タイムトラベルは可能なのか？科学者たちの推測と挑戦

タイムトラベルとはなんでしょうか？簡単に言うと、タイムトラベルは主に人間やタイムマシンとして知られる架空の機器が特定の時点間を移動する概念です。タイムマシンは車の形でも、時間の特定の離れた地点を接続するポータルの形でも、任意の形状やサイズにすることができます。

 

タイムトラベルの概念は長年にわたって人気のサイエンスフィクションになっています。「スタートレック」シリーズや「ドクター・フー」、1985年の「バックトゥザフューチャー」など、科学者がタイムトラベルの方法を見つける方法を目のあたりにしますが、現実はもっと複雑で、概念についても議論の余地があります。

 

科学界はタイムトラベルが可能か不可能かで分かれていますが、過去に落書きしたり、未来を解明したりしたくない人がいます。さて問題はそれが本当に実現可能かどうかということです。タイムトラベルは可能なのでしょうか？確認してみましょう。

時間とは？

アルバート・アインシュタインの前は、通常の生活が示唆するように、時間は一定の実体であると考えていましたが、彼は時間が実際には相対的であることを証明しました。つまり、互いに対して移動している人々の時間はさまざまな速度で経過します。アインシュタインによれば、時間は「4次元」です。

 

あなたとあなたの従弟が、スペースシャトルで地球を離れる前に、時計の時刻を同期させることにしたとします。地球に対して30,000km/hの速度で移動している場合、地上に戻る前に、地球の周りを数周回することにしました。着陸時に、あなたの時計の時間と従弟の時計の時間を比較すると、時間のわずかな違いを発見するでしょう。この違いは時間の遅れと呼ばれます。

 

時間の遅れの1つの実例は、宇宙飛行士が国際宇宙ステーションで6ヶ月間過ごした後に地球に戻ったときに経験します。約400kmの距離で地球の周りを周回している宇宙飛行士は、地球上の私たちより0.007秒少ない年齢でした。

時間の遅れの増加

これは無視できるかもしれませんが、彼/彼女が光速に近づくと、極端な時間の遅れを経験します。理論的には、時間の遅れは光速の50％まではほとんど無視できるもので、75％でわずかな影響を及ぼしますが、そのあとは指数関数的に上昇します。

 

特殊相対性理論は、誰かまたは他の何かに対する相対速度に基づいて、時間がどのように加速/減速するのかを教えてくれます。宇宙船の光速に近いと、地球上にいる従弟よりもはるかにゆっくりと老化するでしょう。

 

これは本当にタイムトラベルなのかと考えているかもしれません。そうです。時空の性質上、高速の90％で移動した後、地球に戻ると、地球上の人々より3倍若くなります。つまり、時間と空間と比較して何年も未来を旅したことになります。

 

クリストファー・ノーランのインターステラーからの一例を見てみましょう。人間に適した惑星を見つけるために、クーパーのチームは、超大質量ブラックホールの非常に近くに閉じ込められた巨大な水惑星に到達しました。

 

1億の太陽の質量に相当する質量と、高速約99.8％の回転速度で、超大質量ブラックホールあるいはガルガンチュアは時間を極限まで減速させ、地球上の1時間は宇宙船の7年に等しくなります。（宇宙船の耐久性）母船に戻ったあと（わずか3時間後）、彼らは科学者の友人たちが23地球年歳を取っていたことを見つけました。

 

これは単なるフィクションではありません。実際の生活である場合にどのように起こるかを示しています。技術的には、彼らは地球上の人々よりも23年先を旅していました。これまで未来へ旅する可能性を探求してきましたが、過去についてはどうでしょうか？

 

光よりも早く移動する

技術的には、アインシュタインの一般相対性理論の理論では私たちは時間を遡ることができます。しかし、これらの数式を物理的に達成することは、近い将来では不可能かもしれません。これは、高速よりも速い速度、真空中で約300,000km/s(正確には299,792km/s)を達成すれば可能かもしれません。

 

しかし、アインシュタインの方程式はまた、物体が無限の質量とゼロの長さを持っている場合にのみ高速を達成することができることを示しています。これは、現実の世界では不可能です。しかし多くの研究者たちは、アインシュタイン方程式をさらに修正できると信じています。

 

「ワームホール」を作成することはタイムトラベルのもう一つの可能な方法です。移動できるワームホールの概念は、一般相対性理論によって検証されます。科学者はワームホールを発見していませんが、ワームホールの作成は、負の質量/エネルギーを持つ「エキゾチック物質」の存在下でのみ可能です。

祖父のパラドックス

過去にタイムトラベルするという概念は、さまざまなパラドックスや矛盾を引き起こします。その一つは有名な祖父のパラドックスです。理由は聞かないでくださいね、過去に遡る方法を見つけて、両親または祖父の1人を殺すことにしたと想像してみてください。もしあなたが過去に祖父を過去で殺してしまったら、あなたの父親は生まれていないことになり、あなた自身も生まれていないので、あなたの人生は永遠に変わります。

 

何人かの科学者は、あなたが現在の宇宙で生まれてなくても、他の宇宙で生まれると信じています。他の研究者たちはそのような出来事（過去を変える、またはパラドックスを引き起こすこと）は起こる確率はゼロ（ノビコフ自己無矛盾性原理）であると言っています。

 

その他の人気のあるタイムトラベル理論

ブラックホール

ブラックホールの近くへの短時間の訪問はタイムトラベルを達成するためのもう1つの方法です。唯一の落とし穴は、まるで簡単であるかのように光速で移動しなければならないことです。1グラムの継続加速度であなたを推進するのに十分強力な宇宙船を持っていると想像してください。そしてあなたの時間の数十年間で天の川銀河（26,000光年離れた）の中心に到達することができるでしょう。

 

銀河中心が実際にどれほど離れているのかを知るために、地球に最も近い星が4.3光年離れている場所にある事実を考えると、ヴォイジャージ（最も遠い人工物）はこれまでたった半分の距離しか移動していません。

 

ブラックホールの近くに到達したあと、少し息抜きをしてここ地球に向かいます。地球に戻ったら、家族や友人に会うのを忘れてください。40,000年以上経っているのに、あなたは40年かそこらしか歳を取っていないので、数十年前に知っていた地球は今では瓦礫の山になっている可能性があります。一部の科学者は、この状況は巨大な回転構造で人工的に作り出すことができるとさえ信じています。

 

2010年に、世界的に有名な物理学者のスティーヴン・ホーキングがデイリーメールで話したことです。

 

「彼らは周りに行き、ブラックホールから遠く離れた場所にいる人々のちょうど半分の時間しか経験しませんでした。船とそのクルーは時間をかけて移動します。彼らが5年間ブラックホールを一周したと想像してみてください。他の場所では10年が経過するでしょう。彼らが家に着いた頃には地球上の誰もが彼らよりも5年歳を取ったでしょう。」

 

ティプラーシリンダー

この理論は元々は1930年代にヤコブ・ファン・ストックムとコルネリウス・ランチョスによって発明されましたが、化学界に現れたのは1970年代、天文学者フランク・ティプラーがこの理論を分析したときでした。ティプラーは、宇宙時間では太陽の10倍、軌道する巨大で無制限に長いシリンダーがあると主張しました。

 

毎分数十億の速度で猛烈に回転すると、慣性系の引きずり効果が生じる可能性があります。近くの宇宙船がシリンダーの周りを正確に回転すると、「時間的閉曲線」になる可能性があります。

 

タイムマシン

タイムトラベルは、タイムマシンと呼ばれる特別な機器が必要であるというのが基本的な理解です。物理学によると、タイムマシンは空間内の2点間の距離を短くするために、時空を曲げる必要があります。現在、物理学者はタイムラインがループで移動する、時間を遡るのに不可欠な現象の一つは「時間的閉曲線」であると考えています。

 

タイムマシンの場合、この状態を実現するには、負のエネルギー密度を持つ「エキゾチック物質」が必要であると考えられています。理論的には、これらのエキゾチック物質は存在し、おそらくまだどこにも見られていない奇妙でユニークな特性を持っています。

 

しかし、さまざまなシミュレーションではこれらのネガティブ物質が存在する可能性は非常に少なく、タイムマシンを構築するには不十分であることが示されています。

 

結論－タイムトラベルは可能なのか？

上記の議論から、タイムトラベルは不可能なようです。しかし、近い将来に何が起こるかを知っている物理学の分野は絶えず進化しています。特に、場の量子論の大きな進歩は、おそらくタイムトラベルのパラドックスを克服する方法のある程度の理解を提供する可能性があります。