Princípio de autoconsistência de Novikov - Novikov self-consistency principle

O princípio de auto-consistência Novikov , também conhecida como a conjectura de auto-consistência Novikov e Larry Niven 's lei da conservação da história , é um princípio desenvolvido pelo físico russo Igor Novikov , em meados da década de 1980. Novikov pretendia resolver o problema dos paradoxos na viagem no tempo , o que é teoricamente permitido em certas soluções da relatividade geral que contêm o que é conhecido como curvas fechadas semelhantes ao tempo . O princípio afirma que se existe um evento que causaria um paradoxo ou qualquer "mudança" no passado, então a probabilidadedesse evento é zero. Portanto, seria impossível criar paradoxos de tempo .

História

Os físicos sabem há muito tempo que algumas soluções para a teoria da relatividade geral contêm curvas fechadas tipo tempo - por exemplo, a métrica de Gödel . Novikov discutiu a possibilidade de curvas semelhantes ao tempo (CTCs) fechadas em livros que escreveu em 1975 e 1983, oferecendo a opinião de que apenas viagens autoconsistentes de volta no tempo seriam permitidas. Em um artigo de 1990 de Novikov e vários outros, "Problema de Cauchy em espaços-tempos com curvas fechadas tipo tempo", os autores afirmam:

O único tipo de violação de causalidade que os autores considerariam inaceitável é aquela incorporada no conceito de ficção científica de retroceder no tempo e matar o self mais jovem ("mudar o passado"). Há alguns anos, um de nós (Novikov 10 ) considerou brevemente a possibilidade de que os CTCs possam existir e argumentou que eles não podem acarretar esse tipo de violação de causalidade: eventos em um CTC já são garantidos como autoconsistentes, argumentou Novikov; eles influenciam uns aos outros em torno de uma curva fechada de forma autoajustada, cíclica e consistente. Os outros autores chegaram recentemente ao mesmo ponto de vista.

Devemos incorporar esse ponto de vista em um princípio de autoconsistência, que afirma que as únicas soluções para as leis da física que podem ocorrer localmente no Universo real são aquelas que são globalmente autoconsistentes. Este princípio permite construir uma solução local para as equações da física apenas se essa solução local puder ser estendida a uma parte de uma solução global (não necessariamente única), que é bem definida em todas as regiões não singulares do espaço-tempo.

Entre os co-autores deste artigo de 1990 estavam Kip Thorne , Mike Morris e Ulvi Yurtsever, que em 1988 havia despertado um interesse renovado no assunto das viagens no tempo na relatividade geral com seu artigo "Buracos de minhoca, máquinas do tempo e energia fraca Condição ", que mostrou que uma nova solução de relatividade geral conhecida como buraco de minhoca atravessável poderia levar a curvas fechadas tipo tempo e, ao contrário de soluções anteriores contendo CTC, não exigia condições irrealistas para o universo como um todo. Após discussões com outro co-autor do artigo de 1990, John Friedman, eles se convenceram de que a viagem no tempo não precisa levar a paradoxos insolúveis, independentemente do objeto enviado pelo buraco de minhoca.

"Paradoxo de Polchinski"
Resolução de Echeverria e Klinkhammer

Como resposta, o físico Joseph Polchinski escreveu-lhes uma carta argumentando que se poderia evitar a questão do livre arbítrio empregando um experimento mental potencialmente paradoxal envolvendo uma bola de bilhar enviada de volta no tempo por um buraco de minhoca. No cenário de Polchinski, a bola de bilhar é atirada para o buraco de minhoca em um ângulo tal que, se continuar ao longo de seu caminho, sairá no passado exatamente no ângulo certo para colidir com seu eu anterior, tirando-o do caminho e evitando que de entrar no buraco de minhoca em primeiro lugar. Thorne se referiria a esse cenário como " o paradoxo de Polchinski " em 1994.

Ao considerar o cenário, Fernando Echeverria e Gunnar Klinkhammer, dois alunos do Caltech (onde Thorne lecionava), chegaram a uma solução para o problema que conseguiu evitar inconsistências. No cenário revisado, a bola do futuro emerge em um ângulo diferente daquele que gera o paradoxo e dá a seu eu mais jovem um golpe de relance em vez de jogá-lo completamente para longe do buraco de minhoca. Esse golpe altera sua trajetória no grau certo, o que significa que ele voltará no tempo com o ângulo necessário para desferir ao seu eu mais jovem o golpe de raspão necessário. Echeverria e Klinkhammer na verdade descobriram que havia mais de uma solução autoconsistente, com ângulos ligeiramente diferentes para o golpe superficial em cada situação. Uma análise posterior de Thorne e Robert Forward ilustrou que, para certas trajetórias iniciais da bola de bilhar, pode haver um número infinito de soluções autoconsistentes.

Echeverria, Klinkhammer e Thorne publicaram um artigo discutindo esses resultados em 1991; além disso, relataram que tentaram ver se conseguiam encontrar alguma condição inicial para a bola de bilhar para a qual não havia extensões autoconsistentes, mas não conseguiram. Assim, é plausível que existam extensões autoconsistentes para todas as trajetórias iniciais possíveis, embora isso não tenha sido comprovado. Isso se aplica apenas às condições iniciais fora da região do espaço-tempo que viola a cronologia, que é limitada por um horizonte de Cauchy . Isso pode significar que o princípio de autoconsistência de Novikov não impõe nenhuma restrição aos sistemas fora da região do espaço-tempo onde a viagem no tempo é possível, apenas dentro dela.

Mesmo que extensões autoconsistentes possam ser encontradas para condições iniciais arbitrárias fora do Horizonte de Cauchy, a descoberta de que pode haver várias extensões autoconsistentes distintas para a mesma condição inicial - de fato, Echeverria et al. encontraram um número infinito de extensões consistentes para cada trajetória inicial que analisaram - pode ser visto como problemático, uma vez que classicamente parece não haver maneira de decidir qual extensão as leis da física irão escolher. Para contornar essa dificuldade, Thorne e Klinkhammer analisaram o cenário da bola de bilhar usando a mecânica quântica, realizando uma soma mecânica quântica sobre as histórias ( integral do caminho ) usando apenas as extensões consistentes, e descobriram que isso resultou em uma probabilidade bem definida para cada extensão. Os autores do problema de Cauchy em espaços-tempos com curvas fechadas tipo tempo escrevem:

A maneira mais simples de impor o princípio da autoconsistência na mecânica quântica (em um espaço-tempo clássico) é por meio de uma formulação de soma das histórias em que se inclui todas essas, e apenas aquelas, histórias que são autoconsistentes. Acontece que, pelo menos formalmente (módulos tais como a convergência da soma), para cada escolha da função de onda inicial não relativística da bola de bilhar antes do horizonte de Cauchy , tal soma sobre histórias produz probabilidades únicas e autoconsistentes para os resultados de todos os conjuntos de medições subsequentes. ... Suspeitamos, de forma mais geral, que para qualquer sistema quântico em um espaço-tempo de buraco de minhoca clássico com um horizonte de Cauchy estável, a soma de todas as histórias autoconsistentes dará probabilidades únicas e autoconsistentes para os resultados de todos os conjuntos de medições que alguém pode escolher fazer.

Premissas

O princípio de consistência de Novikov pressupõe certas condições sobre que tipo de viagem no tempo é possível. Especificamente, ele assume que existe apenas uma linha do tempo ou que quaisquer linhas do tempo alternativas (como aquelas postuladas pela interpretação de muitos mundos da mecânica quântica ) não são acessíveis.

Dadas essas suposições, a restrição de que a viagem no tempo não deve levar a resultados inconsistentes pode ser vista meramente como uma tautologia , uma verdade autoevidente que não pode ser falsa. No entanto, o princípio de autoconsistência de Novikov pretende ir além da simples afirmação de que a história deve ser consistente, fazendo a suposição adicional não trivial de que o universo obedece às mesmas leis locais da física em situações que envolvem viagens no tempo que obedece em regiões do espaço. tempo sem curvas fechadas tipo tempo. Isso é esclarecido no acima mencionado "Problema de Cauchy em espaços-tempos com curvas fechadas tipo tempo", onde os autores escrevem:

Que o princípio da autoconsistência não é totalmente tautológico torna-se claro quando se considera a seguinte alternativa: as leis da física podem permitir CTCs; e quando ocorrem CTCs, eles podem desencadear novos tipos de física local que não conhecemos anteriormente. ... O princípio da autoconsistência destina-se a excluir tal comportamento. Ela insiste que a física local é governada pelos mesmos tipos de leis físicas com as quais lidamos na ausência de CTCs: as leis que implicam valorização única e autoconsistente para os campos. Em essência, o princípio da autoconsistência não é um princípio de nenhuma nova física. Se alguém estiver inclinado desde o início a ignorar ou descartar a possibilidade de uma nova física, então considerará a autoconsistência um princípio trivial.

Implicações para viajantes do tempo

As suposições do princípio de autoconsistência podem ser estendidas a cenários hipotéticos envolvendo viajantes do tempo inteligentes, bem como objetos não inteligentes, como bolas de bilhar. Os autores de "Problema de Cauchy em espaços-tempos com curvas fechadas do tipo tempo " comentaram sobre o assunto na conclusão do artigo, escrevendo:

Se os CTCs forem permitidos, e se a visão acima da acomodação da física teórica com eles se revelar mais ou menos correta, então o que isso implicará sobre a noção filosófica de livre arbítrio para humanos e outros seres inteligentes? Certamente implicará que seres inteligentes não podem mudar o passado. Essa mudança é incompatível com o princípio da autoconsistência. Conseqüentemente, qualquer ser que passasse por um buraco de minhoca e tentasse mudar o passado seria impedido pelas leis físicas de fazer a mudança; ou seja, o "livre arbítrio" do ser seria restringido. Embora essa restrição tenha um caráter mais global do que as restrições ao livre arbítrio que seguem as leis locais da física padrão, não é óbvio para nós que essa restrição seja mais severa do que as impostas pela lei física padrão.

Da mesma forma, o físico e astrônomo J. Craig Wheeler conclui que:

De acordo com a conjectura da consistência, quaisquer interações interpessoais complexas devem se desenvolver de forma autoconsistente, para que não haja paradoxo. Essa é a resolução. Isso significa, se tomado literalmente, que se as máquinas do tempo existem, não pode haver livre arbítrio. Você não pode querer matar o seu eu mais jovem se viajar de volta no tempo. Você pode coexistir, sair para tomar uma cerveja, comemorar seu aniversário juntos, mas de alguma forma as circunstâncias ditarão que você não pode se comportar de uma maneira que leve a um paradoxo no tempo. Novikov apóia esse ponto de vista com outro argumento: a física já restringe seu livre arbítrio todos os dias. Você pode querer voar ou atravessar uma parede de concreto, mas a gravidade e a física da matéria condensada dizem que você não pode. Por que, pergunta Novikov, a restrição de consistência imposta a um viajante do tempo é diferente?

Lógica de loop de tempo

Artigo principal: Time loop

A lógica do loop de tempo, cunhada pelo roboticista e futurista Hans Moravec , é um sistema hipotético de computação que explora o princípio de autoconsistência de Novikov para calcular respostas muito mais rápido do que possível com o modelo padrão de complexidade computacional usando máquinas de Turing . Neste sistema, um computador envia um resultado de um cálculo para trás no tempo e confia no princípio de autoconsistência para forçar o resultado enviado a ser correto, desde que a máquina possa receber informações do futuro com segurança e desde que o algoritmo e o mecanismo subjacente estão formalmente corretos . Um resultado incorreto ou nenhum resultado ainda pode ser produzido se o mecanismo de viagem no tempo ou algoritmo não tiver garantia de ser preciso.

Um exemplo simples é um algoritmo de método iterativo . Moravec afirma:

Faça uma caixa de computação que aceite uma entrada, que representa uma solução aproximada para algum problema, e produz uma saída que é uma aproximação aprimorada. Convencionalmente, você aplicaria tal cálculo repetidamente um número finito de vezes e, em seguida, se contentaria com o melhor, mas ainda aproximado, resultado. Dado um atraso negativo apropriado, algo mais é possível: [...] o resultado de cada iteração da função é trazido de volta no tempo para servir como a "primeira" aproximação. Assim que a máquina é ativada, um chamado "ponto fixo" de F, uma entrada que produz uma saída idêntica, geralmente sinalizando uma resposta perfeita, aparece (por uma coincidência extraordinária!) Imediatamente e de forma constante. [...] Se a iteração não convergir, ou seja, se F não tiver ponto fixo, as saídas e entradas do computador serão desligadas ou pairarão em um estado intermediário improvável.

Cálculo quântico com um atraso negativo

O físico David Deutsch mostrou em 1991 que este modelo de computação poderia resolver problemas NP em tempo polinomial , e Scott Aaronson posteriormente estendeu este resultado para mostrar que o modelo também poderia ser usado para resolver problemas PSPACE em tempo polinomial. Deutsch mostra que a computação quântica com um atraso negativo - viagem no tempo para trás - produz apenas soluções autoconsistentes, e a região que viola a cronologia impõe restrições que não são aparentes através do raciocínio clássico. Pesquisadores publicaram em 2014 uma simulação em que afirmam ter validado o modelo de Deutsch com fótons. No entanto, foi mostrado em um artigo de Tolksdorf e Verch que a condição de autoconsistência de Deutsch pode ser cumprida com precisão arbitrária em qualquer sistema quântico descrito de acordo com a teoria quântica de campo relativística , mesmo em espaços-tempos que não admitem curvas fechadas tipo tempo, lançando dúvidas sobre se O modelo de Deutsch é realmente característico de processos quânticos simulando curvas fechadas tipo tempo no sentido da relatividade geral . Em um artigo posterior, os mesmos autores mostraram que a condição de ponto fixo CTC de Deutsch também pode ser satisfeita em qualquer sistema sujeito às leis da mecânica estatística clássica , mesmo que não seja construído por sistemas quânticos. Os autores concluem que, portanto, a condição de Deutsch não é específica da física quântica, nem depende da natureza quântica de um sistema físico para que possa ser cumprida. Em consequência, Tolksdorf e Verch concluem ainda que a condição de Deutsch não é suficientemente específica para permitir declarações sobre cenários de viagem no tempo ou sua realização hipotética pela física quântica, e que a tentativa de Deutsch de explicar a possibilidade de seu cenário de viagem no tempo proposto usando muitos a interpretação mundial da mecânica quântica é enganosa.

Na cultura popular

  • Harry Potter e os métodos da racionalidade . Na exposição de Eliezer Yudkowsky sobre a racionalidade, enquadrada como uma peça de fanfiction de Harry Potter, Harry tenta usar seu Vira-Tempo para influenciar o passado e chega à conclusão de que o princípio de autoconsistência de Novikov se aplica.
  • Excelente aventura de Bill & Ted : Um filme que aplica o princípio.
  • Quantum Break : Um videogame que aplica o princípio.
  • Steins; Gate : Citado por Makise Kurisu durante sua apresentação sobre viagem no tempo.
  • Ortogonal : uma série de romance de ficção científica que aplica o princípio.

Veja também

Referências

links externos