노비코프 자기 일관성 원칙

Novikov self-consistency principle

노비코프 자기일관성 추측과 래리 니븐의 역사 보존 법칙으로도 알려진 노비코프 자기일관성 원칙은 1980년대 중반 러시아 물리학자 이고르 드미트리예비치 노비코프가 개발한 원칙이다.노비코프는 시간 여행의 역설의 문제를 해결하기 위해 이것을 고안했는데, 이것은 닫힌 시간 곡선이라고 알려진 일반 상대성 이론의 특정 해법에서 이론적으로 허용된다.이 원칙은 과거에 역설이나 "변화"를 일으킬 사건이 존재한다면, 그 사건의 확률은 0이라고 주장한다.따라서 시간의 역설을 만들어 내는 것은 불가능할 것이다.

역사

물리학자들은 일반 상대성 이론의 일부 해법에는 닫힌 시간 곡선(예: 괴델 미터법)이 포함되어 있다는 것을 오랫동안 알고 있었다.노비코프는 1975년과 [1]1983년에 쓴 책에서 폐쇄 시간 곡선(CTCs)의 가능성에 대해 논하면서, 시간을 거슬러 올라가는 자기 일관적인 여행만이 [2]허용될 것이라는 의견을 제시했다.1990년 노비코프 등의 논문에서 저자는 "시간적 [3]곡선이 닫힌 공간에서의 카우치 문제"를 다음과 같이 기술했다.

작가들이 용납할 수 없는 유일한 인과관계 위반 유형은 시간을 거슬러 올라가 자신의 젊은 자아를 죽이는 공상과학 개념에 구현된 것이다.몇 년 전 우리 중 한 명10(노비코프)은 CTC가 존재할 가능성을 잠시 고려하면서 이러한 유형의 인과관계 위반을 수반할 수 없다고 주장했습니다.CTC에서의 사건은 이미 자기 정합성이 보장되어 있습니다.그들은 자기 조정, 주기, 자기 정합성이 있는 방식으로 닫힌 곡선을 중심으로 서로에게 영향을 미칩니다.다른 작가들도 최근에 같은 관점에 도달했다.

우리는 이 관점을 자기 일관성의 원칙에서 구체화할 것입니다. 즉, 실제 우주에서 국지적으로 일어날 수 있는 물리 법칙에 대한 유일한 해결책은 세계적으로 자기 일관성이 있는 것이라는 것입니다.이 원리에 의해 물리방정식에 대한 국소해법을 구축할 수 있는 것은 국소해법이 시공간 전체에 걸쳐 잘 정의되어 있는 (반드시 고유하지 않은) 글로벌해법의 일부로 확장될 수 있는 경우 뿐입니다.

이 1990년 종이의 공동 저자 중에서 킵 쏜, 마이크 모리스, Ulvi Yurtsever, 1988년은 새로운 일반 상대성 이론이 해결책은 통과할 수 있는 웜홀로 알려진 C. 했다며 종이"Wormholes, 타임 기기, 약한 에너지 조건"[4]과 시간 여행이라는 주제에서 일반 상대성 이론에 대해 다시 관심을 빚은 바 있었다ould 폐쇄적인 시간적 곡선으로 이어지며 이전의 CTC를 포함하는 솔루션과는 달리 우주 전체에 비현실적인 조건이 필요하지 않았다.1990년 논문의 주 저자인 존 프리드먼과 논의한 후, 그들은 [5]: 509 웜홀을 통해 보내진 물체와 상관없이 시간 여행이 해결할 수 없는 역설로 이어질 필요는 없다고 자신들에게 확신시켰다.

폴친스키의 역설
에케베리아와 클링크해머의 결의안

이에 대한 대응으로, 물리학자 조셉 폴친스키는 웜홀을 통해 시간을 거슬러 보내지는 당구공과 관련된 잠재적으로 역설적인 사고 실험을 사용함으로써 자유의지의 문제를 피할 수 있다고 주장하는 편지를 그들에게 썼다.폴친스키의 시나리오에서 당구공이 웜홀에 발사되는 각도로, 만약 당구공이 자신의 경로를 따라 계속 간다면, 과거의 자신과 충돌하기 위해 단지 올바른 각도로 과거로 빠져나갈 것이고, 그것은 트랙을 벗어나 웜홀 안으로 들어가는 것을 애초에 막는다.손 교수는 1994년 [6]: 510–511 이 시나리오를 '폴친스키의 역설'이라고 불렀다.

시나리오를 검토한 결과, (Torne이 가르친) Caltech의 두 학생인 Fernando Echeverria와 Gunnar Klinkhammer는 불일치를 피할 수 있는 문제에 대한 해결책에 도달했습니다.수정된 시나리오에서는 미래에서 날아온 공이 패러독스를 일으키는 공과는 다른 각도로 나타나 웜홀로부터 완전히 떨어지는 대신 젊은 자신에게 일격을 가한다.이 타격은 그것의 궤적을 적절한 정도로 변화시킵니다. 즉, 그것은 어린 자신에게 필요한 반짝이는 타격을 전달하는 데 필요한 각도로 시간을 거슬러 이동합니다.Echeverria와 Klinkhammer는 실제로 두 가지 이상의 일관된 솔루션이 있으며, 각 상황에서 발생하는 타격에 대한 각도가 약간 다르다는 것을 발견했습니다.Thorne과 Robert Forward에 의한 이후 분석은 당구공의 특정 초기 궤적에 대해 실제로 무한히 많은 수의 자기 일관성 [6]: 511–513 있는 솔루션이 존재할 수 있다는 것을 보여주었다.

Echerveria, Klinkhammer, Thorne은 [7]1991년에 이러한 결과에 대해 논의하는 논문을 발표했으며, 또한 그들은 당구공에 대한 초기 조건을 찾을 수 있는지 알아보려고 노력했지만 그렇게 할 수 없었다고 보고했다.따라서, 비록 이것이 [8]: 184 증명되지 않았지만, 모든 가능한 초기 궤적에 대해 자기 일관성 있는 확장이 존재한다는 것은 타당하다.이는 코시 [9]지평선으로 둘러싸인 [8]: 187 시공간에서 시간순을 위반하는 영역을 벗어난 초기 조건에만 적용된다.이것은 노비코프 자기 일관성 원칙이 실제로 시간 이동이 가능한 시공간 영역 밖의 시스템에 어떠한 제약도 가하지 않고 내부에만 가한다는 것을 의미할 수 있습니다.

비록 일관성 있는 공여가 코시의 지평선의 밖에 임의의 초기 조건에 구할 수 있는 발견은 초기 condition—indeed에 있을 수 없다는 여러 뚜렷한 자기 모순이 없는 확장, 에체베리아(알. 일관된 확장의 그들은 analyzed[8]모든 초기 궤도에 대한 무한한 번호:184—can 것을 발견했다. p으로 보여지고전적으로 물리학 법칙이 어떤 확장을 선택할지 결정할 방법이 없는 것 같기 때문에 문제가 많다.이러한 어려움을 극복하기 위해 Thorne과 Klinkhammer는 양자역학을 [6]: 514–515 사용하여 당구공 시나리오를 분석하여 일관된 확장만을 사용하여 이력에 대한 양자역학적 합(경로 적분)을 수행하였고, 이것이 각각의 일관된 확장에 대해 명확한 확률을 제공한다는 것을 발견했다."시간적 곡선이 닫힌 공간에서의 카우치 문제"의 저자는 다음과 같이 쓰고 있다.

양자역학에서 자기 일관성의 원리를 강요하는 가장 간단한 방법은 자기 일관성이 있는 모든 역사, 그리고 그것만을 포함하는 합계의 역사 공식에 의한 것입니다.적어도 공식적으로(합계의 수렴과 같은 문제) 코시 수평선 이전의 당구공의 초기 비상대론적 파동 함수의 모든 선택에 대해, 그러한 합계는 모든 후속 측정의 결과에 대해 독특하고 일관된 확률을 생성하는 것으로 밝혀졌다.우리는 보다 일반적으로 안정된 코시 지평선을 가진 고전적인 웜홀 시공간 내의 양자 시스템에 대해 모든 자기 일관성 있는 이력에 대한 합계가 사용자가 선택할 수 있는 모든 측정 세트의 결과에 대해 독특하고 자기 일관성 있는 확률을 제공할 것으로 추측한다.

전제 조건

노비코프 일관성 원칙은 어떤 종류의 시간 여행이 가능한지에 대한 특정 조건을 가정합니다.구체적으로는 타임라인이 1개밖에 없거나 대체 타임라인(양자역학의 다세계적 해석에 의해 가정된 타임라인 등)에 접근할 수 없다고 가정한다.

이러한 가정을 고려할 때, 시간 여행이 일관되지 않은 결과를 초래해서는 안 된다는 제약은 단지 거짓일 수 없는 자명한 진실인 반복론으로 보일 수 있다.하지만, 노비코프 자기 일관성 원칙은 역사가 일관되어야 한다는 진술을 넘어서서, 폐쇄적인 시간 곡선이 없는 시공간에서와 같은 시간 여행을 포함하는 상황에서 우주가 같은 국부 물리 법칙을 따른다는 추가적인 중요하지 않은 가정을 만들려는 의도이다.이는 위에서 언급한 "시간적 [3]곡선이 닫힌 공간에서의 코시 문제"에서 명확히 설명되며, 여기서 저자는 다음과 같이 기술한다.

자기 일관성의 원칙이 완전히 동질적이지 않다는 것은 다음 대안을 고려할 때 명확해진다.물리 법칙은 CTC를 허용할 수 있으며, CTC가 발생하면 이전에 만나보지 못한 새로운 종류의 국소 물리학을 촉발할 수 있습니다.자기 일관성의 원칙은 그러한 행동을 배제하기 위한 것이다.그것은 지역 물리학이 CTC가 없을 때 우리가 다루는 것과 같은 유형의 물리 법칙에 의해 지배된다고 주장한다. 즉, 그 분야에 대한 자기 일관성 있는 단일 가치를 수반하는 법칙이다.본질적으로, 자기 일관성의 원리는 새로운 물리학의 원리가 아니다.만약 처음부터 새로운 물리학의 가능성을 무시하거나 무시하는 경향이 있다면, 자기 일관성을 사소한 원리로 간주할 것이다.

시간 여행자에게 미치는 영향

자기 일관성 원칙의 가정은 당구공과 같은 지능적이지 않은 물체뿐만 아니라 지능적인 시간 여행자와 관련된 가상 시나리오로 확장될 수 있다."시간적 곡선이 닫힌 공간에서의 카우치 문제"의 저자들은 논문의 결론에서 이 문제에 대해 다음과 같이 논평했다.

만약 CTC가 허용된다면, 그리고 이론 물리학의 위의 비전이 어느 정도 맞는 것으로 판명된다면, 이것은 인간과 다른 지적인 존재들을 위한 자유의지의 철학적 개념에 대해 무엇을 의미할까요?그것은 확실히 지적인 존재가 과거를 바꿀 수 없다는 것을 암시할 것이다.그러한 변화는 자기 일관성의 원칙과 양립할 수 없다.결과적으로 웜홀을 통과하여 과거를 바꾸려고 시도하는 모든 존재는 물리법에 의해 변화를 일으키는 것을 막을 수 있다. 즉, 존재의 "자유 의지"가 제한될 것이다.비록 이 제약이 표준적인 물리 법칙에 따르는 자유의지에 대한 제약보다 더 글로벌한 특성을 가지고 있지만, 우리에게 이 제약이 표준 [3]물리 법칙에 의해 부과된 것보다 더 심각하다는 것은 분명하지 않다.

마찬가지로 물리학자이자 천문학자 J. Craig Wheeler는 다음과 같이 결론짓습니다.

일관성 추측에 따르면, 복잡한 대인관계는 모순이 없도록 스스로 일관되게 작용해야 한다.그것이 결심이다.이는 문자 그대로 타임머신이 존재한다면 자유의지는 존재하지 않는다는 것을 의미합니다.과거로 거슬러 올라가면 젊은 자신을 죽이려 들지 않는다.공존할 수도 있고, 맥주 마시러 나갈 수도 있고, 생일 축하도 함께 할 수도 있지만, 어찌된 일인지 시간적 모순으로 이어지는 행동을 할 수 없는 상황이 닥칠 것이다.Novikov는 물리학이 이미 매일 당신의 자유의지를 제한하고 있다는 또 다른 주장을 가지고 이 관점을 지지한다.여러분은 날고 싶거나 콘크리트 벽을 통과하고 싶겠지만, 중력과 응축된 물질 물리학은 여러분이 할 수 없다는 것을 지시합니다.노비코프는 시간 여행자에게 부과되는 일관성 제한은 [10]왜 다른가라고 묻습니다.

타임루프 논리

주요 기사:타임루프

로봇학자이자 미래학자 Hans Moravec에 [11]의해 만들어진 타임루프 논리는 튜링 기계를 사용한 계산 복잡성의 표준 모델을 사용하여 가능한 한 빨리 답을 계산하기 위해 노비코프 자기 일관성 원리를 이용하는 가상의 계산 시스템입니다.이 시스템에서 컴퓨터는 계산 결과를 시간을 거슬러 보내고, 기계가 미래로부터 정보를 확실하게 수신할 수 있고 알고리즘과 기본 메커니즘이 정식으로 올바르면 송신된 결과가 정확하도록 강요하는 자기 일관성 원칙에 의존한다.시간 이동 메커니즘 또는 알고리즘의 정확성을 보증하지 않으면 잘못된 결과가 생성되거나 결과가 생성되지 않을 수 있습니다.

간단한 예로는 반복 메서드 알고리즘이 있습니다.Moravec 상태:

어떤 문제에 대한 대략적인 해결책을 나타내는 입력을 받아들여 개선된 근사 출력을 생성하는 계산 상자를 만듭니다.일반적으로 이러한 계산을 한정된 횟수만큼 반복적으로 적용한 후 더 낫지만 여전히 근사한 결과에 만족합니다.적절한 음의 지연이 있을 경우, [...] 함수의 각 반복의 결과는 "첫 번째" 근사치로 기능하도록 제시간에 되돌려집니다.기계가 작동되자마자, F의 소위 "고정점"이라는 입력이 즉시 그리고 꾸준히 나타난다(보통 완벽한 답을 나타낸다!). [...] 반복이 수렴되지 않으면, 즉 F가 고정점을 가지지 않으면, 컴퓨터의 출력과 입력이 셧다운되거나 정지된다.r은 있을 것 같지 않은 중간 상태에 있습니다.

음의 지연이 있는 양자 계산

물리학자 데이비드 도이치는 1991년에 이 계산 모델이 다항식 [12]시간에 NP 문제를 해결할 수 있다는 것을 보여주었고, 스콧 아론슨은 나중에 이 모델을 [13][14]다항식 시간에 PSPACE 문제를 푸는 데 사용할 수 있다는 것을 보여주기 위해 이 결과를 확장했다.Deutsch는 음의 지연(후진 시간 이동)을 수반하는 양자 연산이 자기 일관성 있는 솔루션만을 생성하며, 연대기 위반 영역은 고전적인 [12]추론을 통해서는 분명하지 않은 제약을 가한다는 것을 보여줍니다.연구자들은 2014년에 광자를 [15]사용하여 Deutsch의 모델을 검증했다고 주장하는 시뮬레이션을 발표했습니다.그러나 톨크스도르프와 베르흐의 기사에서 도이치의 자기 일관성 조건은 닫힌 시간적 곡선을 인정하지 않는 공간에서도 상대론적 양자장 이론에 따라 기술된 어떤 양자계에서도 임의의 정밀도로 충족될 수 있다는 것이 밝혀져 도이치의 모형이 정말 특징적인지에 대한 의심을 불러일으켰다.닫힌 시간적 곡선을 일반 상대성 측면에서 시뮬레이션하는 양자 과정입니다.[16]다음 [17]기사에서, 동일한 저자들은 독일 CTC 고정점 조건이 양자 시스템에 의해 구축되지 않더라도 고전 통계 역학의 법칙에 따르는 모든 시스템에서 충족될 수 있다는 것을 보여준다.저자들은 따라서 도이치의 조건은 양자물리학에만 국한된 것이 아니며, 실현되기 위해 물리적 시스템의 양자적 특성에 의존하지도 않는다고 결론지었다.결과적으로, Tolksdorf와 Verch는 도이치의 상태가 시간 여행 시나리오나 양자 물리학에 의한 그들의 가설적 실현에 대한 진술을 허용하기에 충분히 구체적이지 않다고 주장한다.

대중문화에서

  • 해리포터와 합리성의 방법.해리 포터 팬픽션의 한 조각으로 구성된 엘리에저 유드코프스키의 합리성에 대한 설명에서, 해리는 과거에 영향을 미치기 위해 그의 타임 터너를 사용하려고 시도하고 노비코프 자기 일관성 원칙이 적용된다는 결론에 도달한다.
  • Steins;Gate : 쿠리수 마키세씨가 시간여행에 관한 프레젠테이션에서 인용.
  • 직교:원리를 적용한 공상과학 소설 시리즈.
  • Outer Wilds: 시간 여행을 수반하는 비디오 게임으로, 플레이어가 테스트하면 게임이 종료됩니다.
  • 파이널 카운트다운(1980년):항공모함 니미츠가 웜홀을 통과해 진주만 전야로 돌아가는 공상과학 시간여행 영화.이상 징후는 결과에 영향을 미치기 전에 반환되어 현재로 돌아갑니다.
  • 넷플릭스 시리즈 다크는 주로 시간 여행의 가능성이 등장인물들이 과거를 바꾸도록 유혹하고, 이는 그들이 애초에 막으려 했던 사건들을 야기하게만 만든다는 개념에 바탕을 두고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 프리드먼 외 연구진 페이지 42의 참고 10, "시간적 곡선이 닫힌 시공간에서의 코치 문제"를 참조한다.
  2. ^ 러시아 책 에볼류치야 브셀렌노(1979)를 번역한 노비코프의 우주의 진화(1983) 169페이지에서 노비코프의 이 문제에 대한 언급은 번역가 M. M. 바스코가 "시간 곡선의 폐쇄가 반드시 인과관계를 위반하는 것은 아니다."—모두 닫힌 사이클을 통해 서로 영향을 주고 서로 독립적인 방식으로 따라갑니다."
  3. ^ a b c Friedman, John; Michael Morris; Igor Novikov; Fernando Echeverria; Gunnar Klinkhammer; Kip Thorne; Ulvi Yurtsever (1990). "Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves". Physical Review D. 42 (6): 1915. Bibcode:1990PhRvD..42.1915F. doi:10.1103/PhysRevD.42.1915. PMID 10013039.
  4. ^ Thorne, Kip; Michael Morris; Ulvi Yurtsever (1988). "Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition" (PDF). Physical Review Letters. 61 (13): 1446–1449. Bibcode:1988PhRvL..61.1446M. doi:10.1103/PhysRevLett.61.1446. PMID 10038800.
  5. ^ Thorne, Kip S. (1994). Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy. W. W. Norton. pp. 510–. ISBN 978-0-393-31276-8. Polchinski's paradox.
  6. ^ a b c Thorne, Kip S. (1994). Black Holes and Time Warps. W. W. Norton. ISBN 0-393-31276-3.
  7. ^ Echeverria, Fernando; Gunnar Klinkhammer; Kip Thorne (1991). "Billiard balls in wormhole spacetimes with closed timelike curves: Classical theory". Physical Review D. 44 (4): 1077. Bibcode:1991PhRvD..44.1077E. doi:10.1103/PhysRevD.44.1077.
  8. ^ a b c Earman, John (1995). Bangs, Crunches, Whimpers, and Shrieks: Singularities and Acausalities in Relativistic Spacetimes. Oxford University Press. ISBN 0-19-509591-X.
  9. ^ Nahin, Paul J. (1999). Time Machines: Time Travel in Physics, Metaphysics, and Science Fiction. American Institute of Physics. p. 508. ISBN 0-387-98571-9.
  10. ^ Wheeler, J. Craig (2007). Cosmic Catastrophes: Exploding Stars, Black Holes, and Mapping the Universe (2nd ed.). Cambridge University Press. pp. 294–295. ISBN 978-0521857147.
  11. ^ Moravec, Hans (1991). "Time Travel and Computing". Archived from the original on 2009-01-29. Retrieved 2008-07-28.
  12. ^ a b Deutsch, David (1991). "Quantum mechanics near closed timelike lines". Physical Review D. 44 (10): 3197–3217. Bibcode:1991PhRvD..44.3197D. doi:10.1103/PhysRevD.44.3197. PMID 10013776.
  13. ^ Aaronson, Scott (March 2008). "The Limits of Quantum Computers" (PDF). Scientific American: 68–69 – via scottaaronson.com.
  14. ^ Aaronson, Scott; Watrous, John (2009). "Closed Timelike Curves Make Quantum and Classical Computing Equivalent" (PDF). Proceedings of the Royal Society A. 465 (2102): 631–647. arXiv:0808.2669. Bibcode:2009RSPSA.465..631A. doi:10.1098/rspa.2008.0350 – via scottaaronson.com.
  15. ^ Ringbauer, Martin; Broome, Matthew A.; Myers, Casey R.; White, Andrew G.; Ralph, Timothy C. (19 June 2014). "Experimental simulation of closed timelike curves". Nature Communications. 5: 4145. arXiv:1501.05014. Bibcode:2014NatCo...5E4145R. doi:10.1038/ncomms5145. PMID 24942489.
  16. ^ Tolksdorf, Juergen; Verch, Rainer (2018). "Quantum physics, fields and closed timelike curves: The D-CTC condition in quantum field theory". Communications in Mathematical Physics. 357 (1): 319–351. arXiv:1609.01496. Bibcode:2018CMaPh.357..319T. doi:10.1007/s00220-017-2943-5.
  17. ^ Tolksdorf, Juergen; Verch, Rainer (2021). "The D-CTC condition is generically fulfilled in classical (non-quantum) statistical systems". Foundations of Physics. 51 (93). arXiv:1912.02301. doi:10.1007/s10701-021-00496-z.

외부 링크