La conjetura de protección de la cronología es una hipótesis propuesta por primera vez por Stephen Hawking que sostiene que las leyes de la física más allá de las de la relatividad general estándar impiden el viaje en el tiempo en todas las escalas excepto en las microscópicas, incluso cuando la última teoría afirma que debería ser posible (como en escenarios en los que se permite viajar a una velocidad superior a la de la luz ). La permisibilidad del viaje en el tiempo está representada matemáticamente por la existencia de curvas temporales cerradas en algunas soluciones de las ecuaciones de campo de la relatividad general . La conjetura de protección de la cronología debe distinguirse de la censura cronológica bajo la cual cada curva temporal cerrada pasa por un horizonte de eventos , lo que podría impedir que un observador detecte la violación causal [1] (también conocida como violación de la cronología ). [2]
En un artículo de 1992, Hawking utiliza el recurso metafórico de una "Agencia de Protección de la Cronología" como personificación de los aspectos de la física que hacen imposible el viaje en el tiempo a escalas macroscópicas, previniendo así aparentemente las paradojas temporales . Dice:
Parece que existe una Agencia de Protección de la Cronología que impide la aparición de curvas temporales cerradas y hace que el universo sea seguro para los historiadores. [3]
La idea de la Agencia de Protección de la Cronología parece ser extraída lúdicamente del concepto de la Patrulla del Tiempo o Policía del Tiempo, que se ha utilizado en muchas obras de ciencia ficción [4] como la serie de historias de la Patrulla del Tiempo de Poul Anderson o la novela El fin de la eternidad de Isaac Asimov , o en la serie de televisión Doctor Who . "El caso de la protección de la cronología" de Paul Levinson , publicado después del artículo de Hawking, postula un universo que llega tan lejos como para asesinar a cualquier científico que esté cerca de inventar cualquier medio de viaje en el tiempo. Larry Niven , en su cuento 'Cilindros giratorios y la posibilidad de violación de la causalidad global' expande este concepto de modo que el universo causa una catástrofe ambiental, o una guerra civil global, o el sol local convirtiéndose en una nova, a cualquier civilización que muestre cualquier signo de construcción exitosa.
Se han sugerido muchos intentos de generar escenarios para curvas temporales cerradas, y la teoría de la relatividad general los permite en ciertas circunstancias. Algunas soluciones teóricas en la relatividad general que contienen curvas temporales cerradas requerirían un universo infinito con ciertas características que nuestro universo no parece tener, como la rotación universal de la métrica de Gödel o el cilindro giratorio de longitud infinita conocido como cilindro de Tipler . Sin embargo, algunas soluciones permiten la creación de curvas temporales cerradas en una región acotada del espacio-tiempo, siendo el horizonte de Cauchy el límite entre la región del espacio-tiempo donde pueden existir curvas temporales cerradas y el resto del espacio-tiempo donde no pueden existir. [5] Una de las primeras soluciones de viaje en el tiempo acotado encontradas se construyó a partir de un agujero de gusano atravesable , basado en la idea de tomar una de las dos "bocas" del agujero de gusano en un viaje de ida y vuelta a velocidad relativista para crear una diferencia de tiempo entre esta y la otra boca (véase la discusión en Wormhole#Time travel ).
La relatividad general no incluye efectos cuánticos por sí misma, y una integración completa de la relatividad general y la mecánica cuántica requeriría una teoría de la gravedad cuántica , pero hay un método aproximado para modelar los campos cuánticos en el espacio-tiempo curvo de la relatividad general, conocido como gravedad semiclásica . Los intentos iniciales de aplicar la gravedad semiclásica a la máquina del tiempo transitable del agujero de gusano indicaron que exactamente en el momento en que el agujero de gusano permitiría por primera vez curvas temporales cerradas, las fluctuaciones del vacío cuántico se acumulan y llevan la densidad de energía al infinito en la región de los agujeros de gusano. Esto ocurre cuando las dos bocas del agujero de gusano, llamémoslas A y B, se han movido de tal manera que se hace posible que una partícula u onda que se mueve a la velocidad de la luz entre en la boca B en algún momento T 2 y salga por la boca A en un momento anterior T 1 , luego viaje de regreso hacia la boca B a través del espacio ordinario y llegue a la boca B en el mismo momento T 2 en que entró en B en el bucle anterior; De esta manera, la misma partícula u onda puede hacer un número potencialmente infinito de bucles a través de las mismas regiones del espacio-tiempo, acumulándose sobre sí misma. [6] Los cálculos mostraron que este efecto no ocurriría para un haz de radiación ordinario, porque sería "desenfocado" por el agujero de gusano de modo que la mayor parte de un haz que emergiera de la boca A se dispersaría y no llegaría a la boca B. [7] Pero cuando se realizó el cálculo para las fluctuaciones del vacío , se encontró que se reenfocarían espontáneamente en el viaje entre las bocas, lo que indica que el efecto de acumulación podría llegar a ser lo suficientemente grande como para destruir el agujero de gusano en este caso. [8]
La incertidumbre sobre esta conclusión permaneció, porque los cálculos semiclásicos indicaban que la acumulación solo impulsaría la densidad de energía al infinito durante un momento infinitesimal de tiempo, después del cual la densidad de energía disminuiría. [9] Pero la gravedad semiclásica se considera poco confiable para grandes densidades de energía o períodos de tiempo cortos que alcanzan la escala de Planck ; en estas escalas, se necesita una teoría completa de la gravedad cuántica para predicciones precisas. Por lo tanto, sigue siendo incierto si los efectos gravitacionales cuánticos podrían evitar que la densidad de energía crezca lo suficiente como para destruir el agujero de gusano. [10] Stephen Hawking conjeturó que no solo la acumulación de fluctuaciones del vacío aún lograría destruir el agujero de gusano en la gravedad cuántica, sino también que las leyes de la física en última instancia evitarían que se formara cualquier tipo de máquina del tiempo; esta es la conjetura de protección de la cronología. [11]
Trabajos posteriores en gravedad semiclásica proporcionaron ejemplos de espacio-tiempos con curvas temporales cerradas donde la densidad de energía debido a fluctuaciones del vacío no se acerca al infinito en la región del espacio-tiempo fuera del horizonte de Cauchy. [11] Sin embargo, en 1997 se encontró una prueba general que demostraba que según la gravedad semiclásica, la energía del campo cuántico (más precisamente, el valor esperado del tensor cuántico de tensión-energía) siempre debe ser infinita o indefinida en el horizonte mismo. [12] Ambos casos indican que los métodos semiclásicos se vuelven poco confiables en el horizonte y los efectos de la gravedad cuántica serían importantes allí, en consonancia con la posibilidad de que tales efectos siempre intervendrían para evitar la formación de máquinas del tiempo. [11]
Una decisión teórica definitiva sobre el estatus de la conjetura de protección de la cronología requeriría una teoría completa de la gravedad cuántica [13] en oposición a los métodos semiclásicos. También hay algunos argumentos de la teoría de cuerdas que parecen apoyar la protección de la cronología, [14] [15] [16] [17] [18] pero la teoría de cuerdas aún no es una teoría completa de la gravedad cuántica. La observación experimental de curvas temporales cerradas demostraría, por supuesto, que esta conjetura es falsa , pero, a falta de eso, si los físicos tuvieran una teoría de la gravedad cuántica cuyas predicciones hubieran sido bien confirmadas en otras áreas, esto les daría un grado significativo de confianza en las predicciones de la teoría sobre la posibilidad o imposibilidad del viaje en el tiempo.
Otras propuestas que permiten viajar en el tiempo hacia atrás pero evitan las paradojas temporales , como el principio de autoconsistencia de Novikov , que garantizaría que la línea de tiempo se mantenga consistente, o la idea de que un viajero en el tiempo es llevado a un universo paralelo mientras su línea de tiempo original permanece intacta, no califican como "protección de la cronología".