ฮอว์กิ้งโลกโดยสรุปอ่าน สตีเฟน ฮอว์คิง "โลกโดยสรุป"

ภาพประกอบสีอันงดงามนำทางเราในการเดินทางผ่านดินแดนมหัศจรรย์ที่ซึ่งอนุภาค เยื่อหุ้มเซลล์ และเส้นเชือกเคลื่อนที่ในสิบเอ็ดมิติ ที่ซึ่งหลุมดำระเหยไป และที่ซึ่งเมล็ดจักรวาลซึ่งเป็นที่มาของเอกภพของเรานั้นเป็นเพียงถั่วจิ๋ว

สตีเฟน ฮอว์คิง
โลกโดยสรุป

คำนำ

ฉันไม่ได้คาดหวังว่าหนังสือสารคดีของฉัน A Brief History of Time จะประสบความสำเร็จขนาดนี้ หนังสือยังคงอยู่ในรายชื่อหนังสือขายดีของ London Sunday Times มานานกว่าสี่ปี ซึ่งนานกว่าหนังสือเล่มอื่นๆ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเป็นพิเศษสำหรับการตีพิมพ์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโดยปกติแล้วหนังสือเหล่านี้จะขายออกเร็วมาก จากนั้นผู้คนก็เริ่มถามว่าเมื่อไหร่จะมีภาคต่อ ฉันไม่เต็มใจ ไม่อยากเขียนอะไรประมาณว่า "เรื่องสั้นต่อเนื่อง" หรือ "ประวัติศาสตร์ของเวลาอีกสักหน่อย" ฉันยังยุ่งอยู่กับการค้นคว้า แต่ก็เริ่มชัดเจนว่าสามารถเขียนหนังสือเล่มอื่นได้ซึ่งมีโอกาสที่จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น "ประวัติศาสตร์โดยย่อของเวลา" มีโครงสร้างตามรูปแบบเชิงเส้น ในกรณีส่วนใหญ่ แต่ละบทที่ตามมาจะเชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลกับบทก่อนหน้า ผู้อ่านบางคนชอบเรื่องนี้ แต่บางคนก็ติดอยู่กับบทแรกๆ และไม่เคยเข้าถึงหัวข้อที่น่าสนใจไปกว่านี้เลย หนังสือเล่มนี้มีโครงสร้างแตกต่างออกไป - มีลักษณะเหมือนต้นไม้มากกว่า: บทที่ 1 และ 2 ก่อตัวเป็นลำต้นซึ่งกิ่งก้านของบทที่เหลือแผ่ขยายออกไป

"กิ่งก้าน" เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นอิสระจากกันและเมื่อได้รับแนวคิดเกี่ยวกับ "ลำต้น" แล้วผู้อ่านสามารถทำความคุ้นเคยกับกิ่งก้านเหล่านี้ในลำดับใดก็ได้ เกี่ยวข้องกับประเด็นที่ฉันทำงานหรือคิดมาตั้งแต่ตีพิมพ์ A Brief History of Time นั่นคือสะท้อนให้เห็นถึงพื้นที่การวิจัยสมัยใหม่ที่มีการพัฒนาอย่างแข็งขันที่สุด ภายในแต่ละบท ฉันได้พยายามที่จะย้ายออกจากโครงสร้างเชิงเส้นด้วย ภาพประกอบและคำอธิบายภาพชี้ให้ผู้อ่านไปยังเส้นทางอื่น ดังเช่นใน An Illustrated Brief History of Time ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1996 แถบด้านข้างและบันทึกย่อริมขอบทำให้บางหัวข้อสามารถกล่าวถึงในเชิงลึกมากกว่าที่เป็นไปได้ในข้อความหลัก

ในปี 1988 เมื่อมีการตีพิมพ์ A Brief History of Time เป็นครั้งแรก ความรู้สึกก็คือทฤษฎีสุดท้ายของทุกสิ่งนั้นแทบจะไม่ปรากฏให้เห็นบนขอบฟ้าเลย สถานการณ์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตั้งแต่นั้นมา? เราเข้าใกล้เป้าหมายของเรามากขึ้นหรือยัง? ดังที่คุณจะได้เรียนรู้ในหนังสือเล่มนี้ ความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก แต่การเดินทางยังคงดำเนินต่อไป และไม่มีที่สิ้นสุด อย่างที่พวกเขาพูดกันว่าการเดินทางต่อไปด้วยความหวังดีกว่าการไปถึงเป้าหมาย การค้นหาและการค้นพบของเราจุดประกายความคิดสร้างสรรค์ในทุกด้าน ไม่ใช่แค่วิทยาศาสตร์ ถ้าเราไปถึงสุดถนนจิตวิญญาณของมนุษย์ก็จะเหี่ยวเฉาและตายไป แต่ฉันไม่คิดว่าเราจะหยุดนิ่ง เราจะเคลื่อนตัวหากไม่เจาะลึก เราก็มุ่งสู่ความซับซ้อน โดยยังคงเป็นศูนย์กลางของขอบเขตความเป็นไปได้ที่ขยายออกไปอยู่เสมอ

ฉันมีผู้ช่วยมากมายในขณะที่ทำงานกับหนังสือเล่มนี้ ฉันขอขอบคุณ Thomas Hertog และ Neil Shearer เป็นพิเศษสำหรับความช่วยเหลือเกี่ยวกับรูปภาพ คำบรรยาย และแถบด้านข้าง, Anne Harris และ Kitty Fergusson ซึ่งเป็นผู้แก้ไขต้นฉบับ (หรือไฟล์คอมพิวเตอร์ให้แม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากทุกสิ่งที่ฉันเขียนปรากฏในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์), Philip Dunn ของ Book Laboratory และ Moonrunner Design ผู้สร้างภาพประกอบ แต่ฉันอยากจะขอบคุณทุกคนที่ให้โอกาสฉันได้ใช้ชีวิตตามปกติและมีส่วนร่วมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ หากไม่มีพวกเขาหนังสือเล่มนี้ก็คงไม่สามารถเขียนได้

บทที่ 1
ประวัติโดยย่อของสัมพัทธภาพ

ไอน์สไตน์วางรากฐานอย่างไร
ทฤษฎีพื้นฐานสองประการของศตวรรษที่ยี่สิบ:
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปเกิดในปี พ.ศ. 2422 ในเมืองอุล์มของเยอรมนี ต่อมาครอบครัวย้ายไปมิวนิก ที่ซึ่งบิดาของนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต แฮร์มันน์ และจาค็อบ ลุงของเขา มี บริษัทวิศวกรรมไฟฟ้าขนาดเล็กและไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อัลเบิร์ตไม่ใช่เด็กอัจฉริยะ แต่การอ้างว่าเขาสอบตกที่โรงเรียนดูเหมือนจะเป็นการพูดเกินจริง ในปี พ.ศ. 2437 ธุรกิจของบิดาล้มเหลว และครอบครัวย้ายไปมิลาน พ่อแม่ของเขาตัดสินใจออกจากอัลเบิร์ตในเยอรมนีจนกว่าเขาจะเรียนจบ แต่เขาทนไม่ได้กับลัทธิเผด็จการของเยอรมัน และหลังจากนั้นไม่กี่เดือนเขาก็ออกจากโรงเรียนไปอิตาลีเพื่อร่วมครอบครัว ต่อมาเขาสำเร็จการศึกษาในซูริก โดยได้รับประกาศนียบัตรจากโพลีเทคนิคอันทรงเกียรติในปี พ.ศ. 2443 ( อี idgenössische ตผู้เชี่ยวชาญ ชม ochschule - โรงเรียนเทคนิคขั้นสูง) แนวโน้มของไอน์สไตน์ที่จะโต้แย้งและไม่ชอบผู้บังคับบัญชาทำให้เขาไม่สามารถสร้างความสัมพันธ์กับอาจารย์ ETH ได้ ดังนั้นจึงไม่มีใครเสนอตำแหน่งผู้ช่วยให้เขา ซึ่งโดยปกติแล้วเขาจะเริ่มต้นอาชีพทางวิชาการของเขา เพียงสองปีต่อมา ในที่สุดชายหนุ่มก็สามารถได้งานเป็นเสมียนรุ่นน้องที่สำนักงานสิทธิบัตรสวิสในกรุงเบิร์น ในช่วงเวลานี้เอง ในปี 1905 เขาได้เขียนบทความสามฉบับที่ไม่เพียงแต่ทำให้ไอน์สไตน์เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลกเท่านั้น แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์สองครั้ง นั่นคือ การปฏิวัติที่เปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับเวลา พื้นที่ และความเป็นจริงด้วยตัวมันเอง

เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคำอธิบายจักรวาลนี้ใกล้เคียงกับคำอธิบายที่ครอบคลุมแล้ว ตามความคิดของพวกเขา พื้นที่นั้นเต็มไปด้วยตัวกลางต่อเนื่อง - "อีเทอร์" รังสีแสงและสัญญาณวิทยุถูกมองว่าเป็นคลื่นของอีเธอร์ เช่นเดียวกับเสียงที่เป็นคลื่นความหนาแน่นของอากาศ สิ่งที่จำเป็นในการทำให้ทฤษฎีสมบูรณ์คือการวัดคุณสมบัติยืดหยุ่นของอีเธอร์อย่างระมัดระวัง ด้วยเป้าหมายนี้ ห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สันที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดจึงถูกสร้างขึ้นโดยไม่ต้องใช้ตะปูเหล็กแม้แต่ตัวเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนที่อาจเกิดขึ้นกับการวัดค่าแม่เหล็กที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบลืมไปว่าอิฐสีน้ำตาลแดงที่ใช้ในการก่อสร้างห้องปฏิบัติการและอาคารอื่นๆ ส่วนใหญ่ในฮาร์วาร์ดนั้นมีธาตุเหล็กอยู่เป็นจำนวนมาก อาคารนี้ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่ฮาร์วาร์ดยังไม่รู้ว่าพื้นห้องสมุดซึ่งไม่มีตะปูเหล็กจะรับน้ำหนักได้มากเพียงใด

ในช่วงปลายศตวรรษ แนวคิดเรื่องอีเทอร์ที่แพร่หลายเริ่มประสบปัญหา คาดว่าแสงจะเดินทางผ่านอีเทอร์ด้วยความเร็วคงที่ แต่หากคุณเองกำลังเคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์ในทิศทางเดียวกับแสง ความเร็วของแสงควรจะปรากฏช้าลง และหากคุณเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ความเร็ว ของแสงจะดูเร็วขึ้น (รูปที่ 1.1)

ในปี 1988 หนังสือที่ทำลายสถิติของ Stephen Hawking เรื่อง A Brief History of Time ได้แนะนำแนวคิดของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่น่าทึ่งคนนี้ให้กับผู้อ่านทั่วโลก และนี่คือกิจกรรมสำคัญใหม่: Hawking กลับมาแล้ว! ภาคต่อที่มีภาพประกอบสวยงาม The World in a Nutshell เผยให้เห็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่การตีพิมพ์หนังสือเล่มแรกของเขาที่ได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวาง

ฮอว์คิงเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งที่สุดในยุคของเรา ซึ่งไม่เพียงรู้จักความกล้าหาญในความคิดของเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความชัดเจนและความเฉลียวฉลาดในการแสดงออกของเขาด้วย Hawking พาเราไปสู่การวิจัยระดับแนวหน้า ที่ซึ่งความจริงดูเหมือนแปลกกว่านิยาย เพื่ออธิบาย ศัพท์ง่ายๆ ที่เป็นหลักการที่ควบคุมจักรวาล

เช่นเดียวกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคน ฮอว์คิงปรารถนาที่จะค้นพบจอกศักดิ์สิทธิ์แห่งวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่ง ซึ่งอยู่ที่รากฐานของจักรวาล ช่วยให้เราสัมผัสความลับของจักรวาลได้ ตั้งแต่แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดไปจนถึงสมมาตรยิ่งยวด จากทฤษฎีควอนตัมไปจนถึงทฤษฎี M จากโฮโลแกรมไปจนถึงความเป็นคู่ เราร่วมกันเริ่มต้นการผจญภัยอันน่าทึ่งในขณะที่เขาพูดถึงความพยายามของเขาในการสร้างสรรค์โดยอิงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และแนวคิดของริชาร์ด ไฟน์แมน เกี่ยวกับประวัติศาสตร์มากมาย ซึ่งเป็นทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวที่สมบูรณ์ซึ่งจะอธิบายทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาล

เราร่วมเดินทางไปกับเขาในการเดินทางสุดพิเศษผ่านอวกาศ-เวลา และภาพประกอบสีอันงดงามเป็นจุดสังเกตในการเดินทางครั้งนี้ผ่านดินแดนมหัศจรรย์เหนือจริง ที่ซึ่งอนุภาค เยื่อหุ้มเซลล์ และเส้นเชือกเคลื่อนที่ในสิบเอ็ดมิติ ที่ซึ่งหลุมดำระเหยไป และนำความลับของพวกมันไปด้วย และ ที่ซึ่งเมล็ดจักรวาลซึ่งเป็นที่ที่เอกภพของเราเติบโตนั้นเป็นถั่วลูกเล็กๆ

สตีเฟน ฮอว์คิง
จักรวาลโดยสรุป
แปลจากภาษาอังกฤษโดย A. G. Sergeev
สิ่งพิมพ์นี้จัดทำขึ้นโดยได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิ Dynasty Foundation ของ Dmitry Zimin
SPb: โถ. TID โถ, 2550. - 218 น.

บทที่ 5 การปกป้องอดีต

เกี่ยวกับว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้หรือไม่และอารยธรรมที่พัฒนาแล้วอย่างมากเมื่อกลับไปสู่อดีตจะสามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่

เนื่องจาก Stephen Hawking (ผู้แพ้การเดิมพันครั้งก่อนในประเด็นนี้ด้วยการทำให้ข้อเรียกร้องของเขากว้างเกินไป) ยังคงเชื่อมั่นอย่างแน่วแน่ว่าภาวะเอกฐานที่เปลือยเปล่านั้นถูกสาปและควรต้องห้ามตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิก และเพราะ John Preskill และ Kip Thorne (ผู้ชนะในครั้งก่อน เดิมพัน) - ยังคงเชื่อว่าเอกภาวะเปลือยเปล่าในฐานะวัตถุความโน้มถ่วงควอนตัมสามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่ถูกขอบฟ้าบดบังในจักรวาลที่เราสังเกตเห็น ฮอว์คิงเสนอ และเพรสสกิล/ธอร์นยอมรับการเดิมพันต่อไปนี้:

เนื่องจากรูปแบบของสสารหรือสนามคลาสสิกใดๆ ที่ไม่สามารถกลายเป็นเอกพจน์ในอวกาศ-เวลาแบนได้จะเป็นไปตามสมการคลาสสิกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ วิวัฒนาการเชิงพลวัตจากสภาวะเริ่มต้นใดๆ (นั่นคือ จากชุดข้อมูลเริ่มต้นใดๆ ที่เปิดอยู่) จึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ สร้างเอกภาวะเปล่าๆ (ศูนย์จีโอเดสิกที่ไม่สมบูรณ์จาก I + โดยมีจุดสิ้นสุดในอดีต)

ผู้แพ้ให้รางวัลแก่ผู้ชนะด้วยเสื้อผ้าเพื่อปกปิดความเปลือยเปล่าของเขา เสื้อผ้าจะต้องมีการปักข้อความที่เหมาะสม

เพื่อนและเพื่อนร่วมงานของฉัน Kip Thorne ซึ่งฉันได้เดิมพันด้วยหลายครั้ง (ยังคงใช้งานอยู่) ไม่ใช่หนึ่งในคนที่ปฏิบัติตามแนวทางทั่วไปในฟิสิกส์เพียงเพราะคนอื่นทำ ดังนั้นเขาจึงกลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่จริงจังคนแรกที่กล้าพูดถึงการเดินทางข้ามเวลาว่าเป็นไปได้จริง

การพูดอย่างเปิดเผยเกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาถือเป็นเรื่องละเอียดอ่อนมาก คุณเสี่ยงที่จะถูกชักจูงให้หลงทางไม่ว่าจะด้วยการโทรเสียงดังเพื่อนำเงินงบประมาณไปลงทุนกับเรื่องไร้สาระบางอย่าง หรือจากการเรียกร้องให้จัดประเภทงานวิจัยเพื่อจุดประสงค์ทางการทหาร จริงๆ แล้ว เราจะป้องกันตัวเองจากคนที่มีไทม์แมชชีนได้อย่างไร? ท้ายที่สุดเขาสามารถเปลี่ยนประวัติศาสตร์และครองโลกได้ มีพวกเราเพียงไม่กี่คนที่โง่เขลาพอที่จะตอบคำถามที่นักฟิสิกส์มองว่าไม่ถูกต้องทางการเมือง เราปกปิดข้อเท็จจริงนี้ด้วยคำศัพท์ทางเทคนิคที่เข้ารหัสการเดินทางข้ามเวลา

พื้นฐานของการอภิปรายสมัยใหม่เกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ดังที่เห็นในบทที่แล้ว สมการของไอน์สไตน์ทำให้อวกาศและเวลาเป็นแบบไดนามิกโดยอธิบายว่าสมการและพลังงานในจักรวาลบิดเบี้ยวและบิดเบี้ยวได้อย่างไร ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เวลาส่วนตัวของใครก็ตามที่วัดด้วยนาฬิกาข้อมือ จะเพิ่มขึ้นเสมอ เช่นเดียวกับในทฤษฎีของนิวตันหรือในกาลอวกาศแบนของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แต่บางทีกาลอวกาศอาจจะบิดเบี้ยวจนคุณสามารถบินออกไปบนยานอวกาศและกลับมาก่อนออกเดินทางได้ (รูปที่ 5.1)

ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้หากมีรูหนอน ซึ่งเป็นท่ออวกาศ-เวลาที่กล่าวถึงในบทที่ 4 ที่เชื่อมโยงส่วนต่างๆ ของมัน แนวคิดคือการส่งยานอวกาศเข้าไปในปากรูหนอนและโผล่ออกมาจากที่อื่นในสถานที่และเวลาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (รูปที่ 5.2)

หากมีรูหนอนอยู่ จะสามารถแก้ปัญหาการจำกัดความเร็วในอวกาศได้ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ต้องใช้เวลาหลายหมื่นปีในการข้ามกาแล็กซี แต่ผ่านรูหนอน คุณสามารถบินไปยังอีกฟากหนึ่งของกาแล็กซีและกลับมาในช่วงอาหารค่ำได้ ในขณะเดียวกัน มันง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่าหากมีรูหนอน พวกมันสามารถใช้เพื่อค้นหาตัวเองในอดีตได้

ดังนั้นจึงควรพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากคุณจัดการ เช่น ระเบิดจรวดบนแท่นยิงจรวด เพื่อป้องกันการบินของคุณเอง นี่เป็นรูปแบบหนึ่งของความขัดแย้งที่มีชื่อเสียง: จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณย้อนเวลากลับไปและฆ่าปู่ของคุณเองก่อนที่เขาจะตั้งท้องพ่อของคุณ (รูปที่ 5.3)

แน่นอนว่าความขัดแย้งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเราคิดว่า ครั้งหนึ่งในอดีต คุณสามารถทำทุกอย่างที่คุณต้องการได้ หนังสือเล่มนี้ไม่ใช่สถานที่สำหรับการอภิปรายเชิงปรัชญาเกี่ยวกับเจตจำนงเสรี แต่เราจะมุ่งเน้นไปที่ว่ากฎของฟิสิกส์ยอมให้กาลอวกาศบิดเบี้ยวเพื่อที่วัตถุขนาดมหึมาเช่นยานอวกาศจะสามารถกลับไปสู่อดีตได้หรือไม่ ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ ยานอวกาศจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงในท้องถิ่นในอวกาศ-เวลาเสมอ และเป็นไปตามเส้นโลกที่เรียกว่าไทม์ไลน์ สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดคำถามใหม่ในแง่เทคนิค: จะมีเส้นโค้งเหมือนเวลาปิดในอวกาศ-เวลาหรือไม่ นั่นคือเส้นโค้งที่กลับมายังจุดเริ่มต้นครั้งแล้วครั้งเล่า? เราจะเรียกวิถีดังกล่าวว่า “ชั่วคราว” สไมล์ลูป”

คุณสามารถค้นหาคำตอบของคำถามได้ในสามระดับ ประการแรกคือระดับของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งบอกเป็นนัยว่าจักรวาลมีประวัติศาสตร์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยไม่มีความไม่แน่นอน สำหรับทฤษฎีคลาสสิกนี้ เรามีภาพที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าทฤษฎีดังกล่าวไม่สามารถแม่นยำได้อย่างแน่นอน เนื่องจากจากการสังเกต สสารมีความไม่แน่นอนและความผันผวนของควอนตัม

ดังนั้นเราจึงสามารถถามคำถามเกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาในระดับที่สองได้ - สำหรับกรณีของทฤษฎีกึ่งคลาสสิก ตอนนี้เราพิจารณาพฤติกรรมของสสารตามทฤษฎีควอนตัมที่มีความไม่แน่นอนและความผันผวนของควอนตัม แต่เราถือว่ากาลอวกาศมีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนและเป็นคลาสสิก ภาพนี้ยังไม่สมบูรณ์เท่าไหร่ แต่อย่างน้อยก็ทำให้ทราบได้ว่าต้องทำอย่างไรต่อไป

สุดท้ายนี้ มีแนวทางจากมุมมองของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สมบูรณ์ ไม่ว่าผลลัพธ์จะเป็นเช่นไรก็ตาม ในทฤษฎีนี้ ซึ่งไม่เพียงแต่สสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเวลาและพื้นที่ด้วย มีความไม่แน่นอนและผันผวนด้วยซ้ำ ยังไม่ชัดเจนด้วยซ้ำว่าจะตั้งคำถามถึงความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลาอย่างไร บางทีวิธีที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้คือขอให้ผู้คนในภูมิภาคที่กาลอวกาศเกือบจะคลาสสิกและปราศจากความไม่แน่นอนมาตีความการวัดของพวกเขา พวกเขาจะพบกับการเดินทางข้ามเวลาในภูมิภาคที่มีแรงโน้มถ่วงสูงและความผันผวนของควอนตัมมากหรือไม่?

เริ่มจากทฤษฎีคลาสสิกกันก่อน: อวกาศ-เวลาแบนของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (ไม่มีแรงโน้มถ่วง) ไม่อนุญาตให้เดินทางข้ามเวลา และเป็นไปไม่ได้ในอวกาศ-เวลาแบบโค้งที่ได้รับการศึกษาในตอนแรก ไอน์สไตน์ต้องตกตะลึงอย่างแท้จริงเมื่อในปี 1949 เคิร์ต โกเดล ซึ่งเป็นคนเดียวกับผู้พิสูจน์ทฤษฎีบทอันโด่งดังของโกเดล ค้นพบว่ากาลอวกาศในจักรวาลที่เต็มไปด้วยสสารที่หมุนรอบตัวล้วนแต่เป็นเพียงสิ่งชั่วคราวเท่านั้น ที่ห่วงที่แต่ละจุด (รูปที่ 5.4)

วิธีแก้ปัญหาของเกอเดลจำเป็นต้องมีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาซึ่งอาจไม่มีอยู่จริงในความเป็นจริง แต่ต่อมากลับพบวิธีแก้ปัญหาที่คล้ายกันโดยไม่มีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา กรณีที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือเมื่อเส้นจักรวาลสองเส้นเคลื่อนที่ผ่านกันและกันด้วยความเร็วสูง

ไม่ควรสับสนระหว่างสตริงคอสมิกกับวัตถุพื้นฐานของทฤษฎีสตริง ซึ่งมันไม่เกี่ยวข้องกันโดยสิ้นเชิง วัตถุดังกล่าวมีส่วนขยาย แต่ในขณะเดียวกันก็มีส่วนตัดขวางเล็กๆ การดำรงอยู่ของพวกมันถูกทำนายไว้ในทฤษฎีบางทฤษฎีของอนุภาคมูลฐาน กาลอวกาศนอกสตริงจักรวาลเส้นเดียวจะแบนราบ อย่างไรก็ตาม กาล-อวกาศแบบเรียบนี้มีจุดตัดรูปลิ่ม ซึ่งส่วนบนอยู่บนเชือกเท่านั้น มันคล้ายกับกรวย: เอากระดาษวงกลมขนาดใหญ่แล้วตัดส่วนหนึ่งออกจากมันเหมือนพายชิ้นหนึ่งซึ่งส่วนบนสุดจะอยู่ตรงกลางวงกลม หลังจากถอดชิ้นส่วนที่ตัดออกแล้ว ให้ติดขอบของการตัดกับส่วนที่เหลือ - คุณจะได้กรวย มันแสดงให้เห็นกาลอวกาศซึ่งมีเส้นจักรวาลอยู่ (รูปที่ 5.5)

โปรดทราบว่าเนื่องจากพื้นผิวของกรวยยังคงเป็นกระดาษแบนแบบเดียวกับที่เราเริ่มด้วย (ลบส่วนที่เอาออก) จึงยังถือว่าแบนได้ยกเว้นด้านบน ความโค้งที่จุดยอดสามารถเปิดเผยได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าวงกลมที่อธิบายไว้รอบๆ นั้นสั้นกว่าวงกลมที่มีระยะห่างเท่ากันจากศูนย์กลางบนกระดาษทรงกลมดั้งเดิม กล่าวอีกนัยหนึ่ง วงกลมรอบจุดยอดจะสั้นกว่าวงกลมที่มีรัศมีเดียวกันควรอยู่ในพื้นที่ราบเนื่องจากเซกเตอร์ขาดหายไป (รูปที่ 5.6)

ในทำนองเดียวกัน เซกเตอร์ที่ถูกลบออกจากกาลอวกาศแบนจะทำให้วงกลมรอบเส้นคอสมิกสั้นลง แต่ไม่ส่งผลต่อเวลาหรือระยะทางในนั้น ซึ่งหมายความว่ากาลอวกาศรอบสตริงจักรวาลแต่ละเส้นไม่มีเวลา ส x วนซ้ำ ดังนั้นการเดินทางสู่อดีตจึงเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม หากมีเส้นจักรวาลเส้นที่สองที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับเส้นแรก ทิศทางของเวลาจะเป็นการผสมผสานระหว่างเวลาและการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของเส้นแรก ซึ่งหมายความว่าเซกเตอร์ที่ถูกตัดด้วยสายที่สองจะลดทั้งระยะทางในอวกาศและช่วงเวลาสำหรับผู้สังเกตที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับสายแรก (รูปที่ 5.7) หากสายต่างๆ เคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กันด้วยความเร็วใกล้แสง ระยะเวลาที่สั้นลงในการเดินรอบสายทั้งสองอาจมีนัยสำคัญมากจนคุณต้องถอยกลับก่อนที่จะเริ่ม กล่าวอีกนัยหนึ่งมีอยู่ชั่วคราว ส e วนซ้ำซึ่งคุณสามารถเดินทางย้อนอดีตได้

สายจักรวาลประกอบด้วยสสารที่มีความหนาแน่นของพลังงานเป็นบวก ซึ่งสอดคล้องกับฟิสิกส์ที่รู้จักในปัจจุบัน แต่การบิดเบี้ยวของอวกาศซึ่งก่อให้เกิดความชั่วคราว ส e loops ทอดยาวไปจนถึงอนันต์ในอวกาศและไปสู่อดีตอันไม่มีที่สิ้นสุดของเวลา ดังนั้นโครงสร้างอวกาศ-เวลาดังกล่าวในขั้นต้นโดยการก่อสร้าง ทำให้มีความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลา ไม่มีเหตุผลที่จะเชื่อได้ว่าจักรวาลของเรานั้นได้รับการปรับแต่งตามรูปแบบที่ผิดเช่นนี้ เราไม่มีหลักฐานที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับการปรากฏตัวของแขกจากอนาคต (ผมไม่นับทฤษฎีสมคบคิดที่ว่ายูเอฟโอมาจากอนาคตและรัฐบาลรู้แต่กำลังปิดบังความจริง พวกเขามักจะซ่อนสิ่งที่ไม่ได้ยิ่งใหญ่นัก) ดังนั้นผมจะถือว่าเวลานั้น ส x loops ไม่มีอยู่ในอดีตอันไกลโพ้นหรือแม่นยำกว่านั้นในอดีตเมื่อเทียบกับพื้นผิวบางส่วนในอวกาศ-เวลา ซึ่งฉันจะแสดงว่า ส- คำถาม: อารยธรรมที่พัฒนาแล้วสามารถสร้างไทม์แมชชีนได้หรือไม่? นั่นก็คือมันสามารถเปลี่ยนแปลงกาล-อวกาศในอนาคตสัมพันธ์กับ ส(เหนือพื้นผิว สบนแผนภาพ) เพื่อให้ลูปปรากฏเฉพาะในพื้นที่ขนาดจำกัดเท่านั้น? ฉันพูดว่าพื้นที่อันจำกัด เพราะไม่ว่าอารยธรรมจะก้าวหน้าแค่ไหน ดูเหมือนว่าจะสามารถควบคุมได้เพียงบางส่วนที่จำกัดของจักรวาลเท่านั้น ในทางวิทยาศาสตร์ การกำหนดปัญหาอย่างถูกต้องมักหมายถึงการค้นหากุญแจสู่การแก้ปัญหา และกรณีที่เรากำลังพิจารณาอยู่ก็เป็นตัวอย่างที่ดีของเรื่องนี้ สำหรับคำจำกัดความของเครื่องจักรเวลาอันจำกัด ผมจะหันไปดูผลงานเก่าๆ ของผม การเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้ในบางพื้นที่ของกาล-เวลาซึ่งมีอยู่ชั่วคราว ส e ลูปนั่นคือวิถีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงย่อยซึ่งยังสามารถกลับไปยังสถานที่และเวลาเดิมได้เนื่องจากความโค้งของกาล-อวกาศ เนื่องจากผมสันนิษฐานว่าในอดีตอันไกลโพ้นชั่วคราว ส x ไม่มีการวนซ้ำ จะต้องมีอยู่อย่างที่ฉันเรียกมันว่า "ขอบฟ้าการเดินทางข้ามเวลา" - ขอบเขตที่แยกพื้นที่ที่ประกอบด้วยเวลา ส e วนซ้ำจากบริเวณที่ไม่มีอยู่ (รูปที่ 5.8)

ขอบฟ้าของการเดินทางข้ามเวลาค่อนข้างคล้ายกับขอบฟ้าของหลุมดำ แม้ว่าอย่างหลังจะเกิดขึ้นจากรังสีแสงที่อยู่ห่างจากหลุมดำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ขอบฟ้าของการเดินทางข้ามเวลาถูกกำหนดโดยรังสีที่จวนจะพบกัน นอกจากนี้ ฉันจะพิจารณาเกณฑ์ของไทม์แมชชีนในการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าขอบฟ้าที่สร้างขึ้นอย่างจำกัด ซึ่งเกิดจากรังสีแสงที่ปล่อยออกมาจากบริเวณที่มีขนาดจำกัด กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งเหล่านี้ไม่ควรมาจากอนันต์หรือเอกภาวะ แต่มาจากขอบเขตอันจำกัดซึ่งประกอบด้วยชั่วคราวเท่านั้น ที่วงรอบที่สอง พื้นที่ดังกล่าวที่เราถือว่าอารยธรรมที่ได้รับการพัฒนาอย่างสูงของเราจะสามารถสร้างได้

ด้วยการนำเกณฑ์ไทม์แมชชีนมาใช้ จึงเป็นโอกาสอันดีที่จะใช้วิธีการที่โรเจอร์ เพนโรสและฉันได้พัฒนาขึ้นเพื่อศึกษาเอกภาวะและหลุมดำ แม้ว่าไม่ได้ใช้สมการของไอน์สไตน์ ฉันก็แสดงให้เห็นได้ว่า โดยทั่วไปแล้ว ขอบฟ้าที่สร้างขึ้นอย่างจำกัดจะมีรังสีแสงที่มาบรรจบกัน และกลับมายังจุดเดิมครั้งแล้วครั้งเล่า เมื่อวงกลมเป็นวงกลม แสงจะพบกับการเปลี่ยนแปลงสีน้ำเงินมากขึ้นเรื่อยๆ ในแต่ละครั้ง และภาพจะกลายเป็นสีน้ำเงินมากขึ้นเรื่อยๆ ก้อนคลื่นในลำแสงจะเริ่มเคลื่อนเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ และช่วงเวลาที่แสงสะท้อนกลับจะสั้นลงเรื่อยๆ ในความเป็นจริง อนุภาคของแสงจะมีประวัติที่จำกัดเมื่อพิจารณาในเวลาของมันเอง แม้ว่ามันจะโคจรเป็นวงกลมในบริเวณที่มีขอบเขตจำกัดและไม่กระทบกับจุดโค้งเอกพจน์ก็ตาม

ความจริงที่ว่าอนุภาคของแสงจะทำให้ประวัติศาสตร์ของมันหมดไปในเวลาอันจำกัดอาจดูเหมือนไม่สำคัญ แต่ฉันยังสามารถพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของเส้นโลก ความเร็วของการเคลื่อนที่ที่น้อยกว่าแสง และระยะเวลามีจำกัด สิ่งเหล่านี้อาจเป็นเรื่องราวของผู้สังเกตการณ์ที่ติดอยู่ในพื้นที่จำกัดก่อนขอบฟ้าและเคลื่อนที่ไปมาเร็วขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงความเร็วแสงในเวลาอันจำกัด ดังนั้น หากเอเลี่ยนแสนสวยจากจานบินชวนคุณขึ้นไทม์แมชชีนของเธอ ก็ควรระวังด้วย คุณสามารถตกหลุมพรางของเรื่องราวที่ซ้ำซากโดยมีระยะเวลารวมจำกัด (รูปที่ 5.9)

ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสมการของไอน์สไตน์ แต่ขึ้นอยู่กับวิธีที่กาลอวกาศบิดเบี้ยวเพื่อสร้างเวลาเท่านั้น โอลูปในพื้นที่สุดท้าย แต่ถึงกระนั้น อารยธรรมที่พัฒนาแล้วอย่างสูงสามารถใช้วัสดุชนิดใดเพื่อสร้างไทม์แมชชีนในมิติอันจำกัดได้? มันจะมีความหนาแน่นของพลังงานเป็นบวกทุกที่ได้ไหม เช่นเดียวกับกรณีอวกาศ-เวลาของสตริงจักรวาลที่อธิบายไว้ข้างต้น สตริงจักรวาลไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของฉัน ส e ลูปปรากฏเฉพาะในภูมิภาคสุดท้ายเท่านั้น แต่ใครๆ ก็คิดว่านี่เป็นเพราะว่าสายอักขระมีความยาวไม่สิ้นสุดเท่านั้น เราอาจหวังที่จะสร้างเครื่องย้อนเวลาอันจำกัดโดยใช้เส้นจำกัดจักรวาลที่มีความหนาแน่นของพลังงานเป็นบวกตลอด ขออภัยที่ทำให้คนที่ต้องการย้อนเวลาเหมือน Kip ผิดหวัง แต่ก็ไม่สามารถทำได้ในขณะที่ยังคงรักษาความหนาแน่นของพลังงานเชิงบวกไว้ตลอด ฉันสามารถพิสูจน์ได้ว่าการสร้างไทม์แมชชีนขั้นสูงสุดนั้น คุณจะต้องใช้พลังงานด้านลบ

ตามทฤษฎีคลาสสิก ความหนาแน่นของพลังงานจะเป็นค่าบวกเสมอ ดังนั้นจึงไม่รวมการมีอยู่ของไทม์แมชชีนที่จำกัดในระดับนี้ แต่สถานการณ์เปลี่ยนไปในทฤษฎีกึ่งคลาสสิก โดยที่พฤติกรรมของสสารได้รับการพิจารณาตามทฤษฎีควอนตัม และกาล-อวกาศถือเป็นเรื่องที่มีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนและเป็นคลาสสิก ดังที่เราได้เห็นไปแล้ว หลักการความไม่แน่นอนในทฤษฎีควอนตัมหมายความว่าสนามแม่เหล็กมีความผันผวนขึ้นลงอยู่เสมอ แม้จะดูเหมือนเป็นพื้นที่ว่าง และมีความหนาแน่นของพลังงานไม่สิ้นสุด ท้ายที่สุดแล้ว การลบค่าอนันต์เท่านั้นที่เราจะได้ความหนาแน่นพลังงานอันจำกัดที่เราสังเกตเห็นในจักรวาล การลบนี้สามารถสร้างความหนาแน่นของพลังงานเชิงลบได้ อย่างน้อยก็ในระดับท้องถิ่น แม้แต่ในพื้นที่ราบ เรายังสามารถค้นหาสถานะควอนตัมซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานเป็นลบเฉพาะที่ แม้ว่าพลังงานโดยรวมจะเป็นบวกก็ตาม ฉันสงสัยว่าค่าลบเหล่านี้ทำให้กาล-อวกาศโค้งงอจนเกิดไทม์แมชชีนอันจำกัดขึ้นมาจริงหรือ? ดูเหมือนว่าพวกเขาควรจะนำไปสู่สิ่งนี้ ดังที่ชัดเจนในบทที่ 4 ความผันผวนของควอนตัมหมายความว่าแม้แต่พื้นที่ที่ดูเหมือนจะว่างเปล่าก็ยังเต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนคู่หนึ่งที่ปรากฏขึ้นพร้อมกัน บินออกจากกัน แล้วมาบรรจบกันอีกครั้งและทำลายล้างซึ่งกันและกัน (รูปที่ 5.10) องค์ประกอบหนึ่งของคู่เสมือนจะมีพลังงานเชิงบวก และอีกองค์ประกอบหนึ่งจะมีพลังงานเชิงลบ หากมีหลุมดำ อนุภาคที่มีพลังงานลบสามารถตกลงไปในหลุมนั้นได้ และอนุภาคที่มีพลังงานบวกสามารถบินออกไปสู่ระยะอนันต์ โดยจะปรากฏเป็นรังสีที่พาพลังงานบวกออกไปจากหลุมดำ และอนุภาคที่มีพลังงานลบซึ่งตกลงไปในหลุมดำจะทำให้มวลของมันลดลงและการระเหยช้าๆ พร้อมกับขนาดของขอบฟ้าที่ลดลง (รูปที่ 5.11)

สสารธรรมดาที่มีความหนาแน่นพลังงานบวกจะสร้างแรงโน้มถ่วงที่น่าสนใจและโค้งงอกาลอวกาศเพื่อให้รังสีหันเข้าหากัน เหมือนกับลูกบอลบนแผ่นยางในบทที่ 2 ที่หมุนลูกบอลเล็กๆ เข้าหาตัวมันเองเสมอและไม่เคยหายไปไหน

ตามมาว่าพื้นที่ขอบฟ้าของหลุมดำจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเท่านั้นและไม่เคยลดลงเลย เพื่อให้ขอบฟ้าของหลุมดำหดตัว ความหนาแน่นของพลังงานที่ขอบฟ้าต้องเป็นลบ และกาลอวกาศจะต้องทำให้รังสีแสงแตกต่างออกไป คืนหนึ่งฉันตระหนักเรื่องนี้ครั้งแรกขณะเข้านอน หลังจากที่ลูกสาวของฉันเกิดได้ไม่นาน ฉันจะไม่บอกว่านานแค่ไหนแล้ว แต่ตอนนี้ฉันมีหลานชายแล้ว

การระเหยของหลุมดำแสดงให้เห็นว่าในระดับควอนตัม ความหนาแน่นของพลังงานบางครั้งอาจเป็นลบและทำให้กาล-อวกาศโค้งงอไปในทิศทางที่จำเป็นต่อการสร้างไทม์แมชชีน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะจินตนาการถึงอารยธรรมที่อยู่ในขั้นตอนการพัฒนาที่สูงจนสามารถบรรลุความหนาแน่นพลังงานเชิงลบขนาดใหญ่เพียงพอที่จะได้รับไทม์แมชชีนที่เหมาะสำหรับวัตถุขนาดมหึมาเช่นยานอวกาศ อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างขอบฟ้าของหลุมดำซึ่งเกิดจากรังสีแสงที่เพิ่งเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ กับขอบฟ้าในไทม์แมชชีนซึ่งมีรังสีปิดซึ่งเพิ่งเคลื่อนที่เป็นวงกลม อนุภาคเสมือนจริงที่เคลื่อนที่ซ้ำแล้วซ้ำเล่าไปตามเส้นทางปิดดังกล่าวจะนำพลังงานสถานะพื้นดินไปยังจุดเดียวกัน ดังนั้นเราจึงควรคาดหวังว่าบนขอบฟ้านั่นคือบนขอบของไทม์แมชชีน - พื้นที่ที่คุณสามารถเดินทางย้อนอดีตได้ - ความหนาแน่นของพลังงานจะไม่มีที่สิ้นสุด สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการคำนวณที่แน่นอนในกรณีพิเศษหลายกรณี ซึ่งง่ายพอที่จะให้วิธีแก้ปัญหาที่แน่นอนได้ ปรากฎว่าบุคคลหรือยานอวกาศที่พยายามข้ามขอบฟ้าและเข้าไปในไทม์แมชชีนจะถูกทำลายหมดด้วยม่านรังสี (รูปที่ 5.12) ดังนั้นอนาคตของการเดินทางข้ามเวลาจึงดูมืดมน (หรือเราควรบอกว่าสดใสจนไม่เห็น?)

ความหนาแน่นของพลังงานของสสารขึ้นอยู่กับสถานะที่สสารนั้นตั้งอยู่ ดังนั้น บางทีอารยธรรมที่ได้รับการพัฒนาอย่างสูงอาจจะสามารถทำให้ความหนาแน่นของพลังงานที่ขอบของไทม์แมชชีนมีขอบเขตจำกัดได้โดยการ "แช่แข็ง" หรือกำจัดอนุภาคเสมือนที่เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ และ วนเป็นวงปิด อย่างไรก็ตาม ไม่มีความแน่ชัดว่าไทม์แมชชีนดังกล่าวจะมีเสถียรภาพ การรบกวนเพียงเล็กน้อย เช่น มีคนข้ามขอบฟ้าเพื่อเข้าไปในไทม์แมชชีน ก็สามารถเริ่มการไหลเวียนของอนุภาคเสมือนและทำให้เกิดฟ้าผ่าที่เผาไหม้ได้ นักฟิสิกส์ควรหารือเกี่ยวกับปัญหานี้อย่างอิสระ โดยไม่ต้องกลัวว่าจะถูกเยาะเย้ยดูถูก แม้ว่าปรากฎว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปไม่ได้ เราจะเข้าใจว่าทำไมมันถึงเป็นไปไม่ได้ และนี่เป็นสิ่งสำคัญ

เพื่อที่จะตอบคำถามภายใต้การสนทนาอย่างมั่นใจ เราต้องพิจารณาความผันผวนของควอนตัมไม่เพียงแต่ในสาขาวัสดุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกาล-อวกาศด้วย ซึ่งคาดว่าจะทำให้เกิดการเบลอในเส้นทางของรังสีแสงและในหลักการเรียงลำดับเวลาโดยทั่วไป ในความเป็นจริง เราสามารถนึกถึงการแผ่รังสีของหลุมดำว่าเป็นการรั่วไหลที่เกิดจากความผันผวนของควอนตัมในกาลอวกาศ ซึ่งบ่งชี้ว่าขอบฟ้าไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน เนื่องจากเรายังไม่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม จึงยากที่จะบอกว่าความผันผวนของกาลอวกาศควรเป็นอย่างไร ถึงกระนั้น เราก็หวังว่าจะได้เบาะแสบางอย่างจากบทสรุปเรื่องราวของไฟน์แมนที่อธิบายไว้ในบทที่ 3

แต่ละเรื่องราวจะเป็นกาลอวกาศโค้งมนพร้อมช่องวัสดุอยู่ในนั้น เนื่องจากเราจะสรุปประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ไม่ใช่แค่ประวัติศาสตร์ที่เป็นไปตามสมการเท่านั้น ผลรวมยังต้องรวมกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวพอที่จะเดินทางสู่อดีตได้ (รูปที่ 5.13) คำถามก็เกิดขึ้น: เหตุใดการเดินทางเช่นนี้จึงไม่เกิดขึ้นทุกที่? คำตอบก็คือ การเดินทางข้ามเวลานั้นเกิดขึ้นจริงในระดับจุลทรรศน์ แต่เราไม่ได้สังเกตเห็น หากเราใช้ความคิดในการรวมของไฟน์แมนเหนือประวัติศาสตร์กับอนุภาคเดี่ยว เราต้องรวมประวัติศาสตร์ที่มันเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงและย้อนเวลากลับไปด้วยซ้ำ โดยเฉพาะจะมีเรื่องราวที่อนุภาคเคลื่อนที่ไปมาในวงปิดในเวลาและสถานที่ เหมือนในหนังเรื่อง Groundhog Day ที่นักข่าวใช้ชีวิตวันเดิมๆ ซ้ำแล้วซ้ำเล่า (รูปที่ 5.14)

อนุภาคที่มีประวัติวงปิดดังกล่าวไม่สามารถสังเกตได้ที่เครื่องเร่งอนุภาค อย่างไรก็ตาม ผลข้างเคียงสามารถวัดได้โดยการสังเกตผลการทดลองหลายประการ ประการหนึ่งคือการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงปิด อีกประการหนึ่งคือแรงขนาดเล็กที่กระทำระหว่างแผ่นโลหะคู่ขนานและเกิดจากการที่วงปิดวางระหว่างแผ่นโลหะน้อยกว่าบริเวณด้านนอกเล็กน้อย - นี่เป็นอีกวิธีหนึ่งที่เทียบเท่ากับเอฟเฟกต์เมียร์ ดังนั้นการมีอยู่ของเรื่องราวที่ปิดเป็นวงจึงได้รับการยืนยันโดยการทดลอง (รูปที่ 5.15)

เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าประวัติของอนุภาคที่วนซ้ำนั้นเกี่ยวข้องกับความโค้งของกาลอวกาศหรือไม่ เนื่องจากพวกมันปรากฏแม้กับพื้นหลังที่ไม่เปลี่ยนแปลงเช่นพื้นที่ราบ แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราได้ค้นพบว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพมักมีคำอธิบายสองประการที่ถูกต้องเท่าเทียมกัน เป็นไปได้เท่าเทียมกันที่จะกล่าวได้ว่าอนุภาคเคลื่อนที่ในวงปิดโดยมีพื้นหลังคงที่ หรืออนุภาคเหล่านั้นยังคงไม่เคลื่อนที่ในขณะที่กาล-อวกาศผันผวนรอบตัวพวกมัน มันมาถึงคำถาม: คุณต้องการหาผลรวมของวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคก่อนแล้วจึงหาผลรวมของกาลอวกาศโค้ง หรือกลับกัน?

คำถามนี้สามารถสำรวจได้โดยการพิจารณาผลรวมของประวัติของช่องวัสดุตามลำดับของกาลอวกาศพื้นหลังที่ใกล้เข้ามามากขึ้นจนปล่อยให้เวลาวนซ้ำ มันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะคาดหวังสิ่งนั้นในเวลาเพียงชั่วคราว กฉันวนซ้ำปรากฏขึ้นเป็นครั้งแรก มีบางสิ่งที่สำคัญกำลังจะเกิดขึ้น นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในตัวอย่างนี้ที่ฉันศึกษากับนักเรียน Michael Cassidy

กาลอวกาศเบื้องหลังที่เราศึกษามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสิ่งที่เรียกว่าจักรวาลของไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นกาลอวกาศที่ไอน์สไตน์เสนอเมื่อเขายังคงเชื่อว่าจักรวาลคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ไม่มีการขยายหรือหดตัว (ดูบทที่ 1) ในจักรวาลของไอน์สไตน์ เวลาเคลื่อนจากอดีตที่ไม่มีที่สิ้นสุดไปสู่อนาคตที่ไม่มีที่สิ้นสุด แต่มิติเชิงพื้นที่นั้นมีขอบเขตจำกัดและปิดตัวเอง เช่นเดียวกับพื้นผิวโลก แต่มีเพียงมิติเดียวเท่านั้น อวกาศ-เวลาดังกล่าวสามารถแสดงเป็นทรงกระบอกได้ แกนตามยาวซึ่งจะเป็นเวลา และหน้าตัดจะเป็นช่องว่างสามมิติ (รูปที่ 5.16)

เนื่องจากจักรวาลของไอน์สไตน์ไม่ขยายตัว จึงไม่สอดคล้องกับจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นกรอบการทำงานที่มีประโยชน์สำหรับการพูดคุยเรื่องการเดินทางข้ามเวลา เนื่องจากง่ายพอที่จะสรุปเรื่องราวต่างๆ ได้ เราลืมเรื่องการเดินทางข้ามเวลาไปสักพักแล้วพิจารณาสสารในจักรวาลของไอน์สไตน์ซึ่งหมุนรอบแกนใดแกนหนึ่ง หากคุณพบว่าตัวเองอยู่บนแกนนี้ คุณจะยังคงอยู่ที่จุดเดิมในอวกาศ ราวกับว่าคุณกำลังยืนอยู่ตรงกลางม้าหมุนของเด็ก แต่การวางตำแหน่งตัวเองให้ห่างจากแกน คุณจะเคลื่อนที่ไปในอวกาศรอบๆ แกนนั้น ยิ่งคุณอยู่ห่างจากแกนมากเท่าใด การเคลื่อนไหวก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น (รูปที่ 5.17) ดังนั้น หากจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดในอวกาศ จุดที่อยู่ห่างจากแกนมากพอจะหมุนด้วยความเร็วเหนือแสง แต่เนื่องจากจักรวาลของไอน์สไตน์มีขอบเขตจำกัดในมิติเชิงพื้นที่ จึงมีความเร็วการหมุนที่สำคัญซึ่งไม่มีส่วนใดของจักรวาลที่จะหมุนได้เร็วกว่าแสง

ตอนนี้ ให้พิจารณาผลรวมของประวัติศาสตร์ของอนุภาคในจักรวาลที่หมุนรอบตัวเองของไอน์สไตน์ เมื่อการหมุนช้าลง อนุภาคสามารถเดินไปได้หลายเส้นทางเพื่อให้ได้พลังงานตามปริมาณที่กำหนด ดังนั้นผลรวมของประวัติทั้งหมดของอนุภาคเทียบกับพื้นหลังดังกล่าวจึงให้แอมพลิจูดที่มาก ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นของพื้นหลังดังกล่าวเมื่อรวมเข้ากับประวัติศาสตร์ทั้งหมดของกาลอวกาศโค้งจะมีสูง กล่าวคือ มันเป็นหนึ่งในประวัติศาสตร์ที่น่าเป็นไปได้มากกว่า อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วการหมุนของเอกภพของไอน์สไตน์เข้าใกล้จุดวิกฤต และความเร็วของการเคลื่อนที่ของบริเวณรอบนอกมีแนวโน้มที่จะเป็นความเร็วแสง เหลือเพียงเส้นทางเดียวเท่านั้นที่ได้รับอนุญาต และ m สำหรับอนุภาคคลาสสิกที่ขอบจักรวาล ซึ่งก็คือการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ซึ่งหมายความว่าผลรวมของประวัติของอนุภาคจะมีน้อย ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นของ spatiotemporal ดังกล่าว ส x พื้นหลังโดยรวมสำหรับประวัติทั้งหมดของกาลอวกาศโค้งจะต่ำ นั่นคือพวกเขาจะมีโอกาสน้อยที่สุด

แต่การเดินทางข้ามเวลาเกี่ยวข้องกับอะไร ส m loop มีจักรวาลที่หมุนรอบตัวของ Einstein เหรอ? คำตอบก็คือ พวกมันมีความเทียบเท่าทางคณิตศาสตร์กับพื้นหลังอื่นๆ ที่สามารถวนรอบเวลาได้ พื้นหลังอื่นๆ เหล่านี้เป็นจักรวาลที่ขยายออกไปในสองทิศทางเชิงพื้นที่ จักรวาลดังกล่าวไม่ได้ขยายตัวไปในทิศทางอวกาศที่สามซึ่งเป็นระยะๆ นั่นคือถ้าคุณเดินไปในทิศทางนี้เป็นระยะทางหนึ่ง คุณจะไปสิ้นสุดที่จุดเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อวงกลมแต่ละวงอยู่ในทิศทางนี้ ความเร็วของคุณในทิศทางที่หนึ่งและสองจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 5.18)

ถ้าอัตราเร่งน้อยก็ชั่วคราว ส x ลูปไม่มีอยู่ อย่างไรก็ตาม ลองพิจารณาลำดับพื้นหลังที่มี b ทั้งหมด โอเพิ่มความเร็วมากขึ้น ลูปเวลาปรากฏที่ค่าความเร่งวิกฤตที่แน่นอน ไม่น่าแปลกใจเลยที่ความเร่งวิกฤตนี้สอดคล้องกับความเร็ววิกฤตในการหมุนรอบจักรวาลของไอน์สไตน์ เนื่องจากการคำนวณผลรวมของประวัติบนพื้นหลังทั้งสองนี้มีความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ เราจึงสามารถสรุปได้ว่าความน่าจะเป็นของพื้นหลังดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เมื่อเราเข้าใกล้ความโค้งที่จำเป็นเพื่อให้ได้ลูปเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความน่าจะเป็นของการบิดเบี้ยวเพียงพอสำหรับไทม์แมชชีนคือศูนย์ สิ่งนี้เป็นการยืนยันสิ่งที่ฉันเรียกว่าสมมติฐานการป้องกันตามลำดับเหตุการณ์: กฎของฟิสิกส์ได้รับการออกแบบเพื่อป้องกันไม่ให้วัตถุขนาดมหึมาเคลื่อนที่ไปตามกาลเวลา

แม้จะเป็นการชั่วคราวก็ตาม สเนื่องจากอนุญาตให้ใช้ลูปเมื่อรวมเข้ากับประวัติ ความน่าจะเป็นจึงต่ำมาก จากความสัมพันธ์แบบสองขั้วที่กล่าวมาข้างต้น ฉันประมาณความน่าจะเป็นที่คิป ธอร์นสามารถเดินทางย้อนเวลากลับไปและสังหารปู่ของเขาได้ ซึ่งมีค่าน้อยกว่าหนึ่งในสิบของพลังของล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้าน

มันเป็นเพียงความน่าจะเป็นที่ต่ำอย่างน่าประหลาดใจ แต่หากคุณดูรูปถ่ายของ Kip อย่างใกล้ชิด คุณจะสังเกตเห็นหมอกควันเล็กน้อยบริเวณขอบ มันสอดคล้องกับความน่าจะเป็นเพียงเล็กน้อยที่หายไปว่าคนโกงจากอนาคตจะย้อนเวลากลับไปและฆ่าปู่ของเขา ดังนั้นคิปจึงไม่อยู่ที่นี่จริงๆ

ด้วยความที่เป็นการพนันแบบเรา กีบกับผมอยากเดิมพันกับความผิดปกติแบบนี้ อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือเราไม่สามารถทำเช่นนี้ได้เนื่องจากขณะนี้เรามีความคิดเห็นแบบเดียวกัน และฉันจะไม่เดิมพันกับใครอีก จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเขากลายเป็นเอเลี่ยนจากอนาคตที่รู้ว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้?

คุณรู้สึกว่าบทนี้เขียนขึ้นตามคำสั่งของรัฐบาลเพื่อซ่อนความเป็นจริงของการเดินทางข้ามเวลาหรือไม่? บางทีคุณอาจจะพูดถูก

เส้นโลกคือเส้นทางในอวกาศ-เวลาสี่มิติ เส้นโลกที่เหมือนกาลเวลาผสมผสานการเคลื่อนไหวในอวกาศเข้ากับการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติไปข้างหน้าตามเวลา เฉพาะตามแนวดังกล่าวเท่านั้นที่สามารถวัตถุวัตถุติดตามได้

จำกัด - มีมิติที่จำกัด

สตีเฟน ฮอว์คิง

"โลกโดยสรุป"

มีชีวิตชีวาและน่าสนใจ ฮอว์คิงมีพรสวรรค์ในการสอนและการอธิบาย และนำเสนอแนวคิดที่ซับซ้อนอย่างยิ่งอย่างตลกขบขันพร้อมการเปรียบเทียบจากชีวิตประจำวัน

นิวยอร์กไทม์ส

หนังสือเล่มนี้นำความมหัศจรรย์ในวัยเด็กมาผสมผสานกับสติปัญญาอัจฉริยะ เราเดินทางผ่านจักรวาลของฮอว์คิง ซึ่งถูกขับเคลื่อนด้วยพลังแห่งจิตใจของเขา

ซันเดย์ไทมส์

มีชีวิตชีวาและมีไหวพริบ... ทำให้ผู้อ่านทั่วไปสามารถดึงความจริงทางวิทยาศาสตร์อันล้ำลึกจากแหล่งต้นฉบับได้

ชาวนิวยอร์ก

Stephen Hawking เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านความชัดเจน... เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าใครก็ตามที่ยังมีชีวิตอยู่ในปัจจุบันได้นำเสนอการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ชัดเจนยิ่งขึ้นซึ่งทำให้คนธรรมดาหวาดกลัว

ชิคาโกทริบูน

อาจเป็นหนังสือวิทยาศาสตร์ยอดนิยมที่ดีที่สุด บทสรุปที่เชี่ยวชาญเกี่ยวกับสิ่งที่นักฟิสิกส์ยุคใหม่รู้เกี่ยวกับฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ขอบคุณดร.ฮอว์คิง! คิดถึงจักรวาลและทำไมมันถึงเป็นเช่นนี้

วารสารวอลล์สตรีท

ในปี 1988 หนังสือที่ทำลายสถิติของ Stephen Hawking เรื่อง A Brief History of Time ได้แนะนำให้ผู้อ่านทั่วโลกรู้จักแนวคิดของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่น่าทึ่งคนนี้ และนี่คือกิจกรรมสำคัญใหม่: Hawking กลับมาแล้ว! ภาคต่อที่มีภาพประกอบสวยงามอย่าง The World in a Nutshell เผยให้เห็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่การตีพิมพ์หนังสือเล่มแรกของเขาที่ได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวาง

ฮอว์คิงเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งที่สุดในยุคของเรา ซึ่งไม่เพียงรู้จักความกล้าหาญในความคิดของเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความชัดเจนและความเฉลียวฉลาดในการแสดงออกของเขาด้วย Hawking พาเราไปสู่การวิจัยระดับแนวหน้า ที่ซึ่งความจริงดูเหมือนแปลกกว่านิยาย เพื่ออธิบาย ศัพท์ง่ายๆ ที่เป็นหลักการที่ควบคุมจักรวาล เช่นเดียวกับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคน ฮอว์คิงปรารถนาที่จะค้นพบจอกศักดิ์สิทธิ์แห่งวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่ง ซึ่งอยู่ที่รากฐานของจักรวาล ช่วยให้เราสัมผัสความลับของจักรวาลได้ ตั้งแต่แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดไปจนถึงสมมาตรยิ่งยวด จากทฤษฎีควอนตัมไปจนถึงทฤษฎี M จากโฮโลแกรมไปจนถึงความเป็นคู่ เราไปผจญภัยที่น่าตื่นเต้นไปกับเขาในขณะที่เขาพูดถึงความพยายามของเขาในการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และแนวคิดของริชาร์ด ไฟน์แมน เกี่ยวกับประวัติศาสตร์มากมายจนกลายเป็นทฤษฎีที่เป็นเอกภาพโดยสมบูรณ์ซึ่งจะอธิบายทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาล

เราร่วมเดินทางไปกับเขาในการเดินทางสุดพิเศษผ่านอวกาศ-เวลา และภาพประกอบสีอันงดงามเป็นจุดสังเกตในการเดินทางครั้งนี้ผ่านดินแดนมหัศจรรย์เหนือจริง ที่ซึ่งอนุภาค เยื่อหุ้มเซลล์ และเส้นเชือกเคลื่อนที่ในสิบเอ็ดมิติ ที่ซึ่งหลุมดำระเหยไป และนำความลับของพวกมันไปด้วย และ ที่ซึ่งเมล็ดจักรวาลซึ่งเป็นที่ที่เอกภพของเราเติบโตนั้นเป็นถั่วลูกเล็กๆ

Stephen Hawking ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ Lucasian สาขาคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ต่อจาก Isaac Newton และ Paul Dirac เขาได้รับการยกย่องให้เป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่โดดเด่นที่สุดนับตั้งแต่ไอน์สไตน์

คำนำ

ฉันไม่ได้คาดหวังว่าหนังสือสารคดีของฉัน A Brief History of Time จะประสบความสำเร็จขนาดนี้ หนังสือยังคงอยู่ในรายชื่อหนังสือขายดีของ London Sunday Times มานานกว่าสี่ปี ซึ่งนานกว่าหนังสือเล่มอื่นๆ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเป็นพิเศษสำหรับการตีพิมพ์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโดยปกติแล้วหนังสือเหล่านี้จะขายออกเร็วมาก จากนั้นผู้คนก็เริ่มถามว่าเมื่อไหร่จะมีภาคต่อ ฉันไม่เต็มใจ ไม่อยากเขียนอะไรประมาณว่า "เรื่องสั้นต่อเนื่อง" หรือ "ประวัติศาสตร์ของเวลาอีกสักหน่อย" ฉันยังยุ่งอยู่กับการค้นคว้า แต่ก็เริ่มชัดเจนว่าสามารถเขียนหนังสือเล่มอื่นได้ซึ่งมีโอกาสที่จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น “ประวัติศาสตร์โดยย่อของเวลา” มีโครงสร้างตามรูปแบบเชิงเส้น ในกรณีส่วนใหญ่ แต่ละบทที่ตามมาจะเชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลกับบทก่อนหน้า ผู้อ่านบางคนชอบเนื้อหานี้ แต่บางคนก็ติดอยู่กับบทแรกๆ และไม่เคยเข้าถึงหัวข้อที่น่าสนใจไปกว่านี้เลย หนังสือเล่มนี้มีโครงสร้างแตกต่างออกไป - มีลักษณะเหมือนต้นไม้มากกว่า: บทที่ 1 และ 2 ก่อตัวเป็นลำต้นซึ่งกิ่งก้านของบทที่เหลือแผ่ขยายออกไป

"กิ่งก้าน" เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นอิสระจากกันและเมื่อได้รับแนวคิดเกี่ยวกับ "ลำต้น" ผู้อ่านสามารถทำความคุ้นเคยกับกิ่งก้านเหล่านี้ในลำดับใดก็ได้ เกี่ยวข้องกับประเด็นที่ฉันทำงานหรือคิดมาตั้งแต่ตีพิมพ์ A Brief History of Time นั่นคือสะท้อนให้เห็นถึงพื้นที่การวิจัยสมัยใหม่ที่มีการพัฒนาอย่างแข็งขันที่สุด ภายในแต่ละบท ฉันได้พยายามที่จะย้ายออกจากโครงสร้างเชิงเส้นด้วย ภาพประกอบและคำบรรยายนำผู้อ่านไปสู่เส้นทางอื่น ดังเช่นใน An Illustrated Brief History of Time ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1996 แถบด้านข้างและหมายเหตุริมขอบทำให้บางหัวข้อสามารถกล่าวถึงได้ลึกกว่าที่เป็นไปได้ในข้อความหลัก

ในปี 1988 เมื่อมีการตีพิมพ์ A Brief History of Time เป็นครั้งแรก ความรู้สึกก็คือทฤษฎีสุดท้ายของทุกสิ่งนั้นแทบจะไม่ปรากฏให้เห็นบนขอบฟ้าเลย สถานการณ์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตั้งแต่นั้นมา? เราเข้าใกล้เป้าหมายของเรามากขึ้นหรือยัง? ดังที่คุณจะได้เรียนรู้ในหนังสือเล่มนี้ ความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก แต่การเดินทางยังคงดำเนินต่อไป และไม่มีที่สิ้นสุด อย่างที่เขาว่ากันว่า มุ่งหน้าต่อไปอย่างมีความหวัง ดีกว่าไปถึงเป้าหมาย" การค้นหาและการค้นพบของเราจุดประกายความคิดสร้างสรรค์ในทุกด้าน ไม่ใช่แค่ในทางวิทยาศาสตร์ ถ้าเราไปถึงสุดถนน จิตวิญญาณของมนุษย์ก็จะ เหี่ยวเฉาและตาย แต่ฉันไม่คิดว่าเราจะหยุดนิ่ง: หากไม่ลึกลงไป เราจะก้าวไปสู่ความซับซ้อน โดยคงอยู่ในศูนย์กลางของขอบเขตความเป็นไปได้ที่ขยายออกไปเสมอ

บทที่ 1 ประวัติโดยย่อของสัมพัทธภาพ

ไอน์สไตน์วางรากฐานสำหรับทฤษฎีพื้นฐานสองทฤษฎีของศตวรรษที่ 20 อย่างไร: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปเกิดในปี พ.ศ. 2422 ในเมืองอุล์มของเยอรมนี ต่อมาครอบครัวย้ายไปมิวนิก ที่ซึ่งบิดาของนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต แฮร์มันน์ และจาค็อบ ลุงของเขา มี บริษัทวิศวกรรมไฟฟ้าขนาดเล็กและไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อัลเบิร์ตไม่ใช่เด็กอัจฉริยะ แต่การอ้างว่าเขาสอบตกที่โรงเรียนดูเหมือนจะเป็นการพูดเกินจริง ในปี พ.ศ. 2437 ธุรกิจของบิดาล้มเหลว และครอบครัวย้ายไปมิลาน พ่อแม่ของเขาตัดสินใจออกจากอัลเบิร์ตในเยอรมนีจนกว่าเขาจะเรียนจบ แต่เขาทนไม่ได้กับลัทธิเผด็จการของเยอรมัน และหลังจากนั้นไม่กี่เดือนเขาก็ออกจากโรงเรียนไปอิตาลีเพื่อร่วมครอบครัว ต่อมาเขาสำเร็จการศึกษาในเมืองซูริก โดยได้รับประกาศนียบัตรจาก Polytechnic (ETN) อันทรงเกียรติในปี 1900 แนวโน้มของไอน์สไตน์ที่จะโต้แย้งและไม่ชอบผู้บังคับบัญชาทำให้เขาไม่สามารถสร้างความสัมพันธ์กับอาจารย์ ETH ได้ ดังนั้นจึงไม่มีใครเสนอตำแหน่งผู้ช่วยให้เขา ซึ่งโดยปกติแล้วเขาจะเริ่มต้นอาชีพทางวิชาการของเขา เพียงสองปีต่อมา ในที่สุดชายหนุ่มก็สามารถได้งานเป็นเสมียนรุ่นน้องที่สำนักงานสิทธิบัตรสวิสในกรุงเบิร์น ในช่วงเวลานี้เอง ในปี 1905 เขาได้เขียนบทความสามฉบับที่ไม่เพียงแต่ทำให้ไอน์สไตน์เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลกเท่านั้น แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์สองครั้ง นั่นคือ การปฏิวัติที่เปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับเวลา พื้นที่ และความเป็นจริงด้วยตัวมันเอง

นิวยอร์กไทม์ส

ซันเดย์ไทมส์

ชาวนิวยอร์ก

ชิคาโกทริบูน

วารสารวอลล์สตรีท

คำนำ

ฉันไม่ได้คาดหวังว่าหนังสือสารคดีของฉัน A Brief History of Time จะประสบความสำเร็จขนาดนี้ หนังสือยังคงอยู่ในรายชื่อหนังสือขายดีของ London Sunday Times มานานกว่าสี่ปี ซึ่งนานกว่าหนังสือเล่มอื่นๆ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเป็นพิเศษสำหรับการตีพิมพ์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโดยปกติแล้วหนังสือเหล่านี้จะขายออกเร็วมาก จากนั้นผู้คนก็เริ่มถามว่าเมื่อไหร่จะมีภาคต่อ ฉันไม่เต็มใจ ไม่อยากเขียนอะไรประมาณว่า "เรื่องสั้นต่อเนื่อง" หรือ "ประวัติศาสตร์ของเวลาอีกสักหน่อย" ฉันยังยุ่งอยู่กับการค้นคว้า แต่ก็เริ่มชัดเจนว่าสามารถเขียนหนังสือเล่มอื่นได้ซึ่งมีโอกาสที่จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น “ประวัติศาสตร์โดยย่อของเวลา” มีโครงสร้างตามรูปแบบเชิงเส้น ในกรณีส่วนใหญ่ แต่ละบทที่ตามมาจะเชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลกับบทก่อนหน้า ผู้อ่านบางคนชอบเนื้อหานี้ แต่บางคนก็ติดอยู่กับบทแรกๆ และไม่เคยเข้าถึงหัวข้อที่น่าสนใจไปกว่านี้เลย หนังสือเล่มนี้มีโครงสร้างแตกต่างออกไป - มีลักษณะเหมือนต้นไม้มากกว่า: บทที่ 1 และ 2 ก่อตัวเป็นลำต้นซึ่งกิ่งก้านของบทที่เหลือแผ่ขยายออกไป

ในปี 1988 เมื่อมีการตีพิมพ์ A Brief History of Time เป็นครั้งแรก ความรู้สึกก็คือทฤษฎีสุดท้ายของทุกสิ่งนั้นแทบจะไม่ปรากฏให้เห็นบนขอบฟ้าเลย สถานการณ์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตั้งแต่นั้นมา? เราเข้าใกล้เป้าหมายของเรามากขึ้นหรือยัง? ดังที่คุณจะได้เรียนรู้ในหนังสือเล่มนี้ ความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก แต่การเดินทางยังคงดำเนินต่อไป และไม่มีที่สิ้นสุด อย่างที่เขาว่ากันว่า มุ่งหน้าต่อไปอย่างมีความหวัง ดีกว่าไปถึงเป้าหมาย" การค้นหาและการค้นพบของเราจุดประกายความคิดสร้างสรรค์ในทุกด้าน ไม่ใช่แค่ในทางวิทยาศาสตร์ ถ้าเราไปถึงสุดถนน จิตวิญญาณของมนุษย์ก็จะ เหี่ยวเฉาและตาย แต่ฉันไม่คิดว่าเราจะหยุดนิ่ง: หากไม่ลึกลงไป เราจะก้าวไปสู่ความซับซ้อน โดยคงอยู่ในศูนย์กลางของขอบเขตความเป็นไปได้ที่ขยายออกไปเสมอ

บทที่ 5

ปกป้องอดีต

เกี่ยวกับว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้หรือไม่และอารยธรรมที่พัฒนาแล้วอย่างมากเมื่อกลับไปสู่อดีตจะสามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่

เนื่องจาก Stephen Hawking (ผู้แพ้การเดิมพันครั้งก่อนในประเด็นนี้ด้วยการทำให้ข้อเรียกร้องของเขากว้างเกินไป) ยังคงเชื่อมั่นอย่างแน่วแน่ว่าภาวะเอกฐานที่เปลือยเปล่านั้นถูกสาปและควรต้องห้ามตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิก และเพราะ John Preskill และ Kip Thorne (ผู้ชนะในครั้งก่อน เดิมพัน) - ยังคงเชื่อว่าเอกภาวะเปลือยเปล่าในฐานะวัตถุแรงโน้มถ่วงควอนตัมสามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่ถูกขอบฟ้าบดบังในจักรวาลที่สังเกตได้ ฮอว์คิงเสนอ และเพรสสกิล/ธอร์นยอมรับการเดิมพันต่อไปนี้:

เนื่องจากรูปแบบของสสารหรือสนามคลาสสิกใดๆ ที่ไม่สามารถกลายเป็นเอกพจน์ในกาลอวกาศแบนได้จะเป็นไปตามสมการคลาสสิกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ วิวัฒนาการเชิงพลวัตจากสภาวะเริ่มต้นใดๆ (นั่นคือ จากชุดข้อมูลเริ่มต้นเปิดใดๆ) จึงไม่สามารถสร้าง ภาวะเอกฐานเปลือยเปล่า (ศูนย์จีโอเดสิกที่ไม่สมบูรณ์จาก I + โดยมีจุดสิ้นสุดในอดีต)

ผู้แพ้ให้รางวัลแก่ผู้ชนะด้วยเสื้อผ้าเพื่อปกปิดความเปลือยเปล่าของเขา เสื้อผ้าจะต้องมีการปักข้อความที่เหมาะสม

สตีเฟน ดับเบิลยู. ฮอว์คิง จอห์น พี. เพรสสกิล และคิป เอส. ธอร์น
พาซาดีนา แคลิฟอร์เนีย 5 กุมภาพันธ์ 2540

ดังนั้นเขาจึงกลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่จริงจังคนแรกที่กล้าพูดถึงการเดินทางข้ามเวลาว่าเป็นไปได้จริง

พื้นฐานของการอภิปรายสมัยใหม่เกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ดังที่เห็นในบทที่แล้ว สมการของไอน์สไตน์ทำให้อวกาศและเวลาเป็นแบบไดนามิกโดยอธิบายว่าสมการและพลังงานในจักรวาลบิดเบี้ยวและบิดเบี้ยวได้อย่างไร ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เวลาส่วนตัวของใครก็ตามที่วัดด้วยนาฬิกาข้อมือ จะเพิ่มขึ้นเสมอ เช่นเดียวกับในทฤษฎีของนิวตันหรือในกาลอวกาศแบนของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แต่บางทีกาลอวกาศอาจจะบิดเบี้ยวจนคุณสามารถบินไปบนยานอวกาศและกลับมาก่อนออกเดินทางได้ (รูปที่ 5.1)

ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้หากมีรูหนอน ซึ่งเป็นท่อของกาล-อวกาศที่กล่าวถึงในบทที่ 4 ที่เชื่อมโยงส่วนต่างๆ ของอวกาศ แนวคิดคือการส่งยานอวกาศเข้าไปในปากรูหนอนและโผล่ออกมาจากที่อื่นในสถานที่และเวลาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (รูปที่ 5.2)

หากมีรูหนอนอยู่ จะสามารถแก้ปัญหาการจำกัดความเร็วในอวกาศได้ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ต้องใช้เวลาหลายหมื่นปีในการข้ามกาแล็กซี แต่ด้วยรูหนอน คุณสามารถบินไปยังอีกฟากหนึ่งของกาแล็กซีและกลับมาในช่วงอาหารค่ำได้ ในขณะเดียวกัน มันง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่าหากมีรูหนอน พวกมันสามารถใช้เพื่อค้นหาตัวเองในอดีตได้

แน่นอนว่าความขัดแย้งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเราคิดว่า ครั้งหนึ่งในอดีต คุณสามารถทำทุกอย่างที่คุณต้องการได้ หนังสือเล่มนี้ไม่ใช่สถานที่สำหรับการอภิปรายเชิงปรัชญาเกี่ยวกับเจตจำนงเสรี แต่เราจะมุ่งเน้นไปที่ว่ากฎของฟิสิกส์ยอมให้กาลอวกาศบิดเบี้ยวเพื่อที่วัตถุขนาดมหึมาเช่นยานอวกาศจะสามารถกลับไปสู่อดีตได้หรือไม่ ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ ยานอวกาศจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงในท้องถิ่นในอวกาศ-เวลาเสมอ และเป็นไปตามเส้นโลกที่เรียกว่าไทม์ไลน์ สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดคำถามใหม่ในแง่เทคนิค: จะมีเส้นโค้งเหมือนเวลาปิดในอวกาศ-เวลาหรือไม่ นั่นคือเส้นโค้งที่กลับมายังจุดเริ่มต้นครั้งแล้วครั้งเล่า? สเราจะเรียกวิถีดังกล่าวว่า “ชั่วคราว”

ไมล์ลูป”

คุณสามารถค้นหาคำตอบของคำถามได้ในสามระดับ

ประการแรกคือระดับของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งบอกเป็นนัยว่าจักรวาลมีประวัติศาสตร์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยไม่มีความไม่แน่นอน สำหรับทฤษฎีคลาสสิกนี้ เรามีภาพที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าทฤษฎีดังกล่าวไม่สามารถแม่นยำได้อย่างแน่นอน เนื่องจากจากการสังเกต สสารมีความไม่แน่นอนและความผันผวนของควอนตัม

วิธีแก้ปัญหาของเกอเดลจำเป็นต้องมีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาซึ่งอาจไม่มีอยู่จริง แต่ต่อมากลับพบวิธีแก้ปัญหาที่คล้ายกันโดยไม่มีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา กรณีที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือเมื่อเส้นจักรวาลสองเส้นเคลื่อนที่ผ่านกันและกันด้วยความเร็วสูง

ไม่ควรสับสนระหว่างสตริงคอสมิกกับวัตถุพื้นฐานของทฤษฎีสตริง ซึ่งมันไม่เกี่ยวข้องกันโดยสิ้นเชิง วัตถุดังกล่าวมีส่วนขยาย แต่ในขณะเดียวกันก็มีส่วนตัดขวางเล็กๆ การดำรงอยู่ของพวกมันถูกทำนายไว้ในทฤษฎีบางทฤษฎีของอนุภาคมูลฐาน กาลอวกาศนอกสตริงจักรวาลเส้นเดียวจะแบนราบ อย่างไรก็ตาม กาล-อวกาศแบบเรียบนี้มีจุดตัดรูปลิ่ม ซึ่งส่วนบนอยู่บนเชือกเท่านั้น มันคล้ายกับกรวย: เอากระดาษวงกลมขนาดใหญ่แล้วตัดส่วนหนึ่งออกมาเหมือนพายชิ้นหนึ่งซึ่งส่วนบนสุดจะอยู่ตรงกลางวงกลม หลังจากถอดชิ้นส่วนที่ตัดออกแล้ว ให้ติดขอบของการตัดกับส่วนที่เหลือ - คุณจะได้กรวย มันแสดงให้เห็นกาลอวกาศซึ่งมีเส้นจักรวาลอยู่ (รูปที่ 5.5)

โปรดทราบว่าเนื่องจากพื้นผิวของกรวยยังคงเป็นกระดาษแบนแบบเดียวกับที่เราเริ่มใช้ (ลบส่วนที่ถอดออก) จึงยังถือว่าแบนได้ยกเว้นด้านบน ความโค้งที่จุดยอดสามารถเปิดเผยได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าวงกลมที่อธิบายไว้รอบๆ นั้นสั้นกว่าวงกลมที่มีระยะห่างเท่ากันจากศูนย์กลางบนกระดาษทรงกลมดั้งเดิม กล่าวอีกนัยหนึ่ง วงกลมรอบจุดยอดจะสั้นกว่าวงกลมที่มีรัศมีเดียวกันควรอยู่ในพื้นที่ราบเนื่องจากเซกเตอร์ขาดหายไป (รูปที่ 5.6)

ในทำนองเดียวกัน เซกเตอร์ที่ถูกลบออกจากกาลอวกาศแบนจะทำให้วงกลมรอบเส้นคอสมิกสั้นลง แต่ไม่ส่งผลต่อเวลาหรือระยะทางในนั้น ซึ่งหมายความว่ากาลอวกาศรอบสตริงจักรวาลแต่ละอันไม่มีเวลา ส x วนซ้ำ ดังนั้นการเดินทางสู่อดีตจึงเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม หากมีเส้นจักรวาลเส้นที่สองที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับเส้นแรก ทิศทางของเวลาจะเป็นการผสมผสานระหว่างเวลาและการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของเส้นแรก ซึ่งหมายความว่าเซกเตอร์ที่ถูกตัดด้วยสายที่สองจะลดทั้งระยะทางในอวกาศและช่วงเวลาสำหรับผู้สังเกตที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับสายแรก (รูปที่ 5.7) หากสายต่างๆ เคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กันด้วยความเร็วใกล้แสง ระยะเวลาที่สั้นลงในการเดินรอบสายทั้งสองอาจมีนัยสำคัญมากจนคุณต้องถอยกลับก่อนที่จะเริ่ม กล่าวอีกนัยหนึ่งมีอยู่ชั่วคราว ส e วนซ้ำซึ่งคุณสามารถเดินทางย้อนอดีตได้

สายจักรวาลประกอบด้วยสสารที่มีความหนาแน่นของพลังงานเป็นบวก ซึ่งสอดคล้องกับฟิสิกส์ที่รู้จักในปัจจุบัน สแต่การบิดเบี้ยวของอวกาศซึ่งก่อให้เกิดความชั่วคราว ส e loops ทอดยาวไปจนถึงอนันต์ในอวกาศและไปสู่อดีตอันไม่มีที่สิ้นสุดของเวลา ดังนั้นโครงสร้างอวกาศ-เวลาดังกล่าวในขั้นต้นโดยการก่อสร้าง ทำให้มีความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลา สไม่มีเหตุผลที่จะเชื่อได้ว่าจักรวาลของเรานั้นได้รับการปรับแต่งตามรูปแบบที่ผิดเช่นนี้ เราไม่มีหลักฐานที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับการปรากฏตัวของแขกจากอนาคต (ฉันไม่นับทฤษฎีสมคบคิดที่ว่ายูเอฟโอมาจากอนาคตและรัฐบาลรู้เรื่องนี้แต่กำลังปิดบังความจริง พวกเขามักจะซ่อนสิ่งที่ไม่ได้ดีนัก) ดังนั้นฉันจะถือว่าชั่วคราวเท่านั้น ส x loops ไม่มีอยู่ในอดีตอันไกลโพ้นหรือแม่นยำกว่านั้นในอดีตเมื่อเทียบกับพื้นผิวบางส่วนในอวกาศ-เวลา ซึ่งฉันจะแสดงว่า ส- คำถาม: อารยธรรมที่พัฒนาแล้วสามารถสร้างไทม์แมชชีนได้หรือไม่? นั่นคือมันสามารถเปลี่ยนแปลงกาล-เวลาในอนาคตสัมพันธ์กับ ส e ลูปนั่นคือวิถีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงย่อยซึ่งยังสามารถกลับไปยังสถานที่และเวลาเดิมได้เนื่องจากความโค้งของกาล-อวกาศ เนื่องจากผมสันนิษฐานว่าในอดีตอันไกลโพ้นชั่วคราว ส x ไม่มีการวนซ้ำ อย่างที่ฉันเรียกมันว่า "ขอบฟ้าการเดินทางข้ามเวลา" - ขอบเขตที่แยกพื้นที่ที่มีเวลา ส e วนซ้ำจากบริเวณที่ไม่มีอยู่ (รูปที่ 5.8)

ขอบฟ้าของการเดินทางข้ามเวลาค่อนข้างคล้ายกับขอบฟ้าของหลุมดำ ที่แม้ว่าอย่างหลังจะเกิดขึ้นจากรังสีแสงที่อยู่ห่างจากหลุมดำเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ขอบฟ้าของการเดินทางข้ามเวลาถูกกำหนดโดยรังสีที่จวนจะพบกัน นอกจากนี้ ฉันจะพิจารณาเกณฑ์ของไทม์แมชชีนในการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าขอบฟ้าที่สร้างขึ้นอย่างจำกัด ซึ่งเกิดจากรังสีแสงที่ปล่อยออกมาจากบริเวณที่มีขนาดจำกัด

กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งเหล่านี้ไม่ควรมาจากอนันต์หรือเอกภาวะ แต่มาจากขอบเขตอันจำกัดซึ่งประกอบด้วยชั่วคราวเท่านั้น

ตามทฤษฎีคลาสสิก ความหนาแน่นของพลังงานจะเป็นค่าบวกเสมอ ดังนั้นจึงไม่รวมการมีอยู่ของไทม์แมชชีนที่จำกัดในระดับนี้

แต่สถานการณ์เปลี่ยนไปในทฤษฎีกึ่งคลาสสิก โดยที่พฤติกรรมของสสารได้รับการพิจารณาตามทฤษฎีควอนตัม และกาล-อวกาศถือเป็นเรื่องที่มีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนและเป็นคลาสสิก

การระเหยของหลุมดำแสดงให้เห็นว่าในระดับควอนตัม ความหนาแน่นของพลังงานบางครั้งอาจเป็นลบและทำให้กาล-อวกาศโค้งงอไปในทิศทางที่จำเป็นต่อการสร้างไทม์แมชชีน

แต่ละเรื่องราวจะเป็นกาลอวกาศโค้งมนพร้อมช่องวัสดุอยู่ในนั้น เนื่องจากเราจะสรุปประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ไม่ใช่แค่ประวัติศาสตร์ที่เป็นไปตามสมการเท่านั้น ผลรวมยังต้องรวมกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวพอที่จะเดินทางสู่อดีตได้ (รูปที่ 5.13) คำถามก็เกิดขึ้น: เหตุใดการเดินทางเช่นนี้จึงไม่เกิดขึ้นทุกที่? คำตอบก็คือ การเดินทางข้ามเวลานั้นเกิดขึ้นจริงในระดับจุลทรรศน์ แต่เราไม่ได้สังเกตเห็น หากเราใช้ความคิดในการรวมของไฟน์แมนเหนือประวัติศาสตร์กับอนุภาคเดี่ยว เราต้องรวมประวัติศาสตร์ที่มันเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงและย้อนเวลากลับไปด้วยซ้ำ โดยเฉพาะจะมีเรื่องราวที่อนุภาคเคลื่อนที่ไปมาในวงปิดในเวลาและสถานที่ เช่นเดียวกับในภาพยนตร์เรื่อง “Groundhog Day” ที่นักข่าวใช้ชีวิตวันเดิมๆ ซ้ำแล้วซ้ำเล่า (รูปที่ 5.14)

อนุภาคที่มีประวัติวงปิดดังกล่าวไม่สามารถสังเกตได้ในเครื่องเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ผลข้างเคียงสามารถวัดได้โดยการสังเกตผลการทดลองหลายประการ ประการหนึ่งคือการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงปิด อีกประการหนึ่งคือแรงเล็กน้อยที่กระทำระหว่างแผ่นโลหะที่ขนานกัน ซึ่งเกิดจากการวางวงปิดระหว่างแผ่นเหล่านั้นน้อยกว่าในบริเวณด้านนอกเล็กน้อย ซึ่งเป็นการตีความเอฟเฟกต์คาซิเมียร์ที่เทียบเท่ากันอีกประการหนึ่ง ดังนั้นการมีอยู่ของเรื่องราวที่ปิดเป็นวงจึงได้รับการยืนยันโดยการทดลอง (รูปที่ 5.15)

แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราได้ค้นพบว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพมักมีคำอธิบายสองประการที่ถูกต้องเท่าเทียมกัน เป็นไปได้เท่าเทียมกันที่จะกล่าวได้ว่าอนุภาคเคลื่อนที่ในวงปิดโดยมีพื้นหลังคงที่ หรืออนุภาคเหล่านั้นยังคงไม่เคลื่อนที่ในขณะที่กาล-อวกาศผันผวนรอบตัวพวกมัน มันมาถึงคำถาม: คุณต้องการหาผลรวมของวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคก่อนแล้วจึงหาผลรวมของกาลอวกาศโค้ง หรือกลับกัน?

ดังนั้น ทฤษฎีควอนตัมจึงดูเหมือนจะอนุญาตให้เดินทางข้ามเวลาในระดับจุลทรรศน์ได้ แต่สำหรับวัตถุประสงค์แนวไซไฟ เช่น ย้อนเวลากลับไปและฆ่าปู่ของคุณ สิ่งนี้ไม่มีประโยชน์อะไร ดังนั้น คำถามจึงยังคงอยู่: เมื่อรวมเข้ากับประวัติศาสตร์แล้ว ความน่าจะเป็นจะไปถึงจุดสูงสุดในช่วงเวลาอวกาศด้วยการวนรอบเวลาขนาดมหภาคได้หรือไม่ กคำถามนี้สามารถสำรวจได้โดยการพิจารณาผลรวมของประวัติของช่องวัสดุตามลำดับของกาลอวกาศพื้นหลังที่ใกล้เข้ามามากขึ้นจนปล่อยให้เวลาวนซ้ำ มันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะคาดหวังสิ่งนั้นในเวลาเพียงชั่วคราว

อวกาศ-เวลาดังกล่าวสามารถแสดงเป็นทรงกระบอกได้ แกนตามยาวซึ่งจะเป็นเวลา และหน้าตัดจะเป็นช่องว่างสามมิติ (รูปที่ 5.16)

ถ้าอัตราเร่งน้อยก็ชั่วคราว สนั่นคือถ้าคุณเดินไปในทิศทางนี้เป็นระยะทางหนึ่ง คุณจะไปสิ้นสุดที่จุดเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อวงกลมแต่ละวงอยู่ในทิศทางนี้ ความเร็วของคุณในทิศทางที่หนึ่งและสองจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 5.18) โอ x ลูปไม่มีอยู่ อย่างไรก็ตาม ลองพิจารณาลำดับพื้นหลังที่มี b ทั้งหมด

แม้จะเป็นการชั่วคราวก็ตาม สเพิ่มความเร็วมากขึ้น ลูปเวลาปรากฏที่ค่าความเร่งวิกฤตที่แน่นอน ไม่น่าแปลกใจเลยที่ความเร่งวิกฤตนี้สอดคล้องกับความเร็ววิกฤตในการหมุนรอบจักรวาลของไอน์สไตน์

เนื่องจากการคำนวณผลรวมของประวัติบนพื้นหลังทั้งสองนี้มีความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ เราจึงสามารถสรุปได้ว่าความน่าจะเป็นของพื้นหลังดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เมื่อเราเข้าใกล้ความโค้งที่จำเป็นเพื่อให้ได้ลูปเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความน่าจะเป็นของการบิดเบี้ยวเพียงพอสำหรับไทม์แมชชีนคือศูนย์ สิ่งนี้เป็นการยืนยันสิ่งที่ฉันเรียกว่าสมมติฐานการป้องกันตามลำดับเหตุการณ์: กฎของฟิสิกส์ได้รับการออกแบบเพื่อป้องกันไม่ให้วัตถุขนาดมหึมาเคลื่อนที่ไปตามกาลเวลา

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเขากลายเป็นเอเลี่ยนจากอนาคตที่รู้ว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้?

ฮอว์กิ้งโลกโดยสรุปอ่าน สตีเฟน ฮอว์คิง "โลกโดยสรุป"

สตีเฟน ฮอว์คิง โลกโดยสรุป

คำนำ

บทที่ 1 ประวัติโดยย่อของสัมพัทธภาพ

บทที่ 5 การปกป้องอดีต

บทที่ 5

ปกป้องอดีต

สตีเฟน ฮอว์คิง
โลกโดยสรุป

บทที่ 1
ประวัติโดยย่อของสัมพัทธภาพ