Tidsrejsens kvantefysik
Almindelig sund fornuft afviser sådanne udflugter
- men fysikkens love gør ikke
David Deutsch og Michael Lockwood*
Forestil Jer, at vor ven Sonia har en tidsmaskine i
garagen. I aftes brugte hun den til at besøge
sin bedstefader i 1934, da han stadig gjorde kur til
hendes bedstemoder. Sonia overbeviste ham om sin identitet
ved at fortælle familiehemmeligheder, som han
endnu ikke havde afsløret overfor nogen. Dette
lammede ham, men det skulle blive værre. Da han
under middagen fortalte sin kæreste, at han lige
havde mødt deres kommende barnebarn, reagerede
damen med at tvivle på hans fornuft og blive
fornærmet over hans ligefremhed. De giftede sig
aldrig og fik aldrig det barn, som ville være
blevet Sonia's moder.
Så hvordan kan Sonia sidde her i dag og fortælle
om sit eventyr? Hvis hendes moder aldrig blev født,
hvordan kunne hun så blive født? Det
virkelige spørgsmål er, at når Sonia
vender tilbage til 1934, kan hun eller kan hun ikke,
bringe sine bedsteforældres romance til en for
tidlig afslutning? Begge svar skaber problemer. Hvis
Sonia kan forhindre sin egen fødsel, er der
en modsigelse. Hvis hun ikke kan, er den manglende
evne i konflikt med almindelig sund fornuft, for hvad
skulle forhindre Sonia i at opføre sig, som
hun har lyst til? Vil en eller anden slags mærkelig
lammelse ramme hende, hver gang hun prøver at
udføre visse hensigter?
Situationer som denne - en mild udgave af det klassiske
"bedstefader paradoks", i hvilket bedstefaderen
myrdes af sit tidsrejsende barnebarn - betragtes ofte
som grund til at afvise tidsrejser. Men overraskende
nok forbyder fysikkens love ikke sådanne eventyr.
Et andet paradoks, som ofte dukker op i science fiction,
er blevet gennemgået af Oxford filosoffen Michael
Dummett. En kunstkritiker fra fremtiden besøger
en maler fra det 20'ende århundrede, som i kritikerens
eget århundrede betragtes som en stor kunstner.
Da han ser malerens nuværende arbejde, finder
han det middelmådigt og konkluderer, at kunstneren
endnu ikke har fremstillet de inspirerede malerier,
som gjorde sådan et indtryk på fremtidige
generationer. Kritikeren viser maleren en bog med reproduktioner
af disse fremtidige arbejder. Det lykkes for maleren
at gemme denne bog og tvinge kritikeren til at rejse
uden den og han begynder at kopiere reproduktionerne
omhyggeligt på lærred. Reproduktionerne
eksisterer derfor, fordi de er kopieret fra malerierne,
og malerierne eksisterer, fordi de er kopieret fra reproduktionerne.
Skønt denne fortælling ikke truer med
nogen modsigelse, er der noget meget forkert ved den.
Den giver os malerierne uden, at nogen behøver
at udfolde kunstneriske anstrengelser for at skabe
dem - en slags kunstnerisk "gratis frokost".
| Fig. 1. RUM OG TID kombineres til en firedimensional enhed, rumtid. Her viser vi to rumdimensioner og tid. En verdenslinie forbinder alle begivenheder i vort liv i rumtiden; da vi har en vis størrelse, er en persons verdenslinie mere som en orm, der strækker sig fra fødsel til død, end en linie. Lysstrålers verdenslinier, udbreder sig i alle rumlige retninger fra en begivenhed og danner en kegle i rumtiden, som kaldes en lyskegle. Enhver genstands verdenslinie, som navlen på denne figur, kan ikke komme udenfor en lyskegle, som udgår fra noget punkt i dens fortid.
|
Når fysikerne blev overbevist af sådanne
indvendinger, har de traditionelt anvendt et kronologisk
princip, som indebærer, at rejser til fortiden
udelukkes. En-vejs rejser ind i fremtiden giver ikke
sådanne problemer. Einsteins specielle relativitetsteori
forudsiger, at med tilstrækkelig acceleration
kunne astronauter tage på en rejse og vende tilbage
til Jorden årtier ind i fremtiden, mens de
fysisk kun er blevet et år eller to ældre.
Det er vigtigt at skelne mellem forudsigelser som denne,
der kun er forbavsende, og processer, der ville overtræde
fysiske love eller uafhængigt retfærdiggjorte
filosofiske principper.
Vi vil om lidt forklare, hvorfor rejser ind i fortiden
ikke vil overtræde noget sådant princip.
For at gøre det må vi først udforske
selve tidsbegrebet, sådan som fysikere forstår
det. I Einsteins specielle og almene relativitetsteorier
kombineres det tredimensionale rum med tiden, så
de udgør den firedimensionale rumtid. Hvor
rummet består af rumlige punkter, består
rumtiden af rumtidslige punkter eller begivenheder,
som hver repræsenterer et bestemt sted til et
bestemt tidspunkt. Ens liv danner en slags firedimensional
"orm" i rumtiden: spidsen af ormens hale
svarer til begivenheden, da vi blev født og
forenden af dens hoved til begivenheden, at vi dør.
En genstand, betragtet på et bestemt tidspunkt,
er et tredimensionalt tværsnit af denne lange
kompliceret kurvede orm. Linien, som ormen ligger langs
(når vi ignorerer dens tykkelse), kaldes genstandens
verdenslinie.
Den vinkel, som ethvert punkt på ens verdenslinie
danner med tidsaksen, er et mål for ens hastighed.
En lysstråles verdenslinie tegnes typisk, så
den danner en vinkel på 45 grader; et lysglimt,
som spredes ud i alle retninger, danner en kegle i rumtiden,
som kaldes en lyskegle, (Fig. 1). En vigtig
forskel mellem rum og rumtid er, at en verdenslinie,
ulig f.eks. en linie tegnet på papir, ikke kan
være vilkårligt krøllet. Fordi intet
kan bevæge sig hurtigere end lyset, kan en fysisk
genstands verdenslinie aldrig komme udenfor den lyskegle, der spreder sig fra en hvilken som helst begivenhed
i dens fortid. Verdenslinier, som opfylder dette krav,
kaldes tidslige. Tiden, som den måles af et ur,
går i en retning langs en verdenslinie.
Einsteins specielle relativitetsteori kræver,
at fysiske genstandes verdenslinier skal være
tidslige; feltligningerne i hans almene relativitetsteori
forudsiger, at massive genstande som stjerner og sorte
huller forvrænger rumtiden og bøjer verdenslinier.
Dette er oprindelsen til tyngdekraft: Jordens verdenslinie
går i en spiral rundt om Solens, som går
i en spiral rundt om vor galakses centrum.
Antag nu, at rumtiden bliver så forvrænget,
at nogle verdenslinier danner lukkede ringe, (Fig. 2).
Sådanne verdenslinier ville være tidslige
hele vejen rundt. Lokalt ville de opfylde alle rummets
og tidens velkendte egenskaber, men de ville alligevel
være korridorer til fortiden. Hvis vi prøvede
at følge sådan en lukket tidslig kurve
(closed timelike curve)(CTC) nøjagtigt, hele
vejen rundt, ville vi støde ind i vort tidligere
selv og blive skubbet tilside. Men ved at følge
en del af en CTC, kunne vi vende tilbage til fortiden
og deltage i begivenheder der. Vi kunne give hånd
til vore yngre selv'er eller, hvis ringen var stor
nok, besøge vore forfædre.
For at gøre dette ville vi være nødt
til enten at beherske naturligt forekommende CTC'er
eller skabe CTC'er ved at forvrænge og rive rumtidens
stof i stykker. Så i stedet for at være
en slags fartøj, ville en tidsmaskine sørge
for en rute til fortiden, ad hvilken et almindeligt
fartøj, som et rumskib, kunne rejse. Men til
forskel fra en rumlig rute ville en CTC (eller snarere
det omgivende lukkede tidslige rør) blive opbrugt,
hvis det blev gennemrejst gentagne gange; kun et begrænset
antal verdenslinieorme kan være i det. Hvis man
rejser i det til en bestemt begivenhed, vil man møde
alle, som nogensinde har rejst eller nogensinde vil
rejse til den begivenhed.
Indeholder vort univers nu eller vil det nogensinde
indeholde CTC'er? Vi ved det ikke, men der findes forskellige
teoretiske skitser af, hvordan de kunne dannes. Matematikeren
Kurt Gödel fandt en løsning på Einsteins
ligninger, som beskriver CTC'er. I den løsning
roterer hele universet (ifølge nuværende
vidnesbyrd roterer det virkelige univers ikke). CTC'er
dukker også op i løsninger af Einsteins
ligninger, der beskriver roterende sorte huller. Men
disse løsninger ignorerer indfaldende stof
og hvor meget de svarer til virkelige sorte huller
er et spørgsmål, der diskuteres.
Fig. 2. LUKKET TIDSLIG KURVE (CTC) kan dannes, hvis rumtiden svinger rundt. Hvis vi går ind i sådan en kurve i morgen og bevæger os frem i tiden, kan vi komme ud i dag.
| |
En tidsrejsende
ville også blive fanget inde i det sorte hul
efter at have nået fortiden, medmindre dets rotationshastighed
oversteg en kritisk tærskelværdi. Astrofysikere
mener, at det er usandsynligt, at nogen naturligt forekommende
sorte huller drejer så hurtigt. Måske kunne
en civilisation, der var meget mere avanceret end vores,
skyde stof ind i dem og derved øge deres rotationshastighed
indtil sikre CTC'er fremkom, men mange fysikere tvivler
på, at dette ville være muligt.
En slags genvej gennem rumtiden, som kaldes et ormehul,
er blevet foreslået af Princeton University
fysikeren John A. Wheeler. Kip S. Thorne fra California
Institute of Technology og andre har vist, hvordan
to ender af et ormehul kunne flyttes, så de dannede
en CTC. Ifølge en nylig beregning af J. Richard
Gott fra Princeton, ville en kosmisk streng ( en anden
teoretisk konstruktion, som måske eksisterer i
naturen), som passerer en anden streng hurtigt, frembringe
CTC'er.
I øjeblikket er vi meget langt fra at have fundet
nogen af disse CTC'er. Men fremtidige civilisationer
vil måske få adgang til dem og de vil måske
prøve at gennemføre tidsrejse-paradokser.
Lad os derfor se nærmere på hvilke principper
tidsrejser ville overtræde, om nogen, ifølge
den klassiske fysik og kvantefysikken.
Den klassiske fysik siger uomtvisteligt, at når
Sonia ankommer i fortiden, skal hun gøre de ting,
som historien har registreret, at hun gjorde. Nogle
filosoffer finder, at dette er en uacceptabel begrænsning
af hendes "fri vilje". Men som argument mod
tidsrejser indenfor den klassiske fysik er den indvending
ikke overbevisende. For i fravær af CTC'er er
den klassiske fysik deterministisk: hvad der sker i
ethvert øjeblik er fuldstændig bestemt
af, hvad der sker i ethvert tidligere (eller
senere) øjeblik. Derfor er alt, hvad vi gør,
en uundgåelig konsekvens af, hvad der skete, selv
før der var tænkt på os. Alene denne
determinisme betragtes ofte som værende i uoverensstemmelse
med fri vilje. Så tidsrejser udgør ikke
nogen større trussel mod fri vilje end selve
den klassiske fysik.
Den egentlige kerne i bedstefader paradokset er ikke
overtrædelsen af fri vilje men et fundamentalt
princip, som danner grundlag for både videnskab
og hverdagens fornuft; vi kalder det for autonomi princippet.
Ifølge dette princip er det muligt, i vore umiddelbare
omgivelser, at skabe en hvilken som helst sammenstillen
af stof, som de lokale fysiske love tillader, uden
henvisning til, hvad resten af universet foretager sig.
Når vi tænder en tændstik, behøver
vi ikke bekymre os om, at vi kommer på tværs,
fordi f.eks. planeternes stilling gør det forkert,
at tændstikken bliver tændt. Autonomi er
en logisk egenskab, som det er højst ønskeligt,
at fysikkens love indeholder. For den ligger til grund
for al eksperimenterende videnskab: vi tager det typisk
for givet, at vi kan opstille vort apparatur i enhver
konfiguration, som fysikkens love tillader og at resten
af universet vil passe sig selv.
I fravær af CTC'er adlyder både den klassiske-
og kvantefysikken autonomi princippet. Men i deres
nærvær, gør den klassiske fysik
ikke på grund af det, som John L. Friedman fra
University of Wisconsin og andre kalder konsistens
princippet. Det siger, at de eneste stofsammenstillinger,
der kan forekomme lokalt, er dem, som er selv-konsistente
globalt. Efter dette princip kan verden udenfor laboratoriet
fysisk begrænse vore handlinger indenfor, selv
om alt, hvad vi gør, lokalt, er konsistent med
fysikkens love. Almindeligvis erkender vi ikke denne
begrænsning, fordi autonomi- og konsistensprincipperne
aldrig kommer i modstrid. Men klassisk, i nærvær
af CTC'er, gør de.
Den klassiske fysik siger, at der kun er én historie,
så selv om hun måske prøvede at
gøre noget andet end historien dikterer, kræver
konsistensen, at Sonia skal gennemspille sin rolle
i den. Hun kan besøge sin bedstefader. Men når
han så fortæller Sonia's kommende bedstemoder
om, hvad der skete, bliver hun bekymret for hans helbred.
Han bliver meget rørt og frier til hende; hun
accepterer. Dette kunne ikke bare ske - i klassisk
fysik skulle der ske noget lignende. Langt fra at ændre
fortiden bliver Sonia en del af den.
Hvad hvis Sonia er besluttet på at gøre
oprør mod historien? Antag, at hun rejser tilbage
for at møde sit tidligere jeg. Ved dette møde
noterer hendes yngre jeg, hvad hendes ældre jeg
siger og prøver, i tidens løb, når hun er blevet det ældre jeg, med vilje at sige noget andet. Skal vi, absurd, antage, at hun gribes af en uimodståelig tilskyndelse til at udtale de oprindelige ord i modsætning til sine tidligere hensigter om at gøre noget andet? Sonia kunne endda programmere en robot til at tale for sig: Ville
den på en eller anden måde blive tvunget
til ikke at adlyde sit program?
Indenfor den klassiske fysik er svaret ja. Et eller
andet skal forhindre Sonia eller robotten i at afvige
fra det, der allerede er sket. Det behøver imidlertid
ikke være noget dramatisk. Enhver lille hindring
vil være nok. Sonias transportmiddel bryder sammen
eller robottens program viser sig at indeholde en fejl.
Men ifølge klassisk fysik kræver konsistensen,
at autonomi princippet på en eller anden måde
skal fejle.
Lad os nu vende tilbage til den tidsrejsende kunstkritiker.
Vi kalder denne overtrædelse af sund fornuft
for et vidensparadoks (bedstefader paradokset er et
inkonsistens paradoks). Her bruger vi ordet "viden"
i udvidet forstand, ifølge hvilken et maleri,
en videnskabelig artikel, en maskindel og en levende
organisme alle indeholder viden. Vidensparadokser overtræder
princippet om, at viden kun kan skabes som resultat
af problemløsende aktiviteter, som biologisk
evolution eller menneskelig tankevirksomhed. Det ser
ud til, at tidsrejser tillader viden at flyde fra fremtiden
til fortiden og tilbage, i en selvkonsistent ring,
uden at nogen eller noget nogensinde behøver
at beskæftige sig med de ledsagende problemer.
Det, der er filosofisk i modstrid her, er ikke, at genstande,
der indeholder viden, føres til fortiden - det
er elementet af "gratis" forkost. Den viden,
der er nødvendig for at opfinde genstandene,
må ikke tilføres af genstandene selv.
I et inkonsistens paradoks forekommer fysiske begivenheder
at være strengere begrænset, end vi er
vant til. I et videns paradoks er de mindre stramt
begrænsede. Universets tilstand før kunstkritikeren
ankommer bestemmer f. eks. ikke hvem, om nogen, der
vil ankomme fra fremtiden eller hvad han eller hun
vil medbringe: den klassiske fysiks alment deterministiske
love tillader kritikeren at bringe gode billeder, dårlige
billeder eller slet ingen billeder med tilbage. Denne
ubestemthed er ikke, hvad vi sædvanligvis forventer
af klassisk fysik, men den udgør ikke nogen
fundamental forhindring for tidsrejser. Faktisk ville
ubestemtheden muliggøre, at de klassiske love
kunne suppleres med yderligere et princip, som sagde,
at viden kun kan opstå som resultat af problemløsende processer.
Dog ville det princip føre os til det samme problem
vedrørende autonomi, som vi mødte i bedstefader
paradokset. For hvad skulle forhindre Sonia i at medføre
ny opfindelser til fortiden og at vise dem til deres
formodede skabere? Så selv om klassisk fysik
alligevel kan rumme den slags tidsrejser, der sædvanligvis
betragtes som paradokser, gør den det med den
omkostning, at den overtræder autonomi princippet.
Derfor kan ingen klassisk analyse helt eliminere paradokset.
Alt dette er imidlertid, set fra vort synspunkt, akademisk.
For klassisk fysik er forkert. Der er mange situationer, hvori den er en glimrende tilnærmelse til sandheden. Men når lukkede tidslige kurver er involverede, kommer den ikke engang tæt på.
En ting vi allerede ved om CTC'er er, at hvis de findes,
så har vi brug for kvantemekanikken for at forstå
dem. Faktisk har Stephen W. Hawking fra University
of Cambridge argumenteret for, at kvantemekaniske virkninger enten ville forhindre CTC'er i at dannes eller ville
ødelægge en potentiel tidsrejsende, der
nærmede sig en. Ifølge Hawking's beregninger,
som anvender en tilnærmelse, der ignorerer kvantefelters
tyngdevirkninger, ville fluktuationer i sådanne
felter nærme sig uendeligt nær CTC'en.
Tilnærmelser er uundgåelige, indtil vi
opdager, hvordan man anvender kvanteteorien fuldt ud
på tyngdekraft; men rumtider, der indeholder
CTC'er, tvinger de nuværende teknikker ud over
de begrænsninger, hvor de kan anvendes sikkert.
Vi tror, at Hawking's beregninger kun afslører
disse teknikkers mangler. De kvantemekaniske virkninger,
som vi vil beskrive, ville muliggøre tidsrejser
i stedet for at forhindre dem.
Kvantemekanik nødvendiggør måske
tilstedeværelsen af tidslige kurver. Selv om
det kan være vanskeligt at finde CTC'er på store
skalaer, kan de være til stede i stort
antal på mikroskopiske skalaer, hvor kvantemekanikkens
virkninger er dominerende. Der findes endnu ingen tilfredsstillende teori om kvante tyngdekraft. Men ifølge mange versioner, der er blevet foreslået, har rumtiden,
selv om den forekommer jævn på stor skala, en
skumlignende submikroskopisk struktur, der indeholder
mange ormehuller og CTC'er, der rækker omtrent
10-42 sekunder ind i fortiden. Så vidt vi
ved, kan submikroskopiske partiklers tidsrejser foregå
overalt omkring os.
Mere vigtigt er det, at kvantemekanikken kan løse
tidsrejsens paradokser. Den er vor mest grundlæggende
fysiske teori og udgør en radikal ændring
af vort klassiske verdensbillede. Snarere end at forudsige
med sikkerhed, hvad vi vil observere, forudsiger den
alle mulige resultater af en observation samt hvert
enkelts sandsynlighed. Hvis vi venter på, at en
neutron skal henfalde (til en proton, en elektron og
en antineutrino), er det mest sandsynligt, at vi vil
se det i løbet af 20 minutter. Men vi kan observere
det straks eller holdt hen, ventende uendeligt. Hvordan
skal vi forstå denne tilfældighed? Er der
noget ved neutronens interne tilstand, vi ikke
forstår endnu, som adskiller en neutron fra en
anden og forklarer, hvorfor hver neutron går i
stykker, når den gør? Denne, overfladisk
set, interessante teori, viser sig at være i modstrid
med den kvantemekanik, der er blevet eksperimentelt
bekræftet.
Der har været andre forsøg på at
bevare vor klassiske intuition ved at ændre
kvantemekanikken. Alment bedømt har ingen
af dem haft heldet med sig. Så vi foretrækker
at tage kvantemekanikken for pålydende og indtage
et synspunkt på virkeligheden, som på en
ligefrem måde afspejler selve teoriens struktur.
Når vi henviser til kvantemekanik, mener vi dens
såkaldte mange-universer tolkning, som først blev foreslået af Hugh Everett III i 1957. Ifølge Everett er det sådan, at hvis noget kan ske, så gør det det - i et eller andet univers. Den fysiske virkelighed består af en samling universer, som sommetider kaldes et multivers. Hvert univers i multiverset indeholder sin egen kopi af det neutronhenfald, som vi gerne vil observere. For ethvert øjeblik, hvor neutronen kunne henfalde, er der et univers, hvor den henfalder
i det øjeblik. Eftersom vi ser den henfalde
i det øjeblik, må vi også eksistere
i mange kopier, en for hvert univers. I et univers
ser vi den henfalde kl. 10:30, i et andet kl. 10:31
og så videre. Når den anvendes på
universet, er kvantemekanikken deterministisk - den
forudsiger den subjektive sandsynlighed af hvert resultat
ved at foreskrive brøkdelen af universer, hvor
det resultat finder sted, (Fig. 3).
| Fig. 3. NEUTRON HENFALD kan ske til ethvert tidspunkt, skønt nogle tidspunkter er mere sandsynlige end andre. For hvert øjeblik i hvilket neutronen kan henfalde, er der et univers, i hvilket den henfalder i det øjeblik ifølge Everett's multivers tolkning af kvantemekanik.
|
Everett's tolkning af kvantemekanikken er stadig kontroversiel
blandt fysikere. Kvantemekanik anvendes oftest som
et hjælpemiddel ved beregninger, som, når
man putter noget ind - information om en fysisk proces
- leverer sandsynligheden for hvert enkelt resultat.
I de fleste tilfælde behøver vi ikke tolke
den matematik, der beskriver processen. Men der findes
to grene i fysikken - kvantekosmologi og beregningens kvantemekanik - hvor det ikke er godt nok. Disse grene beskæftiger sig udelukkende med, hvordan de fysiske processer, man studerer, fungerer inderst inde. Blandt forskere på disse områder er Everett's
tolkning den foretrukne.
Hvad siger så kvantemekanikken, i Everett's tolkning, om tidsrejse paradokser? Tja, f.eks. bedstefader paradokset opstår slet ikke. Antag, at Sonia tager afsted på et "paradoksialt" projekt, som, hvis det blev gennemført, ville forhindre hendes
egen undfangelse. Hvad sker der? Hvis den klassiske
rumtid indeholder CTC'er, så må, ifølge
kvantemekanikken, universerne i multiverset være
forbundet på en usædvanlig måde.
I stedet for at have mange adskilte parallelle universer,
som hver indeholder CTC'er, har vi i virkeligheden
en enkelt foldet rumtid, der består af mange
forbundne universer. Forbindelserne tvinger Sonia til
at rejse til et univers, der er identisk med det hun
forlod indtil det øjeblik, hvor hun ankommer,
men som derefter er anderledes på grund af hendes
tilstedeværelse.
Forhindrer Sonia så sin egen fødsel eller ej? Det afhænger af, hvilket univers man refererer til. I det univers hun forlader, det hun blev født i, giftede hendes bedstefader sig med hendes bedstemoder, fordi han i det univers ikke modtog besøg af
Sonia. I det andet univers, det hvis fortid Sonia rejser
til, gifter hendes bedstefader sig ikke med den særlige
kvinde og Sonia fødes aldrig.
Således begrænser det faktum, at Sonia rejser i tiden, ikke hendes handlinger. Og det viser sig, ifølge kvantemekanikken, at det aldrig kunne.
Kvantemekanikken overholder autonomi princippet, selv
ved tilstedeværelse af CTC'er.
Antag, at Sonia gør sit bedste for at udspille et paradoks. Hun beslutter, at i morgen vil hun stige
ind i tidsmaskinen og komme ud i dag, medmindre en version
af hende, som er startet fra i morgen, først
kommer ud i dag; og at hvis en version af hende kommer
i dag, vil hun ikke gå ind i tidsmaskinen i morgen.
I klassisk fysik er den beslutning selvmodsigende.
Men ikke i kvantefysik. I halvdelen af universerne
- kald dem A - stiger en ældre Sonia ud af tidsmaskinen.
Derfor, nøjagtig som hun har besluttet, går
Sonia ikke ind i tidsmaskinen i morgen og hvert A-univers
indeholder derefter to Sonia'er med lidt forskellig
alder. I de andre (B) universer, stiger der ingen ud
af tidsmaskinen. Derfor starter Sonia og ankommer i
et A-univers, hvor hun møder en lidt yngre version
af sig selv. Endnu engang kan hun opføre sig,
som hun har lyst til i fortiden, gøre ting,
som er anderledes end hendes (nøjagtige) minder.
Så i halvdelen af universerne er der et møde
mellem to Sonia'er og i halvdelen er der intet møde.
I A-universerne dukker en ældre Sonia op "fra
intet" og i B-universerne forsvinder hun "ind
i intet". Hvert A-univers indeholder så
to Sonia'er, hvor den ældre har startet sit liv
i et B-univers. Sonia er forsvundet fra hvert B-univers
og emigreret til et A-univers. Se Fig. 4.
Fig. 4. MULTIVERS BILLEDE AF VIRKELIGHEDEN løser tidsrejse-paradokser. Sonia planlægger at gå ind i tidsmaskinen i morgen og rejse tilbage til i dag, men beslutter, at hvis hun kommer ud af tidsmaskinen i dag, vil hun ikke gå ind i morgen. Hun er i stand til at udføre denne plan, uden paradoks. I et B-univers kommer hun ikke ud i dag og stiger derfor ind i tidsmaskinen. Så kommer hun ud i dag, men i et A-univers, og møder sin kopi - som ikke går ind i tidsmaskinen.
Ligegyldigt hvor foldede Sonia's planer er, siger kvantemekanikken,
at universerne er forbundet på en sådan
måde, at hun kan udføre dem konsistent.
Antag, at Sonia prøver at forårsage et
paradoks ved at rejse rundt i forbindelsen to gange.
Hun ønsker at dukke frem igen i det univers,
hun startede fra og møde sit tidligere jeg til
en spaghetti-middag i stedet for den biksemad hun
husker, hun fik. Hun kan opføre sig som hun har
lyst til og især spise, hvad hun har lyst til
i selskab med sit tidligere jeg; imidlertid forhindrer
den måde multiverset er forbundet på hende
i at gøre det i sit oprindelige univers. Sonia
kan kun dele spaghetti med en version af sig selv i
et andet univers, mens hun i det oprindelige univers
stadig er alene og spiser biksemad.
Tidsrejser ville muliggøre et andet sjovt fænomen,
som vi kalder asymmetrisk adskillelse. Antag, at Sonia's
kæreste, Stephen, bliver tilbage, mens hun bruger
sin tidsmaskine på en af de måder, vi har
beskrevet. I halvdelen af universerne stiger hun ind
i den og kommer aldrig tilbage. Fra Stephen's synspunkt
er der således en mulighed for, at han vil blive
skilt fra hende. Halvdelen af hans versioner vil se
Sonia tage afsted for aldrig at vende tilbage. (Den
anden halvdel vil møde en nummer to Sonia).
Men fra Sonia's synspunkt er der ingen mulighed for,
at hun bliver adskilt fra Stephen, fordi enhver af
hendes versioner vil ende i et univers, der indeholder
en version af ham - som hun må dele med en anden
version af hende selv.
Hvis Stephen og Sonia følger den samme plan -
stiger ind i tidsmaskinen, hvis og kun hvis den anden
ikke først ankommer - kan de skilles fuldstændig
og ende op i adskilte universer. Hvis de udfører
mere indviklede hensigter, kunne hver af dem ende i
selskab med et hvilket som helst antal af den anden.
Hvis tidsrejser var mulige i stor skala, kunne konkurrerende
galaktiske civilisationer bruge disse asymmetriske
adskillelsesvirkninger til at få hele galaksen
for sig selv. En komplet civilisation kunne også
"klone" sig selv til et antal kopier, ligesom Sonia gjorde. Jo oftere den gjorde det, jo mere
sandsynligt ville det være, at en observatør
ville se den forsvinde fra hans univers på samme
måde, som Stephen ser Sonia forsvinde fra A-universet,
når hendes "klon" kommer tilsyne i
B-universet. (Måske er dette forklaringen på,
at vi endnu ikke har mødt nogen rumvæsner).
I kunstkritikerhistorien tillader kvantemekanikken begivenhederne,
set fra deltagernes perspektiv, at ske sådan,
som Dummett beskriver. Universet, hvorfra kritikeren
kommer, må have været et, hvor kunstneren,
med tiden lærte at male godt. I det univers blev
billederne frembragt gennem en skabende indsats og
reproduktionerne blev senere ført til et andet
univers' fortid. Der blev malerierne faktisk efterlignet
- hvis man kan siges at efterligne arbejdet, som en
anden version af en selv har udført - og maleren
fik "noget for ingenting". Men der er intet
paradoks, fordi billedernes eksistens nu skyldes en
ægte kreativ indsats, selv om det var i et andet
univers.
Ideen om at tidsrejse paradokser kunne løses
gennem "parallelle universer" er blevet forudsagt
i science fiction og af nogle filosoffer. Det, vi her
har præsenteret, er ikke så meget en ny
løsning, som det er en ny måde at komme
frem til den på ved at udlede den fra en eksisterende
fysisk teori. Alle de påstande, vi har fremsat
om tidsrejser, er konsekvenser af at bruge standard
kvantemekanik til at beregne logiske kredsløbs
opførsel - nøjagtig som dem, der bruges
i computere, undtagen den antagelse, at information
kan rejse ind i fortiden gennem CTC'er. De tidsrejsende
i denne computermodel er informationspakker. Lignende
resultater er opnået ved at anvende andre modeller.
Disse beregninger befrier os definitivt for de inkonsistens-paradokser,
der viser sig kun at være resultaterne af et
forældet klassisk verdensbillede. Vi har argumenteret
for, at viden-paradokser på samme måde
ikke ville være nogen hindring for tidsrejser.
Men det argument kan ikke gøres helt vandtæt,
før begreber som viden og kreativitet er blevet
tilfredsstillende oversat til fysikkens sprog. Først
da kan man sige om det "ingen gratis frokost"
princip vi behøver - at det kræver problemløsende processer at skabe viden - er konsistent, i nærvær af CTC'er, med kvantemekanikken og resten af fysikken.
Der er en sidste indvending, som ofte fremføres
mod tidsrejser. Som Hawking formulerer den, "Det
bedste vidnesbyrd for, at tidsrejser aldrig vil blive
mulige er, at vi ikke er blevet invaderet af horder
af turister fra fremtiden". Men det er en fejl.
For en CTC rækker kun så langt tilbage
som til det øjeblik, den blev skabt. Hvis Jordens
første brugelige CTC konstrueres i år
2054, ville senere tidsrejsende kunne bruge den til
at rejse til år 2054 eller senere, men ikke tidligere.
Brugelige CTC'er kan allerede eksistere andre steder
i galaksen. Men selv da burde vi ikke forvente "horder
af turister fra fremtiden". Med CTC'ers begrænsede
kapacitet og det faktum, at vort lager af dem ikke
kan gendannes i dette univers, er en CTC en ressource,
som ikke kan fornyes. Udenjordiske civilisationer eller
vore efterkommere vil have deres egne prioriteter for
dens brug og der er ingen grund til at tro, at besøg
på Jorden i det 20'ende århundrede ville
stå højt på deres liste. Selv om
de gjorde, ville de kun ankomme i nogle universer, af
hvilke, antageligt, dette ikke er et.
Vi konkluderer, at hvis tidsrejser er umulige, så
mangler vi endnu at finde ud af hvorfor. Vi vil, eller
vil måske ikke, en dag finde, eller skabe, brugelige
CTC'er. Men hvis noget lignende mange-universer billedet
er sandt - og i kvantekosmologi og beregningens kvanteteori
kendes ingen brugelige alternativer - så afhænger
alle standard indvendingerne mod tidsrejser af forkerte
modeller af den fysiske virkelighed. Så enhver,
der stadig ønsker at afvise ideen om tidsrejser,
må komme med nye videnskabelige eller filosofiske
argumenter.
* David Deutsch og Michael Lockwood, begge fra University of Oxford, deler interessen for fysikkens filosofiske grundlag. Deutsch er forsker på Wolfson College; han modtog sin doktortitel i fysik på Oxford under Dennis Sciama, udførte post-doktor forskning under John A. Wheeler, Bryce DeWitt og Roger Penrose og arbejder nu på beregningens kvantemekanik. Deutsch har skrevet en bog om fysik og filosofi, som hedder The Fabric of Reality, (Allen Lane, New York, 1997). Lockwood er ansat på Green College og forelæser på afdelingen for videreuddannelse; han opnåede sin doktortitel i filosofi, også på Oxford, under afdøde Sir Alfred Ayer. Hans bog, Mind, Brain, and the Quantum: The Compound 'I', blev publiceret i 1989, (Basil Blackwell, Oxford), i øjeblikket skriver han på en anden om tidens egenskaber. Det er forfatternes opfattelse, at det virkelige univers er meget mærkeligere end noget, man har forestillet sig i science fiction, men i sidste ende også mere fatteligt.
Kritisk boganmeldelse af Bryce DeWitt
YDERLIGERE LÆSNING:
Causal Loops. Michael Dummett in The Nature of Time.
Edited by R.Flood and M.Lockwood. Basil Blackwell,
1986.
Do The Laws of Physics Permit Closed Time-Like Curves?
Kip S. Thorne in Annals of The New York Academy of
Sciences, Vol.631,pages 182-193; August 1991.
Quantum Mechanics Near Closed Timelike Lines. David
Deutsch in Physical Review D, Vol. 44, No.10, pages
3197-3217; November 15,1991.
The Paradoxes of Time Travel. David Lewis in American
Philosophical Quarterly, Vol.13,No.2, pages 145-152;
April 1976. Reprinted in The Philosophy of Time. Edited
by Robin Le Poldevin and Murray MacBeath. Oxford University
Press, 1993.
Must Time Machine Construction Violate the Weak Energy
Condition? Amos Ori in Physical Review Letters, Vol.71,No.16,pages
2517-2520; October 18, 1993.
Black Holes & Time Warps, Einsteins Outrageous
Legacy. Kip S. Thorne. W.W. Norton & Company, New
York, 1994.
Hyperspace. Michio Kaku. Oxford University Press, New
York, 1994.
Oversat fra The Quantum Physics of Time Travel, Scientific American, Marts 1994.
Breve til redaktørerne af Scientific American:
I "Tidsrejsens Kvantefysik" erklærer
David Deutsch og Michael Lockwood, at ture ind i fortiden
ikke overtræder nogen af fysikkens kendte love.
De baserer erklæringen på "mange universer"
tolkningen af kvantemekanik.
Ikke desto mindre afslører en gennemgang af deres
forklaring og diagram, at deres tidsrejsende faktisk
overtræder et antal bevarelseslove. Ved at forsvinde
fra B-universet og dukke op i A-universet må
den tidsrejsende bestemt medføre elektronerne
i sin krop fra B til A og derved overtræde bevarelsen
af lepton tallet i begge universer. Desuden bærer
hun sin masse og energi fra B til A og overtræder
derved bevarelseslovene for masse og energi. Hvis hun
medfører en elektrisk ladning, så er elektrisk
ladning heller ikke bevaret.
Måske kunne man argumentere for, at disse bevarelseslove
kun overholdes, når man medregner de alternative
universer. Uheldigvis fører dette til bevarelseslove,
som ikke kan overholdes i noget enkelt univers og som
derfor er helt ulig dem vi kender nu.
Offentliggør dette brev. Ellers sender jeg det
til jer igen sidste år!
ROBERT H. BEEMAN
Coral Springs, Fla.
Hvad med Occam's ragekniv? Kompleksitet bør
ikke tilføres uden god grund. Deutsch og Lockwood
postulerer eksistensen af utallige parallelle "universer" (et "multivers"). Det er en tolkning af kvantemekanikkens betydning, men det er ikke den eneste og vi er ikke nødvendigvis tvungne til at acceptere den. Desuden forklarer den ikke noget virkeligt: intet tidsrejse
paradoks vides at have fundet sted, der er ingen aktuelle
indikationer for parallelle universer og man er aldrig
stødt på ringe i tiden.
A.R. PETERS
Enschede, Holland
Forfatterne forsøger at eliminere tidsrejse paradokset
ved kun at tillade rejser mellem parallelle universer.
Med andre ord er tidsrejser inde i et enkelt univers
stadig forbudt. Hvis man ikke kan rejse ind i sin egen
fortid, hvordan kan man så overhovedet sige,
at man rejser ind i fortiden?
LIONEL D. HEWETT
Formand
Fysikafdelingen
Texas A&M Universitet
Deutsch og Lockwood svarer:
Overtræder tidsrejser bevarelseslovene? Nej. Kvantefysikkens love, inkluderende bevarelseslovene, bestemmer alment ikke hændelser i et enkelt univers men kun i
multiverset som helhed. I vore tidsrejse eksempler
skabes eller ødelægges aldrig nogensinde
nogen masse, ladning eller anden egenskab. Den rejser
kun fra et sted til et andet, måske til et andet
univers.
Occam's ragekniv finder korrekt anvendelse på
begreber, ikke universer. At sige, at der er "mange
universer", er ikke andet end at sige, at store
ting adlyder de samme love, som eksperimentelle fysikere
rutinemæssigt anvender på subatomare partikler,
hvilket indebærer mange baner eller historier.
Det, der overtræder Occam's ragekniv, er indførelsen
af yderligere elementer - som skjulte variabler eller
bølgefunktionens kollaps - for hvilke der ikke
findes nogen eksperimentelle eller teoretiske begrundelser,
bortset fra en stædig klæben til et klassisk
verdenssyn.
Er det vi har beskrevet virkelig rejse ind i fortiden
eller er det kun rejse ind i et andet univers? Kald
det hvad I vil, men hvis vendingerne "fortid"
og "fremtid" skal betyde noget, bør de
referere til noget fysisk observerbart. Hvis igår
i "vort" univers derfor kan kaldes fortiden,
så må det samme gælde for igår
i et univers, som var fysisk identisk med vort, selv
om det efterfølgende skilte sig ud.
Oversat fra Letters to the Editors, Scientific American, September 1994, p. 4.
Link:
A Superluminal Subway: The Krasnikov Tube, Allen E. Everett og Thomas A. Roman, LANL e-print gr-qc/9702049 24 Feb 1997
18. juli, 2000.
Tiden: Det første kvantebegreb
Index
|