I slutet av Avengers:Infinity War var halva folket (inklusive hjältar och skurkar) i universum borta med ett finger från Thanos (Josh Brolin).

Så hur kan Avengers:Endgame (på biografer från den här veckan) försöka få tillbaka dem?

Väl, med den beprövade filmplotanordningen:tidsresor. Plus en överraskande mängd vetenskaplig jargong som kastas in, inklusive kvantmekanik, tyska förslag, egenvärden och inverterade Möbius -remsor.

Men tro inte att allt du hör under filmen skapades i tankarna på en galet manusförfattare. Många av tidsresekoncepten i Endgame hänger ihop, åtminstone i namn, till den senaste vetenskapliga teorin, simulering och spekulation.

Låt oss dyka in i vetenskapen om kvanttidsresor och diskutera om egenvärden verkligen kan rädda universum, men varnas:måttliga spoilers framåt.

Tidsresor 101

Filmens viktigaste förutsättning är att det enda som kan vända död på halva universum är de saker som orsakade dessa dödsfall i första hand:de kraftfulla Infinity Stones.

Problemet är, Thanos förstörde dessa i dag, så stenarna är bara tillgängliga tidigare. Att hämta dem kommer att kräva en invecklad resa tillbaka i tiden till flera platser av de återstående Avengers.

Är tidsresor verkligen möjliga? Vi har känt sedan Albert Einstein poserade sin teori om särskild relativitet för mer än 100 år sedan den resan fram- i tiden är relativt lätt.

Allt du behöver göra är att röra dig nära ljusets hastighet och du kan teoretiskt resa miljoner eller till och med miljarder år in i framtiden under din livstid.

Men kan du komma tillbaka igen? Denna bedrift verkar vara mycket svårare. Här är några utmaningar och möjliga lösningar.

Morfarens paradox

Att resa tillbaka i tiden kan orsaka uppenbara logiska inkonsekvenser i verkligheten, som den välkända farfarparadoxen.

Om du gick tillbaka i tiden och dödade din farfar när han var ung, då skulle du aldrig kunna födas, men om du inte föddes, hur gick du tillbaka och dödade honom?

Forskare har flera teorier om dessa tidsslingor (fysiker kallar dem slutna tidsliknande kurvor). Vissa teorier säger att sådana slingor bara är fysiskt omöjliga och därför kan resor tillbaka i tiden aldrig hända.

Men vi vet, också tack vare Einstein, att snurrande svarta hål kan vrida upp både rum och tid, vilket är anledningen till att den ena sidan av det svarta hålet är ljusare än den andra på den första bilden som någonsin tagits av ett.

Tidsresor i slutspelet

I filmen, karaktärerna gör först narr av många andra tidsresefilmer som Back to the Future och Terminator-serien där man kan ändra sitt eget förflutna och framtiden.

Istället, Slutspel går med den alternativa verklighetsidén, där eventuella förändringar tillbaka i tiden gör att ett helt nytt universum skapas, en så kallad splittring eller förgrening av flera tidslinjer. Inom fysiken, denna idé kallas många världsteori.

För att undvika detta problem, Avengers planerar att låna stenarna från tidigare tidslinjer, använda dem i dag, men återför dem till exakt samma ögonblick när de är klara med dem. Men kommer det att fungera?

Ange kvantmekanik

Kvantmekanik nämns mycket i filmen och det finns faktiskt många nya teorier om kvanttidsresor, inklusive några som potentiellt löser farfarparadoxen.

Inom kvantmekaniken, atompartiklar liknar mer otydliga vågor av sannolikhet. Så, till exempel, du kan aldrig veta både exakt var en partikel är och vilken riktning den rör sig. Du vet bara att det finns en viss chans att det finns på en viss plats.

En brittisk fysiker vid namn David Deutsch, som nämns i filmen, kombinerade denna idé med teorin om många världar, och visade att farfarparadoxen kan försvinna om man uttrycker allt sannolikt .

Liksom partiklarna, personen som går tillbaka i tiden har bara en viss sannolikhet att döda sin farfar, bryter kausalitetsslingan. Detta har simulerats framgångsrikt.

Det kan tyckas konstigt, och medan en del av jargongen som används i filmen kan verka lite överst, du kan vara säker på att riktig kvantvetenskap är ännu konstigare än filmskapare någonsin kunde föreställa sig. Det är uppenbart att även forskare kämpar för att förstå konsekvenserna av kvantteorin.

Terminologi för effekt

Tidsresorsteorins scener (av vilka det finns flera) är fyllda med teknisk jargong, några på sin plats, några i rätt bollplank.

Här är några av de termer vi hör i filmen om tidsresor:

Egenvärden :När de diskuterar deras inställning till tidsresor, karaktärerna Tony Stark och Bruce Banner nämner egenvärden. Detta är troligtvis ett exempel på filmmatematik för effekt, eftersom egenvärden är ett ganska lågt (grundläggande) begrepp i linjär algebra.

Dom: Ett fall av matematiken mumlar

Planck skala :Planck -skalan handlar om mycket små saker. Planck längd, tid och massa är basenheter som används i fysiken. En Planck -längd är 1,616 × 10 ⁻³⁵ m. Det är väldigt litet.

Det är avståndet som ljuset färdas i en enhet av Planck -tid - vilket också är en mycket liten tid. Med tanke på att filmen handlar om kvantmekanikbaserade tidsresor, chatta Planck -skalor verkar inte alltför långt borta från ämnet.

Dom: Planck har en poäng.

Omvänd Möbius -remsa

Tidsresa-jargongen diskuterar också invertering en Möbius -remsa. En normal Möbius -remsa är en yta med endast en sida. Du kan enkelt skapa en genom att ta en pappersremsa, vrider den en gång, och sedan hålla ihop det.

Även om en Möbius -remsa har en rad intressanta matematiska egenskaper, dess tekniska relevans för tidsresor är svag, bortom några försök på hög nivå att förklara farfarparadoxen.

Dom: Vridningsteori lite.

Dom

Ur ett vetenskapligt perspektiv, det är spännande att ha en ny film med en så tung plotgrund i tidsresor, och filmen drar inte många slag i att dyka rakt in i både jargongen och konsekvenserna av olika tidsresescenarier.

Även om en del av den matematiska terminologin helt klart finns där för effekt, handlingen gör en rimlig insats för att hålla sig till nuvarande högtänkande om tidsresor-till en punkt.

Tidsresor är ett av de fängslande vetenskapliga koncept som kanske är längst bort från implementering av forskare, och så är dess avgörande roll i en film om superhjältar som kan flyga, gå subatomärt, förstöra universum och förändra verkligheten är kanske särskilt passande.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.