Принцип непротиворечивости Новикова - Novikov self-consistency principle

Принцип самосогласование Новиков , также известный как Новиков самосогласова- гипотезы и Ларри Нивен «s закон сохранения истории , является принцип , разработанный русским физиком Игорем Дмитриевичем Новикова в середине 1980-х годов. Новиков намеревался решить проблему парадоксов в путешествиях во времени , что теоретически разрешено в некоторых решениях общей теории относительности , содержащих так называемые замкнутые времениподобные кривые . Принцип утверждает, что если существует событие, которое может вызвать парадокс или какое-либо «изменение» в прошлом, то вероятностьэтого события равно нулю. Таким образом, было бы невозможно создавать временные парадоксы .

История

Физикам давно известно, что некоторые решения общей теории относительности содержат замкнутые времяподобные кривые - например, метрика Гёделя . Новиков обсуждал возможность замкнутых времениподобных кривых (СТК) в книгах, написанных им в 1975 и 1983 годах, высказывая мнение, что разрешены только самосогласованные путешествия назад во времени. В статье 1990 года Новикова и некоторых других авторов «Задача Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми» авторы заявляют:

Единственный тип нарушения причинно-следственной связи, который авторы сочли бы неприемлемым, - это нарушение, воплощенное в научно-фантастической концепции движения назад во времени и убийства своего более молодого я («изменение прошлого»). Несколько лет назад один из нас (Новиков 10 ) вкратце рассмотрел возможность существования ЦКО и утверждал, что они не могут повлечь за собой этот тип нарушения причинно-следственной связи: события в ЦКО уже гарантированно самосогласованы, утверждал Новиков; они влияют друг на друга по замкнутой кривой саморегулирующимся, циклическим, самосогласованным образом. Другие авторы недавно пришли к той же точке зрения.

Мы воплотим эту точку зрения в принцип самосогласованности, который гласит, что единственные решения законов физики, которые могут иметь место локально в реальной Вселенной, - это те, которые являются глобально самосогласованными. Этот принцип позволяет строить локальное решение уравнений физики, только если это локальное решение может быть расширено до части (не обязательно уникального) глобального решения, которое хорошо определено во всех неособых областях пространства-времени.

Среди соавторов этой статьи 1990 года были Кип Торн , Майк Моррис и Ульви Юрсевер, которые в 1988 году возродили интерес к теме путешествий во времени в общей теории относительности своей статьей «Червоточины, машины времени и слабая энергия». Условие », который показал, что новое решение общей теории относительности, известное как проходимая кротовая нора, может привести к замкнутым времениподобным кривым, и в отличие от предыдущих решений, содержащих СТС, оно не требует нереалистичных условий для Вселенной в целом. После обсуждений с другим соавтором статьи 1990 года, Джоном Фридманом, они убедили себя, что путешествия во времени не обязательно приводят к неразрешимым парадоксам, независимо от объекта, отправленного через червоточину.

«Парадокс Полчинского»
Эчеверрия и резолюция Клинкхаммера

В качестве ответа физик Джозеф Полчински написал им письмо, в котором утверждал, что можно избежать проблемы свободы воли, используя потенциально парадоксальный мысленный эксперимент с бильярдным шаром, отправленным назад во времени через червоточину. В сценарии Полчинского бильярдный шар запускается в червоточину под таким углом, что, если он продолжит свой путь, он выйдет в прошлое под правильным углом, чтобы столкнуться со своим предыдущим я, сбивая его с пути и предотвращая его. от входа в червоточину. В 1994 году Торн назвал бы этот сценарий « парадоксом Полчинского ».

Рассмотрев сценарий, Фернандо Эчеверрия и Гуннар Клинкхаммер, два студента Калифорнийского технологического института (где преподавал Торн), пришли к решению проблемы, в котором удалось избежать любых несоответствий. В пересмотренном сценарии мяч из будущего появляется под другим углом, чем тот, который порождает парадокс, и наносит скользящий удар своему младшему я вместо того, чтобы полностью отбросить его от червоточины. Этот удар изменяет свою траекторию на нужную степень, что означает, что он будет перемещаться назад во времени под углом, необходимым для того, чтобы нанести своему младшему «я» необходимый скользящий удар. Эчеверрия и Клинкхаммер фактически обнаружили, что существует более чем одно самосогласованное решение с немного разными углами для скользящего удара в каждой ситуации. Более поздний анализ, проведенный Торном и Робертом Форвардом, показал, что для некоторых начальных траекторий бильярдного шара на самом деле может существовать бесконечное количество самосогласованных решений.

Эчеверрия, Клинкхаммер и Торн опубликовали статью, в которой обсуждались эти результаты в 1991 году; Кроме того, они сообщили, что пытались увидеть, могут ли они найти какие-либо начальные условия для бильярдного шара, для которых не было самосогласованных расширений, но не смогли этого сделать. Таким образом, вполне вероятно, что существуют самосогласованные расширения для каждой возможной начальной траектории, хотя это не было доказано. Это применимо только к начальным условиям за пределами нарушающей хронологию области пространства-времени, которая ограничена горизонтом Коши . Это может означать, что принцип самосогласованности Новикова на самом деле не накладывает никаких ограничений на системы за пределами области пространства-времени, где путешествия во времени возможны, а только внутри нее.

Даже если самосогласованные расширения могут быть найдены для произвольных начальных условий за пределами горизонта Коши, открытие того, что может быть несколько различных самосогласованных расширений для одного и того же начального условия - действительно, Echeverria et al. обнаружили бесконечное количество последовательных расширений для каждой начальной траектории, которую они проанализировали, - это можно рассматривать как проблематичное, поскольку в классическом понимании не существует способа решить, какое расширение выберут законы физики. Чтобы обойти эту трудность, Торн и Клинкхаммер проанализировали сценарий бильярдного шара с помощью квантовой механики, выполнив квантово-механическое суммирование историй ( интеграл по путям ), используя только согласованные расширения, и обнаружили, что это привело к хорошо определенной вероятности для каждого согласованного расширение. Авторы задачи Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми пишут:

Самый простой способ навязать принцип самосогласованности в квантовой механике (в классическом пространстве-времени) - это формулировка суммы по историям, в которую включаются все те и только те истории, которые самосогласованы. Оказывается, что, по крайней мере формально (по модулю таких вопросов, как сходимость суммы), для каждого выбора начальной нерелятивистской волновой функции бильярдного шара до горизонта Коши такая сумма по историям дает уникальные самосогласованные вероятности для результаты всех наборов последующих измерений. ... В более общем плане мы подозреваем, что для любой квантовой системы в классическом пространстве-времени кротовой норы со стабильным горизонтом Коши сумма по всем самосогласованным историям даст уникальные самосогласованные вероятности результатов всех наборов измерений, которые можно сделать выбор.

Предположения

Принцип непротиворечивости Новикова предполагает определенные условия о том, какой вид путешествия во времени возможен. В частности, он предполагает , что либо существует только одна временная шкала , или что какие - либо альтернативные графики время (например, те постулируемые многомировая интерпретация в квантовой механике ) не доступны.

Учитывая эти предположения, ограничение, согласно которому путешествия во времени не должны приводить к противоречивым результатам, можно рассматривать просто как тавтологию , самоочевидную истину, которая не может быть ложной. Однако принцип самосогласованности Новикова призван выйти за рамки простого утверждения о том, что история должна быть непротиворечивой, и делает дополнительное нетривиальное предположение, что Вселенная подчиняется тем же локальным законам физики в ситуациях, связанных с путешествиями во времени, что и в областях пространства. время, в котором отсутствуют замкнутые времениподобные кривые. Это разъясняется в упомянутой выше «Задаче Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми», где авторы пишут:

То, что принцип самосогласованности не является полностью тавтологическим, становится ясно, если рассмотреть следующую альтернативу: законы физики могут допускать СТС; и когда происходят СТК, они могут запускать новые виды локальной физики, с которыми мы раньше не встречались. ... Принцип непротиворечивости призван исключить такое поведение. Он настаивает на том, что локальная физика регулируется теми же типами физических законов, с которыми мы имеем дело в отсутствие СТС: законами, которые влекут за собой самосогласованную однозначность полей. По сути, принцип самосогласования - это принцип отсутствия новой физики. Если кто-то с самого начала склонен игнорировать или сбрасывать со счетов возможность новой физики, то он будет рассматривать самосогласованность как тривиальный принцип.

Последствия для путешественников во времени

Допущения принципа самосогласованности могут быть распространены на гипотетические сценарии с участием разумных путешественников во времени, а также неразумных объектов, таких как бильярдные шары. Авторы «Задачи Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми » прокомментировали этот вопрос в заключении статьи, написав:

Если CTCs разрешены, и если вышеупомянутое видение согласования с ними теоретической физики окажется более или менее правильным, то что это будет означать для философского понятия свободы воли для людей и других разумных существ? Это определенно будет означать, что разумные существа не могут изменить прошлое. Такое изменение несовместимо с принципом непротиворечивости. Следовательно, любое существо, прошедшее через червоточину и попытавшееся изменить прошлое, не сможет осуществить это изменение по закону физики; то есть "свободная воля" существа будет ограничена. Хотя это ограничение имеет более глобальный характер, чем ограничения свободы воли, вытекающие из стандартных местных законов физики, для нас не очевидно, что это ограничение более жесткое, чем ограничения, налагаемые стандартным физическим законом.

Точно так же физик и астроном Дж. Крейг Уиллер заключает, что:

Согласно гипотезе согласованности, любые сложные межличностные взаимодействия должны происходить самосогласованно, чтобы не было парадокса. Это решение. Буквально это означает, что если машины времени существуют, то свободы воли быть не может. Вы не можете заставить себя убить себя, если вы отправитесь в прошлое. Вы можете сосуществовать, пойти выпить пива, отпраздновать день рождения вместе, но каким-то образом обстоятельства будут диктовать вам, что вы не можете вести себя так, чтобы со временем привести к парадоксу. Новиков поддерживает эту точку зрения еще одним аргументом: физика уже ежедневно ограничивает вашу свободу воли. Вы можете заставить себя летать или пройти сквозь бетонную стену, но физика гравитации и конденсированного состояния диктует, что вы не можете этого сделать. Почему, спрашивает Новиков, ограничение последовательности, накладываемое на путешественника во времени, отличается?

Логика временной петли

Основная статья: Временная петля

Логика временной петли, придуманная робототехником и футурологом Хансом Моравеком , представляет собой гипотетическую систему вычислений, которая использует принцип самосогласованности Новикова для вычисления ответов намного быстрее, чем это возможно при стандартной модели вычислительной сложности с использованием машин Тьюринга . В этой системе компьютер отправляет результат вычислений назад во времени и полагается на принцип самосогласованности, чтобы заставить отправленный результат быть правильным, при условии, что машина может надежно получать информацию из будущего и предоставила алгоритм и лежащий в основе механизм. являются формально правильными . Неправильный результат или его отсутствие все равно может быть получено, если нет гарантии, что механизм или алгоритм путешествия во времени будут точными.

Простым примером является алгоритм итеративного метода . Моравец заявляет:

Сделайте вычислительный блок, который принимает входные данные, которые представляют собой приблизительное решение некоторой проблемы, и производят выходные данные, которые являются улучшенным приближением. Обычно вы применяете такое вычисление несколько раз конечное число раз, а затем соглашаетесь на лучший, но все же приблизительный результат. При соответствующей отрицательной задержке возможно что-то еще: [...] результат каждой итерации функции возвращается во времени, чтобы служить «первым» приближением. Как только машина активируется, сразу и постоянно появляется так называемая «фиксированная точка» F, вход, который дает идентичный выходной сигнал, обычно сигнализирующий об идеальном ответе. [...] Если итерация не сходится, то есть, если F не имеет фиксированной точки, компьютерные выходы и входы отключатся или будут зависать в маловероятном промежуточном состоянии.

Квантовые вычисления с отрицательной задержкой

В 1991 году физик Дэвид Дойч показал, что эта модель вычислений может решать задачи NP за полиномиальное время , а Скотт Ааронсон позже расширил этот результат, чтобы показать, что модель также может использоваться для решения задач PSPACE за полиномиальное время. Дойч показывает, что квантовые вычисления с отрицательной задержкой - обратное путешествие во времени - дают только самосогласованные решения, а область, нарушающая хронологию, накладывает ограничения, которые не очевидны с помощью классических рассуждений. В 2014 году исследователи опубликовали симуляцию, в которой утверждают, что подтвердили модель Дойча с фотонами. Однако в статье Толксдорфа и Ферха было показано, что условие самосогласования Дойча может быть выполнено с произвольной точностью в любой квантовой системе, описанной в соответствии с релятивистской квантовой теорией поля, даже в пространствах-времени, которые не допускают замкнутых времениподобных кривых, что ставит под сомнение возможность Модель Дойча действительно характерна для квантовых процессов, моделирующих замкнутые времяподобные кривые в смысле общей теории относительности . В более поздней статье те же авторы показали, что условие неподвижной точки СТС Дойча может также выполняться в любой системе, подчиняющейся законам классической статистической механики , даже если она не построена квантовыми системами. Авторы приходят к выводу, что, следовательно, условие Дойча не является специфическим для квантовой физики и не зависит от квантовой природы физической системы, так что оно может быть выполнено. Вследствие этого Толксдорф и Верч также приходят к выводу, что условие Дойча недостаточно специфично, чтобы допускать утверждения о сценариях путешествий во времени или их гипотетической реализации квантовой физикой, и что Дойч пытается объяснить возможность предложенного им сценария путешествий во времени, используя множество - Мировая интерпретация квантовой механики вводит в заблуждение.

В популярной культуре

  • Гарри Поттер и методы рациональности . В изложении рациональности Элиэзера Юдковски, оформленной как часть фанфики о Гарри Поттере, Гарри пытается использовать свой Маховик времени, чтобы повлиять на прошлое, и приходит к выводу, что принцип самосогласованности Новикова применим.
  • «Превосходное приключение Билла и Теда» : фильм, в котором применяется этот принцип.
  • Quantum Break : видеоигра, в которой применяется этот принцип.
  • Steins; Gate : цитируется Макисе Курису во время ее презентации о путешествиях во времени.
  • Ортогональный : серия научно-фантастических романов, в которых применяется этот принцип.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки