La conjetura de protección de la cronología es una hipótesis propuesta por primera vez por Stephen Hawking de 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 establece que debería ser posible (como en escenarios en los que más rápido que se permiten viajes ligeros ). 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 cronológica debe distinguirse de la censura cronológica bajo la cual cada curva temporal cerrada pasa a través de un horizonte de eventos , lo que podría impedir que un observador detecte la violación causal [1] (también conocida como violación cronológica ). [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, evitando así aparentemente las paradojas temporales . Él dice:
Parece que existe una Agencia de Protección Cronológica que previene la aparición de curvas temporales cerradas y así hace que el universo sea seguro para los historiadores. [3]
La idea de la Agencia de Protección Cronológica parece extraída en broma del concepto de 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 de Isaac Asimov . novela El fin de la eternidad , o en la serie de televisión Doctor Who . "El caso de protección de la cronología" de Paul Levinson , publicado después del artículo de Hawking, plantea un universo que llega incluso a asesinar a cualquier científico que esté cerca de inventar cualquier medio de viaje en el tiempo. Larry Niven , en su cuento 'Los cilindros giratorios y la posibilidad de una violación de la causalidad global' amplía este concepto de modo que el universo causa una catástrofe ambiental, una guerra civil global, o la transformación del sol local en nova, a cualquier civilización que muestre algún signo de éxito. construcción.
Se han sugerido muchos intentos de generar escenarios para curvas temporales cerradas, y la teoría de la relatividad general los permite en determinadas circunstancias. Algunas soluciones teóricas en 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 cerradas en forma de tiempo en una región limitada del espacio-tiempo, siendo el horizonte de Cauchy el límite entre la región del espacio-tiempo donde pueden existir curvas cerradas en forma de tiempo y el resto del espacio-tiempo donde no pueden existir. [5] Una de las primeras soluciones encontradas para viajes en el tiempo limitado se construyó a partir de un agujero de gusano transitable , basándose en la idea de llevar una de las dos "bocas" del agujero de gusano en un viaje de ida y vuelta a una velocidad relativista para crear una diferencia horaria. entre esta y la otra boca (ver la discusión en Wormhole#Time travel ).
La relatividad general no incluye efectos cuánticos por sí sola, y una integración completa de la relatividad general y la mecánica cuántica requeriría una teoría de la gravedad cuántica , pero existe un método aproximado para modelar campos cuánticos en el espacio-tiempo curvo de la relatividad general, conocido como semiclásico. gravedad . 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, se acumulan fluctuaciones cuánticas del vacío que llevan la densidad de energía al infinito en la región de los agujeros de gusano. Esto ocurre cuando las dos bocas de los agujeros de gusano, llamémoslas A y B, se han movido de tal manera que es 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 regresa hacia la boca B a través del espacio ordinario y llega 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 realizar un número potencialmente infinito de bucles a través de las mismas regiones del espacio-tiempo, amontonándose sobre sí misma. [6] Los cálculos mostraron que este efecto no ocurriría para un haz de radiación ordinario, porque el agujero de gusano lo "desenfocaría" de modo que la mayor parte del haz que emerge de la boca A se extendería y no pasaría por la boca B. [7] Pero Cuando se hicieron los cálculos para las fluctuaciones del vacío , se descubrió que se reenfocaban 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 el choque solo llevaría 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 ; A estas escalas, se necesita una teoría completa de la gravedad cuántica para realizar predicciones precisas. Por lo tanto, sigue siendo incierto si los efectos de la gravitación cuántica podrían impedir que la densidad de energía crezca lo suficiente como para destruir el agujero de gusano. [10] Stephen Hawking conjeturó que no sólo 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 cronológica. [11]
Trabajos posteriores sobre gravedad semiclásica proporcionaron ejemplos de espaciotiempos con curvas temporales cerradas donde la densidad de energía debida a las fluctuaciones del vacío no se acerca al infinito en la región del espaciotiempo fuera del horizonte de Cauchy. [11] Sin embargo, en 1997 se encontró una prueba general que demuestra 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. sí 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, consistente con la posibilidad de que tales efectos siempre intervendrían para evitar que se formen máquinas del tiempo. [11]
Una decisión teórica definitiva sobre el estatus de la conjetura de protección cronológica requeriría una teoría completa de la gravedad cuántica [13] en contraposición a los métodos semiclásicos. También hay algunos argumentos de la teoría de cuerdas que parecen apoyar la protección cronológica, [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 aparte 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 de viajar en el tiempo.
Otras propuestas que permiten viajar hacia atrás en el tiempo pero evitan las paradojas del tiempo , 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 sea llevado a un universo paralelo mientras su línea de tiempo original permanece intacta, no califican como "protección de cronología".