Войти
Принцип самосогласованности Новикова, также известный как самосогласованность Новикова гипотеза и закон сохранения истории Ларри Нивена, это принцип, разработанный российским физиком Игорем Дмитриевичем Новиковым в середина 1980-х гг. Новиков намеревался решить проблему парадоксов в путешествиях во времени, что теоретически разрешено в некоторых решениях общей теории относительности, содержащих то, что известно как замкнутые времяподобные кривые. Принцип утверждает, что если существует событие, которое могло бы вызвать парадокс или какое-либо «изменение» в прошлом вообще, тогда вероятность этого события равна нулю. Таким образом, было бы невозможно создать парадоксы времени.
Физикам давно известно, что некоторые решения общей теории относительности содержат замкнутые времениподобные кривые - например, метрика Гёделя. Новиков обсуждал возможность замкнутых времениподобных кривых (СТК) в книгах, написанных им в 1975 и 1983 годах, высказывая мнение, что разрешены только самосогласованные путешествия назад во времени. В статье 1990 года Новикова и нескольких других авторов «Задача Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми» авторы заявляют:
Единственный тип нарушения причинности, который авторы сочли бы неприемлемым, - это тот, который воплощен в научно-фантастической концепции возвращение назад во времени и самоубийство более молодого («изменение прошлого»). Несколько лет назад один из нас (Новиков) вкратце рассмотрел возможность существования ЦКО и утверждал, что они не могут повлечь за собой этот тип нарушения причинно-следственной связи: события в ЦКО уже гарантированно самосогласованы, утверждал Новиков; они влияют друг на друга по замкнутой кривой саморегулирующимся, циклическим и самосогласованным образом. Другие авторы недавно пришли к той же точке зрения.
Мы воплотим эту точку зрения в принцип самосогласованности, который гласит, что единственные решения законов физики, которые могут иметь место локально в реальной Вселенной, - это те, которые являются глобально самосогласованными. Этот принцип позволяет строить локальное решение уравнений физики только в том случае, если это локальное решение может быть расширено до части (не обязательно уникального) глобального решения, которое хорошо определено во всех неособых областях пространства-времени.
Среди соавторов этой статьи 1990 года были Кип Торн, Майк Моррис и Ульви Юрсевер, которые в 1988 году возродили интерес к теме путешествий во времени в общая теория относительности с их статьей «Червоточины, машины времени и условие слабой энергии», которая показала, что новое решение общей теории относительности, известное как проходимая червоточина, может привести к замкнутым временподобным кривым, и в отличие от предыдущих CTC-содержащих решения, это не требовало нереалистичных условий для Вселенной в целом. После обсуждения с другим соавтором статьи 1990 года, Джоном Фридманом, они убедили себя, что путешествия во времени не обязательно должны приводить к неразрешимым парадоксам, независимо от объекта, посланного через червоточину.
«Парадокс Полчинского» 
Эчеверрия и Резолюция Клинкхаммера В качестве ответа физик Джозеф Полчински написал им письмо, в котором утверждал, что можно избежать проблемы свободы воли, используя потенциально парадоксальный мысленный эксперимент с бильярдным шаром отправлено назад во времени через червоточину. В сценарии Полчински бильярдный шар выстреливается в червоточину под таким углом, что, если он продолжит свой путь, он выйдет в прошлом под правильным углом, чтобы столкнуться со своим предыдущим я, выбивая он сбился с пути и в первую очередь не дает ему войти в червоточину. Торн называл этот сценарий «парадоксом Полчинского » в 1994 году.
Рассмотрев сценарий, Фернандо Эчеверриа и Гуннар Клинкхаммер, двое студентов из Калифорнийского технологического института (где Торн учил), пришли к решению проблемы, в котором удалось избежать каких-либо несоответствий. В пересмотренном сценарии мяч появляется из будущего под другим углом, чем тот, который порождает парадокс, и наносит скользящий удар своему младшему «я» вместо того, чтобы полностью отбросить его от червоточины. Этот удар изменяет свою траекторию на нужную степень, что означает, что он будет перемещаться назад во времени под углом, необходимым для того, чтобы нанести своему младшему «я» необходимый скользящий удар. Эчеверрия и Клинкхаммер фактически обнаружили, что существует более чем одно самосогласованное решение с немного разными углами для скользящего удара в каждой ситуации. Более поздний анализ, проведенный Торном и Робертом Форвардом, показал, что для определенных начальных траекторий бильярдного шара на самом деле может существовать бесконечное количество самосогласованных решений.
Эчеверрия, Клинкхаммер и Торн опубликовали документ, в котором обсуждаются эти результаты в 1991 г.; кроме того, они сообщили, что пытались выяснить, могут ли они найти какие-либо начальные условия для бильярдного шара, для которых не было самосогласованных расширений, но не смогли этого сделать. Таким образом, вполне вероятно, что существуют самосогласованные расширения для каждой возможной начальной траектории, хотя это не было доказано. Это применимо только к начальным условиям за пределами нарушающей хронологию области пространства-времени, которая ограничена горизонтом Коши. Это может означать, что принцип самосогласованности Новикова на самом деле не накладывает никаких ограничений на системы за пределами области пространства-времени, где путешествия во времени возможны, а только внутри нее.
Даже если самосогласованные расширения могут быть найдены для произвольных начальных условий за пределами горизонта Коши, открытие того, что может быть несколько различных самосогласованных расширений для одного и того же начального условия - действительно, Echeverria et al. обнаружили бесконечное количество последовательных расширений для каждой начальной траектории, которую они проанализировали, - это можно рассматривать как проблематичное, поскольку в классическом понимании не существует способа решить, какое расширение выберут законы физики. Чтобы обойти эту трудность, Торн и Клинкхаммер проанализировали сценарий бильярдного шара с помощью квантовой механики, выполнив квантово-механическое суммирование историй (интеграл по путям ), используя только согласованные расширения, и обнаружили, что это привело к хорошему результату. -определенная вероятность для каждого согласованного расширения. Авторы задачи Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми пишут:
Самый простой способ навязать принцип самосогласованности в квантовой механике (в классическом пространстве-времени) - это формулировка суммы по историям, в которой включает в себя все те и только те истории, которые непротиворечивы. Оказывается, что, по крайней мере формально (по модулю таких вопросов, как сходимость суммы), для любого выбора исходной нерелятивистской волновой функции бильярдного шара перед горизонтом Коши, например сумма по историям дает уникальные, самосогласованные вероятности результатов всех наборов последующих измерений.... В более общем плане мы подозреваем, что для любой квантовой системы в классическом пространстве-времени кротовой норы со стабильным горизонтом Коши сумма по всем самосогласованным историям даст уникальные, самосогласованные вероятности результатов всех наборов измерений, которые можно сделать выбор.
Принцип согласованности Новикова предполагает определенные условия о том, какой вид путешествия во времени возможен. В частности, предполагается, что существует только одна временная шкала, или что любые альтернативные временные шкалы (например, постулируемые многомировой интерпретацией из квантовой механики ) недоступны.
Учитывая эти предположения, ограничение, согласно которому путешествия во времени не должны приводить к противоречивым результатам, может рассматриваться просто как тавтология, самоочевидная истина, которая не может быть ложной. Однако принцип самосогласованности Новикова призван выйти за рамки простого утверждения о том, что история должна быть последовательной, и делает дополнительное нетривиальное предположение, что Вселенная подчиняется тем же локальным законам физики в ситуациях, связанных с путешествиями во времени, что и в областях пространства. время без замкнутых времяподобных кривых. Это проясняется в упомянутой выше "задаче Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми", где авторы пишут:
То, что принцип самосогласования не является полностью тавтологическим, становится ясным, если рассматривать следующую альтернативу: законы физика может допускать ЦОК; и когда происходят СТК, они могут запускать новые виды локальной физики, с которыми мы раньше не встречались.... Принцип непротиворечивости призван исключить такое поведение. Он настаивает на том, что локальная физика регулируется теми же типами физических законов, с которыми мы имеем дело в отсутствие СТС: законами, которые влекут за собой самосогласованную однозначность полей. По сути, принцип самосогласования - это принцип отсутствия новой физики. Если кто-то с самого начала склонен игнорировать или сбрасывать со счетов возможность новой физики, тогда он будет рассматривать самосогласованность как тривиальный принцип.
Предположения принципа самосогласования может быть расширен до гипотетических сценариев с участием разумных путешественников во времени, а также неразумных объектов, таких как бильярдные шары. Авторы «Задачи Коши в пространстве-времени с замкнутыми времениподобными кривыми » прокомментировали проблему в заключении статьи, написав:
Если CTCs разрешены, и если вышеуказанное видение согласования с ними теоретической физики оказывается более или менее правильным, тогда что это будет означать о философском понятии свободы воли для людей и других разумных существ? Это определенно будет означать, что разумные существа не могут изменить прошлое. Такое изменение несовместимо с принципом непротиворечивости. Следовательно, любое существо, прошедшее через червоточину и попытавшееся изменить прошлое, не сможет осуществить это изменение по закону физики; т.е. "свободная воля" существа будет ограничена. Хотя это ограничение имеет более глобальный характер, чем ограничения свободы воли, вытекающие из стандартных, местных законов физики, для нас не очевидно, что это ограничение более жесткое, чем ограничения, налагаемые стандартным физическим законом.
Аналогично, физик и астроном Дж. Крэйг Уиллер заключает, что:
Согласно гипотезе согласованности, любые сложные межличностные взаимодействия должны происходить самосогласованно, чтобы не было парадокса. Это решение. Если понимать буквально, то если машины времени существуют, то свободной воли быть не может. Вы не можете заставить себя убить себя, если вы отправитесь в прошлое. Вы можете сосуществовать, пойти выпить пива, отпраздновать день рождения вместе, но каким-то образом обстоятельства будут диктовать вам, что вы не можете вести себя так, чтобы со временем привести к парадоксу. Новиков поддерживает эту точку зрения еще одним аргументом: физика уже ежедневно ограничивает вашу свободу воли. Вы можете заставить себя летать или пройти сквозь бетонную стену, но физика гравитации и конденсированного состояния диктует, что вы не можете этого сделать. Почему, спрашивает Новиков, ограничение согласованности, накладываемое на путешественника во времени, отличается?
Логика временной петли, придуманная робототехником и футурологом Гансом Moravec - это гипотетическая система вычислений, которая использует принцип самосогласованности Новикова для вычисления ответов намного быстрее, чем это возможно со стандартной моделью вычислительной сложности с использованием машин Тьюринга. В этой системе компьютер отправляет результат вычисления назад во времени и полагается на принцип самосогласованности, чтобы заставить отправленный результат быть правильным, при условии, что машина может надежно получать информацию из будущего и предоставлять алгоритм и лежащий в основе механизм формально верны. Неправильный результат или отсутствие результата все равно может быть получено, если нет гарантии, что механизм или алгоритм путешествия во времени будут точными.
Простым примером является алгоритм итерационного метода. Моравек заявляет:
Сделайте вычислительный блок, который принимает входные данные, которые представляют собой приблизительное решение некоторой проблемы и производят выходные данные, которые являются улучшенным приближением. Обычно вы применяете такое вычисление несколько раз конечное число раз, а затем соглашаетесь на лучший, но все же приблизительный результат. При соответствующей отрицательной задержке возможно что-то еще: [...] результат каждой итерации функции возвращается во времени, чтобы служить «первым» приближением. Как только машина активируется, так называемая «фиксированная точка» F, вход, который дает идентичный выходной сигнал, обычно сигнализирующий об идеальном ответе, появляется (по необыкновенному совпадению!) Немедленно и устойчиво. [...] Если итерация не сходится, то есть если F не имеет фиксированной точки, компьютерные выходы и входы отключатся или будут зависать в маловероятном промежуточном состоянии.
Физик Дэвид Дойч показал в 1991 году, что эта модель вычислений может решать NP-задачи за полиномиальное время, а Скотт Ааронсон позже расширил этот результат, чтобы показать, что модель также может быть использована для решения задач PSPACE за полиномиальное время. Дойч показывает, что квантовые вычисления с отрицательной задержкой - обратное путешествие во времени - дают только самосогласованные решения, а область, нарушающая хронологию, накладывает ограничения, которые не очевидны с помощью классических рассуждений. В 2014 году исследователи опубликовали симуляцию, в которой утверждают, что подтвердили модель Дойча с фотонами. Однако в статье Толксдорфа и Верха было показано, что условие самосогласования Дойча может быть выполнено с произвольной точностью в любой квантовой системе, описанной в соответствии с релятивистской квантовой теорией поля, даже в пространствах-временах, которые не допускают замкнутого времениподобного кривые, вызывая сомнения в том, действительно ли модель Дойча характерна для квантовых процессов, моделирующих замкнутые времениподобные кривые в смысле общей теории относительности.
