
タイムトラベルとは、過去または未来へ旅するという仮説上の行為である。タイムトラベルは、哲学、空間、時間、そしてフィクション、特にSFにおける概念である。フィクションにおいて、タイムトラベルは通常、タイムマシンと呼ばれる装置を用いて実現される。タイムマシンの概念は、 HGウェルズの1895年の小説『タイムマシン』によって広く知られるようになった。[ 1 ]
過去へのタイムトラベルが物理的に可能かどうかは不明である。そのような旅行は、たとえ可能だとしても、因果関係に関する疑問を生じさせる可能性がある。通常の時間認識の意味から外れた前方へのタイムトラベルは、広く観察されている現象であり、特殊相対性理論と一般相対性理論の枠組みの中で十分に理解されている。しかし、ある物体を別の物体と比較して数ミリ秒以上進めたり遅らせたりすることは、現在の技術では実現不可能である。後方へのタイムトラベルについては、回転するブラックホールなど、一般相対性理論でそれを可能にする解決策を見つけることができる。時空の任意の地点への移動は、理論物理学ではあまり裏付けられておらず、通常は量子力学やワームホールとのみ関連付けられている。

古代の物語の中には、時間を飛び越えたように見える登場人物が登場するものがある。ヒンドゥー教のヴィシュヌ・プラーナには、ライヴァタ・カクドミの神話が語られている。ライヴァタ・カクドミは天界のブラフマー神を訪ね、地上に戻ると多くの時が経過していた。 [ 2 ] [ 3 ] 仏教のパーリ経典『パーヤシ経』には、弟子のクマラ・カッサパが懐疑論者に天界では時間の流れが異なると説明する様子が描かれている。[ 4 ]日本の伝説『浦島太郎』は万葉集に初めて収録されており、漁師が海底の宮殿を3日間訪れた後、戻ってみると何世紀も経っていて、自分の世界は消えてしまっていたという話である。[ 5 ]
ユダヤ教の伝承の一つでは、モーセは神によってラビ・アキバの書斎へと運ばれ、そこでユダヤ法の未来の発展に戸惑う。タルムードの別の物語では、紀元前1世紀の奇跡の使者ホニ・ハメアゲルが登場する。彼は、実を結ぶまで70年かかるイナゴマメの木を植えている男を目撃する。ホニは眠りに落ち、70年後に目覚めると、木は完全に成長し、その実を男の孫が収穫しているのを発見する。[ 6 ] [ 7 ]
イスラム教のコーランには、迫害を逃れるために洞窟に避難した一神教徒の若者たち、七人の眠り男たちの物語が記されています。彼らは眠りにつき、アッラーは何世紀にもわたって彼らを守り、目覚めた時には周囲の世界が変わってしまったことに気づきました。この物語はコーランの第1章「アル・カフフ」に記されており、神の加護と時間の停止について述べています。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
SFやメディアにおけるタイムトラベルのテーマは、不変のタイムライン、可変のタイムライン、そして相互作用多世界解釈のような代替歴史の3つのカテゴリーに分類できる。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]非科学的な用語「タイムライン」は、歴史上のすべての物理的出来事を指すのによく使用され、出来事が変化すると、タイムトラベラーは新しいタイムラインを作成すると説明される。[ 14 ]
初期のSF小説には、何年も眠り、変化した社会で目覚めたり、超自然的な手段で過去へ送られたりする登場人物が登場する。ルイ=セバスチャン・メルシエの『2440年、夢の果て』(1770年)、ワシントン・アーヴィングの『リップ・ヴァン・ウィンクル』(1819年)、エドワード・ベラミーの『過去を振り返る』(1888年) 、そしてHGウェルズの『眠れる者が目覚めるとき』(1899年)などがその例である。これらの物語では、長時間の睡眠がタイムトラベルの手段として用いられている。[ 15 ]
過去へのタイムトラベルに関する最古の作品の年代は定かではない。董悦の中国小説『西遊記補遺』( 1640年頃)には、様々な時点を繋ぐ魔法の鏡や玉の門が登場する。主人公の孫悟空は、魔法の鐘を取り戻すために「古の世界」(秦王朝)へ過去へ旅し、その後、未来の世界(宋王朝)へ未来へ旅して、タイムトラベルで追放された皇帝を探す。しかし、このタイムトラベルは、悪役が彼の注意をそらし、罠にかけるために作り出した幻想的な夢の世界の中で起こる。[ 16 ]サミュエル・マッデンの『二十世紀回顧録』(1733年)は、1997年と1998年に英国大使が過去の外交官に宛てた一連の書簡で、未来の政治的・宗教的状況を伝えている。[ 17 ] : 95–96 語り手が守護天使からこれらの手紙を受け取ることから、ポール・アルコンは著書『未来小説の起源』で「英文学における最初のタイムトラベラーは守護天使である」と示唆している。[ 17 ] : 85 マッデンは天使がこれらの文書をどのように入手するかについては説明していないが、アルコンはマッデンが「未来から過去に送られ、現在で発見される遺物という形でタイムトラベルという豊かなアイデアを最初に考案した人物として認められるに値する」と主張している。[ 17 ] : 95–96 SFアンソロジー『遠い境界』(1951年)で編集者のオーガスト・ダーレスは、タイムトラベルを扱った初期の短編小説は、匿名の著者が1838年6月号のダブリン文芸雑誌[ 18 ]に書いた『時代錯誤、あるいは行方不明の馬車』であると主張している。[ 19 ] : 3 語り手は木の下でニューカッスル・アポン・タインから馬車を待つ間、千年以上前にタイムスリップする。彼は修道院でベーダ神父と出会い、これからの世紀の出来事を語る。しかし、物語の中ではこれらの出来事が現実なのか夢なのかは決して明かされない。[ 19 ] : 11–38 タイムトラベルを描いた初期の作品としては、アレクサンダー・フェルトマンの『カリメロスの祖先:マケドニア王フィリップの息子アレクサンダー』がある。1836年に出版された。[ 20 ]

チャールズ・ディケンズの『クリスマス・キャロル』(1843年)には、主人公のエベネザー・スクルージがクリスマスの過去と未来にタイムトラベルするという、双方向の神秘的なタイムトラベルの初期の描写があります。他の物語でも同様の例が用いられており、登場人物は自然に眠りにつき、目覚めると別の時代にいることに気づきます。[ 21 ]より明確なタイムトラベルの例は、フランスの植物学者で地質学者のピエール・ボワタールが死後に出版した1861年の著書『Paris avant les hommes 』 (人間以前のパリ)です。この物語では、主人公は「lame demon」(ボワタールの名前をフランス語でしゃれにした言葉)の魔法によって先史時代にタイムトラベルし、そこでプレシオサウルスや類人猿のような祖先に遭遇し、古代の生物と交流できるようになります。[ 22 ]エドワード・エヴェレット・ヘイルの『ハンズ・オフ』(1881年)[ 23 ]は、名前のない存在(おそらく最近亡くなった人物の魂)が、ヨセフの奴隷化を阻止することで古代エジプトの歴史に干渉する物語である。これは、タイムトラベルによって作り出された別の歴史を描いた最初の物語かもしれない。 [ 24 ] : 54
機械によるタイムトラベルを題材にした最初の物語の一つに、エドワード・ペイジ・ミッチェルの『逆戻り時計』 [ 25 ]がある。これは1881年にニューヨーク・サン紙に掲載された。しかし、その仕組みはファンタジーの域に達している。ある変わった時計を巻き上げると、逆戻りして近くの人々を過去に送り込むという。作者はこの時計の起源や特性については説明していない。[ 24 ]エンリケ・ガスパール・イ・リンボーの『アナクロノペテ』 (1887年)は 、タイムトラベル用に設計された船が登場する最初の物語かもしれない。[ 26 ] [ 27 ]アンドリュー・ソーヤーは、この物語は「確かに、これまで記録されているタイムマシンに関する最初の文学的描写であるように思われる」と述べ、「エドワード・ペイジ・ミッチェルの『逆戻り時計』(1881年)は、通常、最初のタイムマシン物語として挙げられるが、時計がタイムマシン物語の範疇に入るかどうかは疑問だ」と付け加えている。[ 28 ] HGウェルズの『タイムマシン』(1895年)は、機械的な手段によるタイムトラベルの概念を普及させた。[ 29 ]
一般相対性理論におけるアインシュタインの方程式の解の中には、適切な時空形状や特定の種類の空間運動によって、もしこれらの形状や運動が可能であれば、過去や未来へのタイムトラベルが可能になるかもしれないことを示唆するものもある。[ 30 ] : 499 物理学者は技術論文の中で、時空に閉じたループを形成する世界線である閉じた時間的曲線の可能性について議論しており、物体がそれぞれの過去に戻ることを可能にする。ゲーデル時空のような閉じた時間的曲線を含む時空を記述する一般相対性理論の方程式の解が存在することは知られているが、これらの解の物理的な妥当性は不明である。[ 31 ]
過去へのタイムトラベルを可能にする理論は、潜在的な因果関係の問題を引き起こす可能性がある。[ 32 ]因果関係に関する問題の典型的な例は「祖父のパラドックス」である。これは、過去へタイムトラベルし、祖先の受胎に介入することを想定している(受胎前に祖先を死なせるというケースがよく挙げられる)。ノビコフやドイッチュといった物理学者の中には、この種の時間的パラドックスは、ノビコフの自己無撞着原理、あるいは相互作用する世界を持つ多世界解釈の変種によって回避できると示唆した者もいる。[ 33 ]
宇宙ひも、通過可能なワームホール、アルクビエレ・ドライブなど、光速を超える移動を可能にする特定の一般相対性時空幾何学では、過去へのタイムトラベルが理論的に可能である。[ 34 ] [ 35 ] : 33–130 一般相対性理論は、特定の異常なシナリオにおける逆方向のタイムトラベルの可能性について科学的根拠を示唆しているが、半古典的重力理論からの議論では、一般相対性理論に量子効果が組み込まれると、これらの抜け穴が塞がれる可能性があることが示唆されている。 [ 36 ]これらの半古典的議論から、スティーブン・ホーキングは、自然の基本法則がタイムトラベルを妨げることを示唆する年代順保護予想を定式化しましたが、[ 37 ]物理学者は、量子力学と一般相対性理論を完全に統一した理論に結合する量子重力理論がなければ、この問題について決定的な判断を下すことはできません。[ 38 ] [ 39 ] : 150
一般相対性理論は、時空の計量、つまり距離関数を決定する場の方程式系によって宇宙を記述する。これらの方程式には、互いに交差する世界線である時間のような閉じた曲線を含む厳密な解が存在する。世界線の因果的未来のある点は、その因果的過去にもあり、この状況はタイムトラベルとして記述できる。このような解は、クルト・ゲーデルによって初めて提案され、ゲーデル計量として知られるが、彼(および他の人々)の解は、宇宙が自転やハッブル膨張の欠如など、実際には持っていない物理的特性を持つことを要求する[ 30 ] : 499 。一般相対性理論がすべての現実的な条件で時間のような閉じた曲線を禁じるかどうかは、まだ研究が続いている。[ 40 ]
ワームホールは、一般相対性理論のアインシュタイン場の方程式によって許容される、仮想的な歪んだ時空である。[ 41 ] : 100 通過可能なワームホールを使用するタイムトラベルマシンの提案は、仮説的には次のように動作する。ワームホールの一方の端を、おそらく何らかの高度な推進システムによって、光速のかなりの部分まで加速し、その後、起点に戻す。あるいは、ワームホールの一方の入口を、もう一方の入口よりも重力が大きい物体の重力場内に移動し、その後、もう一方の入口の近くに戻すという方法もある。どちらの方法でも、時間の遅れにより、移動されたワームホールの端は、外部の観測者から見ると、静止した端よりも老化が遅くなる、つまり「若くなる」。しかし、ワームホール内とワームホール外では時間のつながり方が異なるため、ワームホールの両端にある同期した時計は、両端がどのように動いても、ワームホールを通過する観測者から見ると常に同期したままになります。 [ 30 ] : 502 つまり、「新しい」端から入った観測者は、「古い」端が「新しい」端と同じ年齢だったときにそこから出るので、外部の観測者から見ると、事実上時間を遡ることになります。このようなタイムマシンの重要な制限の 1 つは、マシンの最初の作成時までしか時間を遡ることができないことです。[ 30 ] : 503 本質的には、これは時間の中を移動する装置というよりも、時間を通る経路であり、テクノロジー自体を時間を遡ることはできません。
ワームホールの性質に関する現在の理論によれば、通過可能なワームホールの構築には、負のエネルギーを持つ物質(しばしば「エキゾチック物質」と呼ばれる)の存在が必要となる。より技術的には、ワームホール時空は、ヌルエネルギー条件、弱エネルギー条件、強エネルギー条件、支配的エネルギー条件など、様々なエネルギー条件に違反するエネルギー分布を必要とする。しかし、量子効果によってヌルエネルギー条件がわずかに測定可能な程度に違反する可能性があることが知られており、 [ 41 ] : 101 、多くの物理学者は、量子物理学におけるカシミール効果によって、必要な負のエネルギーは実際に可能であると考えている。[ 42 ]初期の計算では非常に大きな負のエネルギーが必要であると示唆されていたが、その後の計算で負のエネルギーの量は任意に小さくできることが示された。[ 43 ]
1993年、マット・ヴィッサーは、このような誘導時計差を持つワームホールの2つの入口は、量子場と重力効果を誘発することなく接近させることはできないと主張した。その結果、ワームホールは崩壊するか、2つの入口が互いに反発する。[ 44 ]このため、2つの入口は因果律の破れが起こるほど近づけることができなかった。しかし、1997年の論文でヴィッサーは、N個のワームホールを対称多角形に配置した複雑な「ローマンリング」(トム・ローマンにちなんで名付けられた)構成でもタイムマシンとして機能する可能性があると仮説を立てた。ただし、これは因果律の破れが可能であることを証明するものではなく、古典的な量子重力理論の欠陥である可能性が高いと結論付けている。[ 45 ]
もう一つのアプローチは、通常ティプラーシリンダーと呼ばれる高密度の回転シリンダーを使用するもので、これはウィレム・ヤコブ・ファン・ストックム[ 46 ]が1936年に、コルネル・ランチョス[ 47 ]が1924年に発見した一般相対性理論の解であるが、閉じた時間的曲線[ 48 ]を許容するものと認識されたのは、1974年にフランク・ティプラー[ 49 ]による解析が行われたときであった。シリンダー が無限に長く、その長軸の周りを十分速く回転する場合、らせん状の経路でシリンダーの周りを飛行する宇宙船は時間を遡る(またはらせんの方向に応じて前進する)ことができる。しかし、必要な密度と速度は非常に大きいため、通常の物質ではそれを構築できるほど強くない。
回転する円筒や宇宙ひもに基づくタイムトラベル計画に対するより根本的な反論は、スティーブン・ホーキングによって提起された。彼は、一般相対性理論によれば、弱エネルギー条件が満たされる領域、つまり負のエネルギー密度を持つ物質(エキゾチック物質)が存在しない領域では、特殊なタイプのタイムマシン(「コンパクトに生成されたコーシー地平線を持つタイムマシン」)を構築することは不可能であることを示す定理を証明した。ティプラーのような解法は、数学的に解析しやすい無限長の円筒を仮定している。ティプラーは、有限長の円筒でも回転速度が十分に速ければ閉じた時間的曲線を生成する可能性があると示唆したものの、[ 48 ] : 169、 これを証明することはなかった。しかしホーキングは、彼の定理ゆえに「どこでも正のエネルギー密度では実現できない!有限のタイムマシンを構築するには負のエネルギーが必要であることを証明できる」と指摘する。[ 39 ] : 96 この結果は、ホーキング博士が1992年に発表した年代順保護予想に関する論文から得られたもので、ホーキング博士は「物理法則は閉じた時間曲線の出現を許さない」と述べています。[ 37 ]
ある場所から信号が送信され、別の場所で受信される場合、信号が光速以下で移動している限り、相対性理論における同時性の数学は、すべての基準系において、送信イベントが受信イベントよりも前に発生したという点で一致することを示しています。信号が光速よりも速く移動する場合、すべての基準系において、信号は送信される前に受信されます。 [ 50 ]信号は時間を逆行したと言えるかもしれません。この仮説的なシナリオは、タキオン反電話と呼ばれることもあります。[ 51 ]
量子テレポーテーション、EPRパラドックス、量子もつれなどの量子力学的現象は、光より速い(FTL)通信やタイムトラベルを可能にするメカニズムを作り出すように見えるかもしれません。実際、ボーム解釈などの量子力学のいくつかの解釈では、粒子間の相関関係を維持するために、粒子間で何らかの情報が瞬時に交換されていると仮定しています。[ 52 ]この効果は、アインシュタインによって「遠隔作用」と呼ばれました。
しかしながら、量子力学において因果律が保存されるという事実は、現代の量子場理論における厳密な帰結であり、したがって現代理論はタイムトラベルや超光子(FTL)通信を許容しない。FTLが主張されている特定の例においては、信号を得るためには何らかの形の古典的な通信も併用する必要があることが、より詳細な分析によって証明されている。[ 53 ]非通信定理はまた、量子もつれは古典的な信号よりも速く情報を伝送するために使用できないことを一般的に証明している。
ヒュー・エヴェレットによる量子力学の多世界解釈(MWI)のバリエーションは、タイムトラベラーが元の宇宙とは異なる宇宙に到着するという「祖父のパラドックス」の解決策を提供する。タイムトラベラーが自身の歴史ではなく別の宇宙の歴史に到着するため、これは「真の」タイムトラベルではないと主張されてきた。[ 54 ]一般に受け入れられている多世界解釈は、あらゆる量子事象が互いに排他的な歴史で起こり得ることを示唆している。[ 55 ]しかし、いくつかのバリエーションでは、異なる宇宙が相互作用する可能性がある。この概念はSFで最もよく用いられるが、デイヴィッド・ドイチュなどの物理学者の中には、タイムトラベラーは出発した宇宙とは異なる歴史にたどり着くべきだと示唆する者もいる。[ 56 ] [ 57 ]一方、スティーブン・ホーキングは、たとえMWIが正しいとしても、各タイムトラベラーは単一の自己矛盾のない歴史を経験すると予想すべきであり、タイムトラベラーは別の世界に旅するのではなく、自分の世界に留まるべきだと主張している。[ 58 ]物理学者のアレン・エヴェレットは、ドイチュのアプローチは「量子力学の基本原理を修正するものであり、単にMWIを採用する以上のものである」と主張した。エヴェレットはまた、たとえドイチュのアプローチが正しいとしても、複数の粒子で構成されたマクロな物体はワームホールを通って過去に戻ると分裂し、異なる粒子が異なる世界に出現することを意味すると主張している。[ 33 ]
実施された特定の実験では因果関係が逆転しているという印象を与えるが、詳しく調べてもそれは示されない。
マーラン・スカリーが行った遅延選択量子消去実験では、もつれ合った光子対が「信号光子」と「アイドラー光子」に分割され、信号光子は2つの位置のいずれかから出現し、その後、二重スリット実験と同様にその位置が測定されます。アイドラー光子の測定方法に応じて、実験者は信号光子が2つの位置のどちらから出現したかを知ることも、その情報を「消去」することもできます。信号光子はアイドラー光子の選択が行われる前に測定できますが、アイドラー光子の測定値と対応する信号光子を相関させた場合、干渉パターンが観測されるかどうかは、選択によって遡及的に決定されるようです。しかし、干渉はアイドラー光子が測定され、信号光子と相関が取れた後にのみ観測できるため、実験者は信号光子を見るだけではどのような選択が行われるかを事前に知ることはできず、システム全体から古典的な情報を収集することによってのみ、因果関係が維持されます。[ 59 ]
王立軍の実験も因果律違反を示している可能性がある。なぜなら、この実験では、セシウムガスの球体に波の塊を送り込み、球体に入る62ナノ秒前に塊が球体から出ていくように見えるようにしたからだ。しかし、波の塊は単一の明確に定義された物体ではなく、異なる周波数の複数の波の合計である(フーリエ解析を参照)。そのため、その塊は光より速く動いているように見えたり、あるいは合計に含まれる純粋な波が光より速く動いていない場合でも時間を逆戻りしているように見えることがある。この効果は、物質、エネルギー、情報を光より速く送るためには使用できないため、[ 60 ]、この実験も因果律に違反していないと理解されている。
コブレンツ大学の物理学者ギュンター・ニムツとアルフォンス・シュタールホフェンは、光速よりも速く光子を伝送することでアインシュタインの相対性理論に違反したと主張している。彼らは、量子トンネル効果として知られる現象を利用して、マイクロ波光子が最大3フィート(0.91メートル)離れた一対のプリズムの間を「瞬時に」移動する実験を行ったという。ニムツはニューサイエンティスト誌に「今のところ、これが私の知る限り特殊相対性理論に違反する唯一の例です」と語った。しかし、他の物理学者は、この現象では情報が光より速く伝送されることはないと述べている。カナダのトロント大学の量子光学の専門家エフライム・M・スタインバーグは、シカゴからニューヨークまで移動する列車が途中の各駅で車両を降ろすので、列車の中心が各停車時に前進するというアナロジーを用いている。このようにして、列車の中央の速度は個々の車両の速度を超えます。[ 61 ]
杜盛旺は査読付き学術誌で、単一光子の前駆物質を観測し、真空中をcより速く移動しないことを主張している。彼の実験では、低速光と真空中を透過する光が用いられた。彼は2つの単一光子を生成し、1つをレーザーで冷却したルビジウム原子に通過させ(これにより光は減速)、もう1つを真空に通過させた。どちらの場合も、前駆物質は光子本体より先に存在し、前駆物質は真空中をcで移動した。杜によると、これは光がcより速く移動する可能性はなく、したがって因果律に反する可能性もないことを意味するという。[ 62 ]
未来からのタイムトラベラーがいないことは、そのような技術が決して開発されないことを示し、不可能であることを示唆していると多くの人が主張している。これは、地球外生命体の証拠がないことに関係するフェルミのパラドックスに似ている。地球外訪問者がいないことが、彼らが存在しないことを断定的に証明しないのと同様に、タイムトラベラーがいないことがタイムトラベルが物理的に不可能であることを証明することにはならない。タイムトラベルは物理的には可能だが、開発されないか、慎重に使用されるだけなのかもしれない。カール・セーガンはかつて、タイムトラベラーがここにいるかもしれないが、その存在を隠しているか、タイムトラベラーとして認識されていない可能性を示唆した。[ 38 ]一般相対性理論のいくつかの解釈では、タイムトラベルは、極端な重力場やその他の歪みの影響を受ける時空領域など、特定の条件下でのみ発生する可能性があると提案している。このようなシナリオでは、タイムトラベラーはそのような領域が存在するようになった後の期間内に移動するように制限され、その領域が形成される前の時間に移動することはできない。スティーブン・ホーキングは、これがなぜ世界がまだ「未来からの観光客」で溢れていないのかを説明するだろうと述べた。[ 58 ]

タイムトラベル技術を発明するかもしれない未来の人類を誘い込み、現代に帰還させ、その技術を現代人に披露してもらうための実験がいくつか行われてきました。パースのデスティネーション・デー、MITのタイムトラベラー・コンベンション、スティーブン・ホーキングのタイムトラベラー・レセプションといったイベントでは、未来のタイムトラベラーが集合する時間と場所を「広告」として大々的に宣伝しました。[ 63 ] [ 64 ] 1982年、メリーランド州ボルチモアで、クロノノーツと名乗るグループが、未来からの訪問者を歓迎するこの種のイベントを開催しました。[ 65 ] [ 66 ]
これらの実験は、タイムトラベルの存在を証明する肯定的な結果を生み出す可能性があったものの、これまでのところ失敗に終わっている。どちらの実験にもタイムトラベラーが参加したという報告は存在しない。多世界解釈のいくつかのバージョンでは、未来の人類が過去にタイムトラベルしたが、パラレルユニバースにおける会合の時間と場所に戻ったと示唆することができる。[ 67 ]

特殊相対性理論における時間の遅れ[ 68 ]と一般相対性理論における重力による時間の遅れ[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]を裏付ける観測可能な証拠は数多く存在します。例えば、大気ミューオン崩壊の有名かつ再現性の高い観測が挙げられます。[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]相対性理論によれば、光速はあらゆる観測者にとっていかなる基準系においても不変、つまり常に一定です。時間の遅れは光速の不変性から直接生じるものです。 [ 74 ] 時間の遅れは、限定的な意味では「未来への時間旅行」と捉えることもできます。つまり、ある人が時間の遅れを利用することで、自分にとっての固有時間はわずかに過ぎ、別の場所では固有時間が長く過ぎてしまうのです。これは、相対論的な速度で移動したり、重力の影響を利用したりすることで実現できます。[ 75 ]
加速せずに互いに相対的に動いている 2 つの同一の時計の場合、それぞれの時計は、もう一方の時計の進み方が遅いと計測します。これは同時性の相対性により可能です。しかし、一方の時計が加速すると対称性が崩れ、一方の時計の固有時間がもう一方の時計よりも短くなります。双子のパラドックスはこのことを説明します。片方の双子は地球に残り、もう片方は宇宙に旅立ち、向きを変えて地球に戻ってくるときに相対論的な速度まで加速します。旅をする双子は、加速中に時間の遅れを経験するため、地球に残った双子よりも年を取りません。一般相対性理論では、加速の影響と重力の影響は同等と扱われ、時間の遅れは重力井戸でも発生し、井戸の深いところにある時計の方が進みが遅いことが示されています。この効果は、全地球測位システム (GPS)の衛星の時計を較正するときに考慮され、ブラックホールなどの大きな重力井戸から異なる距離にいる観測者の間で老化率に大きな違いが生じる可能性があります。[ 35 ] : 33–130
この原理を利用したタイムマシンは、例えば、直径5メートル、質量が木星の球殻のようなものになるだろう。その中心にいる人は、遠くにいる観測者よりも4倍遅い速度で未来に移動する。大きな惑星の質量をこれほど小さな構造物に詰め込むことは、近い将来、人類の技術的能力の範囲内ではないと予想される。[ 35 ] : 76–140 現在の技術では、数百日間の宇宙旅行の後、人間の旅行者の年齢を地球上の同行者よりも数ミリ秒だけ遅らせることしかできない。[ 76 ]
哲学者たちは、少なくとも古代ギリシャの時代から、空間と時間の哲学について議論してきました。例えば、パルメニデスは時間は幻想であるという見解を提示しました。数世紀後、アイザック・ニュートンは絶対時間の概念を支持し、同時代のゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツは、時間は事象間の関係に過ぎず、独立して表現することはできないと主張しました。後者のアプローチは、最終的に相対性理論の時空を生み出しました。[ 77 ]
多くの哲学者は、相対性理論は永遠主義、つまり過去と未来が、現在に起こった、あるいは起こるであろう変化としてだけでなく、真の意味で存在するという考えを意味すると主張してきた。[ 78 ]科学哲学者のディーン・リックルズは、いくつかの条件付きで反対しているものの、「哲学者の間では、特殊相対性理論と一般相対性理論は現在主義と両立しないというのがコンセンサスのようだ」と指摘している。[ 79 ]一部の哲学者は、時間を空間次元と同等の次元とみなし、未来の出来事は異なる場所が存在するのと同じ意味で「すでにそこに」あり、客観的な時間の流れは存在しないと考える。しかし、この見解には異論がある。[ 80 ]
現在主義は、未来と過去は現在に起こった、あるいは起こるであろう変化としてのみ存在し、それ自体は実在しないという哲学の一派である。この見解では、タイムトラベルは不可能である。なぜなら、未来や過去へ旅することはできないからである。[ 78 ]ケラーとネルソンは、たとえ過去や未来の物体が存在しないとしても、過去と未来の出来事についての明確な真実が存在する可能性があり、したがって、タイムトラベラーが現在に戻ることを決意するという未来の真実が、タイムトラベラーが現在に実際に現れたことを説明できる可能性があると主張している。[ 81 ]これらの見解には、一部の著者によって異議が唱えられている。[ 82 ]
時間を遡るという考えに対する一般的な反論は、祖父のパラドックス、すなわち自殺論で提起される。[ 83 ]もし過去に戻れるとしたら、タイムトラベラーが何かを変えた場合に矛盾や不整合が生じる。過去が今と違うものになった場合、矛盾が生じる。 [ 84 ] [ 85 ]このパラドックスは、過去に旅して自分の祖父を殺し、父親や母親の存在を阻止し、したがって自分自身の存在も阻止する人物でよく説明される。[ 38 ]哲学者たちは、これらのパラドックスがタイムトラベルが不可能であることを証明するかどうか疑問視している。一部の哲学者は、これらのパラドックスに対して、過去へのタイムトラベルは可能かもしれないが、実際に過去を変えることは不可能である可能性があると主張して、[ 86 ]物理学で提唱されたノビコフの自己無撞着原理に似た考え方で、これらのパラドックスに答えている。
哲学的理論であるコンポジビリティ理論によれば、例えばタイムトラベルの文脈において何が起こり得るかは、その状況に関連するすべての文脈と照らし合わせて判断されなければならない。過去が特定の様相を呈しているならば、他の様相を呈することはあり得ない。タイムトラベラーが過去を訪れた際に起こり得ることは、論理的矛盾を避けるため、実際に起こったことに限られる。 [ 87 ]
ノビコフの自己無撞着原理は、イゴール・ドミトリエヴィチ・ノビコフにちなんで名付けられたもので、タイムトラベラーやタイムトラベルした物体が行った行動は、すべて歴史の一部であり、したがってタイムトラベラーが歴史を「変える」ことは不可能であるというものです。しかし、タイムトラベラーの行動は、自身の過去の出来事の原因となる可能性があり、循環的な因果関係が生じる可能性があります。これは、予定論的パラドックス[ 88 ] 、存在論的パラドックス[ 89 ]、またはブートストラップ・パラドックス[89]と呼ばれることもあります。[ 90 ]ブートストラップ・パラドックスという用語は、ロバート・A・ハインラインの小説『ブーツストラップで』によって広く知られるようになりました。[ 91 ]ノビコフの自己無撞着原理は、タイムトラベラーを含む時空領域における局所的な物理法則は、他の時空領域における局所的な物理法則と何ら異なることはないと提唱しています。[ 92 ]
哲学者ケリー・L・ロスは「タイムトラベルのパラドックス」[ 93 ]の中で、世界線や歴史が時間の中で閉ループを形成する物理的物体を伴うシナリオでは、熱力学の第二法則に違反する可能性があると主張している。ロスはそのような存在論的パラドックスの例として、映画「どこかで時間」を挙げている。この映画では、ある人物に時計が贈られ、60年後に同じ時計が過去に戻り、同じ人物に贈られる。ロスは、時計のエントロピーが増加し、過去に戻された時計は歴史が繰り返されるたびに摩耗していくと述べている。熱力学の第二法則は現代の物理学者には統計法則であると理解されているため、エントロピーの減少や増加しないエントロピーは不可能ではなく、単に起こりにくいというだけである。さらに、孤立したシステムではエントロピーが統計的に増加するため、物体のように外界と相互作用する非孤立システムは摩耗が少なくなりエントロピーが減少する可能性があり、世界線が閉ループを形成する物体は、歴史の同じ時点で常に同じ状態にある可能性がある。[ 35 ]:23
2005年、ダニエル・グリーンバーガーとカール・スヴォジルは、量子論が過去が自己矛盾のないタイムトラベルのモデルを与えると提唱した。 [ 94 ] [ 95 ]
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{{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)ミールの地球周回軌道上で時速17,500マイル(約27,000キロメートル)で2年余りを過ごしたセルゲイ・アヴデエフは、50分の1秒先の未来へと旅立った
…「彼はこれまでで最も偉大なタイムトラベラーだ」