Что такое замкнутая времениподобная кривая?

Замкнутая времениподобная кривая (ЗВК или англ. closed timelike curve, CTC) — это концепция в теории относительности и общей теории относительности, связанная с путешествиями во времени. Она описывает траекторию объекта или частицы, который может вернуться в свою собственную точку пространства-времени в прошлом, то есть повторить свое «временное» положение.

Особенности ЗВК:

1. Времениподобная траектория: Частица движется с такой скоростью, что она всегда остается меньше скорости света, то есть ее движение описывается временными координатами. Это важно, поскольку светоподобные или пространствоподобные кривые не могут быть использованы для описания движения материальных объектов.
2. Замкнутость: Путь частицы замкнут, что позволяет ей вернуться в ту же точку пространства-времени.
3. Физический смысл: В рамках ЗВК возникает идея путешествий во времени, поскольку объект, следующий по такой траектории, может взаимодействовать с собой в прошлом.

Примеры ЗВК

1. Метрика Гёделя: Это решение уравнений Эйнштейна, предложенное Куртом Гёделем, описывает вращающуюся вселенную, где теоретически возможны ЗВК.
2. Черные дыры с экзотическими свойствами: Некоторые гипотетические виды черных дыр, такие как червоточины или черные дыры Керра (вращающиеся черные дыры), могут позволять существование ЗВК.
3. Червоточины: Если существует проходимая червоточина (пространственно-временной туннель), ее входы могут быть скомбинированы таким образом, что частица, проходящая через червоточину, попадет в свою же точку в прошлом.

Проблемы и парадоксы

• Парадокс причинности: Возникают ситуации, в которых эффект может предшествовать своей причине, что создает логические противоречия (например, «парадокс дедушки»).
• Неясность физических условий: Существование ЗВК требует экзотической материи или специфических условий, которые в современной физике еще не подтверждены.
• Стабильность: ЗВК часто приводят к нестабильностям пространства-времени, что делает их существование сомнительным в реальной вселенной.

Итог

ЗВК остаются в значительной степени гипотетическим объектом и интересной областью для исследований в теоретической физике. Хотя решения уравнений Эйнштейна допускают их существование в некоторых моделях, нет никаких эмпирических доказательств того, что ЗВК могут существовать в реальной природе.