Poprawianie błędów z przeszłości jest jednym z powodów, dla których uważamy koncepcję podróży w czasie za tak ekscytującą. Jak to często przedstawia się w science fiction, z wehikułem czasu nic nie jest stracone bezpowrotnie - zawsze możesz cofnąć się i wszystko zmienić. Ale czy podróże w czasie są naprawdę możliwe w naszym wszechświecie, czy to tylko science fiction?

Nasze współczesne rozumienie czasu i przyczynowości wywodzi się z ogólnej teorii względności. Teoria fizyka teoretycznego Alberta Einsteina łączy przestrzeń i czas w jedną całość – „czas przestrzenny” – i zapewnia zaskakująco złożone wyjaśnienie ich działania na poziomie, którego nie można porównać z żadną inną ustaloną teorią. Teoria ta istnieje od ponad 100 lat i została przetestowana eksperymentalnie z niezwykle dużą dokładnością, więc fizycy są przekonani, że dostarcza ona dokładnego opisu przyczynowej struktury naszego Wszechświata.

Przez dziesięciolecia fizycy próbowali wykorzystać ogólną teorię względności, aby dowiedzieć się, czy podróże w czasie są możliwe. Okazało się, że można pisać równania opisujące podróże w czasie, które są całkowicie zgodne i zgodne z teorią względności. Ale fizyka to nie matematyka, a równania są bez znaczenia, jeśli nie odpowiadają czemuś w rzeczywistości.

Argumenty przeciw podróżom w czasie są bardzo solidne. Istnieją dwa główne pytania, które prowadzą nas do wniosku, że te równania mogą nie być prawdziwe. Pierwsze pytanie jest praktyczne: najwyraźniej do stworzenia wehikułu czasu potrzebna jest egzotyczna materia, to znaczy materia o ujemnej energii.

Wszelka materia, którą widzimy na co dzień, ma pozytywną energię – materia z ujemną energią nie jest czymś, co można znaleźć tuż za rogiem. Z mechaniki kwantowej wiemy, że teoretycznie taka materia mogłaby powstać, ale w zbyt małych ilościach i przez zbyt krótki czas. Nie ma jednak dowodów na to, że niemożliwe jest stworzenie egzotycznej materii w wystarczających ilościach. Co więcej, można odkryć inne równania, które umożliwiają podróżowanie w czasie bez użycia egzotycznej materii. Więc ten problem może być po prostu ograniczeniem naszej obecnej technologii lub zrozumienia mechaniki kwantowej.

Drugi główny problem jest mniej praktyczny, ale bardziej znaczący: obserwacja, że ​​podróże w czasie wydają się przeczyć logice, w postaci paradoksów podróży w czasie. Istnieje kilka rodzajów takich paradoksów, ale najbardziej problematyczne są paradoksy sekwencji. Popularna technika w science fiction, paradoks sekwencji, pojawia się zawsze, gdy zachodzi pewne wydarzenie, które powoduje zmianę przeszłości, ale sama zmiana zapobiega temu wydarzeniu.

Rozważmy na przykład scenariusz, w którym wchodzę do mojego wehikułu czasu, cofam się w czasie o pięć minut i niszczę go, gdy tylko wejdę w przeszłość. Teraz, kiedy zniszczyłem wehikuł czasu, nie będę mógł go użyć pięć minut później. Ale jeśli nie mogę użyć wehikułu czasu, nie mogę cofnąć się w czasie i go zniszczyć. Dlatego nie jest zniszczony, więc mogę cofnąć się w czasie i go zniszczyć. Innymi słowy, wehikuł czasu zostanie zniszczony wtedy i tylko wtedy, gdy nie zostanie zniszczony. Ponieważ nie można go jednocześnie zniszczyć i nie zniszczyć, scenariusz ten jest niespójny i paradoksalny.

Powszechnym błędnym przekonaniem w science fiction jest to, że paradoksy można „tworzyć”. Podróżnicy w czasie są zwykle ostrzegani, aby nie wprowadzali znaczących zmian w przeszłości i unikali spotkań ze swoimi przeszłymi ja właśnie z tego powodu. Przykłady tego można znaleźć w wielu filmach o podróżach w czasie, takich jak trylogia Powrót do przyszłości. Ale w fizyce paradoks nie jest zdarzeniem, które może się faktycznie wydarzyć - jest to czysto teoretyczna koncepcja, która wskazuje na niekonsekwencję w samej teorii. Innymi słowy, paradoksy sekwencji nie tylko sugerują, że podróże w czasie są niebezpieczne, ale także, że są po prostu niemożliwe.

Był to jeden z powodów, które skłoniły fizyka teoretyka Stephena Hawkinga do sformułowania hipotezy obrony chronologii, która głosi, że podróże w czasie powinny być niemożliwe. Jednak ta hipoteza nadal pozostaje nieudowodniona. Co więcej, wszechświat byłby o wiele bardziej interesujący, gdybyśmy zamiast eliminować podróże w czasie spowodowane paradoksami, mogli po prostu wyeliminować same paradoksy. Jedną z prób rozwiązania paradoksów podróży w czasie jest hipoteza samokonsystencji fizyka teoretycznego Igora Nowikowa, która zasadniczo stwierdza, że ​​można podróżować w przeszłość, ale nie można jej zmienić.

Według Novikova, gdybym spróbował zniszczyć mój wehikuł czasu pięć minut w przeszłości, okazałoby się to niemożliwe. Prawa fizyki w jakiś sposób sprzysięgłyby się, aby zachować spójność. Ale po co wracać do przeszłości, jeśli nie można jej zmienić? Moja ostatnia praca z moimi studentami Jacobem Houserem i Jaredem Vaughanem pokazuje, że istnieją paradoksy podróży w czasie, których hipoteza Nowikova nie może rozwiązać. To prowadzi nas z powrotem do punktu wyjścia, ponieważ nawet jeśli nie można rozwiązać jednego paradoksu, podróż w czasie pozostaje logicznie niemożliwa.

Czy to ostatni gwóźdź do trumny podróży w czasie? Nie całkiem. Może uda się rozwiązać paradoksy, których nie może rozwiązać hipoteza Nowikowa. W rzeczywistości może rozwiązać każdy paradoks. Pomysł jest bardzo prosty. Kiedy wychodzisz z wehikułu czasu, przechodzisz do innej osi czasu. Na tej osi czasu możesz robić, co chcesz, łącznie ze zniszczeniem wehikułu czasu, nie zmieniając niczego w pierwotnej linii czasu, z której pochodzisz, ponieważ nie będziesz mógł zniszczyć wehikułu czasu w oryginalnej linii czasu, której faktycznie użyłeś do podróży w przeszłość i dzięki temu nie ma paradoksu.

Coraz więcej wskazuje na to, że podróże w czasie są możliwe, ale tylko wtedy, gdy nasz wszechświat pozwoli na współistnienie wielu innych możliwych rozwojów wypadków. Mechanika kwantowa z pewnością wydaje się to sugerować, przynajmniej jeśli trzymać się interpretacji Everetta „wielu światów”, gdzie jedna historia może „podzielić się”. Ale to tylko domysły. Obecnie pracujemy ze studentami nad opracowaniem konkretnej wielohistorycznej teorii podróży w czasie, która będzie w pełni kompatybilna z ogólną teorią względności. Oczywiście, nawet jeśli uda nam się znaleźć taką teorię, to nie wystarczy udowodnić, że podróże w czasie są możliwe, ale przynajmniej będzie oznaczać, że podróże w czasie nie są wykluczone z powodu paradoksów sekwencji.

Podróże w czasie i równoległe linie czasu prawie zawsze idą w parze w science fiction, ale teraz mamy dowód, że muszą one iść w parze również w prawdziwej nauce. Ogólna teoria względności i mechanika kwantowa mówią nam, że podróże w czasie są możliwe, ale jeśli tak, to powinno być również możliwe wiele historii.