.1088/1126-6708/2001/05/014 . S2CID 14279740 . 
  18. ↑ Raeymaekers, Joris; Van den Bleeken, Dieter; Vercnocke, Bert (2010). "Relacionando la protección cronológica y la unitaridad a través de la holografía". Journal of High Energy Physics . 2010 (4): 21. arXiv : 0911.3893 . Bibcode : 2010JHEP...04..021R . doi : 10.1007/JHEP04(2010)021 . S2CID 118595727 . 

Referencias

  • Hawking, SW (julio de 1992). "Conjetura de protección cronológica". Physical Review D. 46 ( 2): 603– 611. Bibcode : 1992PhRvD..46..603H . doi : 10.1103/PhysRevD.46.603 . ISSN 0556-2821 . PMID 10014972 .  
  • Visser, Matt (2002). "La física cuántica de la protección de la cronología". arXiv : gr-qc/0204022 .
  • Li, Li-Xin (1996). "¿Debe la máquina del tiempo ser inestable frente a las fluctuaciones del vacío?". Classical and Quantum Gravity . 13 (9): 2563– 2568. arXiv : gr-qc/9703024 . Bibcode : 1996CQGra..13.2563L . doi : 10.1088/0264-9381/13/9/019 . S2CID 250909592 . 
  • https://web.archive.org/web/20101125122824/http://hawking.org.uk/index.php/lectures/63
  • https://plus.maths.org/content/time-travel-allowed — Kip Thorne analiza los viajes en el tiempo en la relatividad general y la base en la física cuántica de la conjetura de protección de la cronología.