Har du någonsin gjort ett misstag som du önskar att du kunde ångra? Att korrigera tidigare misstag är en av anledningarna till att vi tycker att begreppet tidsresor är så fascinerande. Som det ofta skildras i science fiction, med en tidsmaskin, är ingenting permanent längre - du kan alltid gå tillbaka och ändra det. Men är tidsresor verkligen möjliga i vårt universum, eller är det bara science fiction?

Vår moderna förståelse av tid och kausalitet kommer från allmän relativitet. Den teoretiske fysikern Albert Einsteins teori kombinerar rum och tid till en enda enhet - "rumtid" - och ger en anmärkningsvärt intrikat förklaring av hur de båda fungerar, på en nivå som inte motsvaras av någon annan etablerad teori. Denna teori har funnits i mer än 100 år och har experimentellt verifierats med extremt hög precision, så fysiker är ganska säkra på att den ger en korrekt beskrivning av orsaksstrukturen i vårt universum.

I decennier har fysiker försökt använda generell relativitetsteori för att ta reda på om tidsresor är möjliga. Det visar sig att man kan skriva ner ekvationer som beskriver tidsresor och är fullt kompatibla och överensstämmer med relativitetsteori. Men fysik är inte matematik, och ekvationer är meningslösa om de inte motsvarar någonting i verkligheten.

Argument mot tidsresor

Det finns två huvudfrågor som får oss att tro att dessa ekvationer kan vara orealistiska. Den första frågan är praktisk:att bygga en tidsmaskin verkar kräva exotisk materia, vilket är materia med negativ energi. All materia vi ser i våra dagliga liv har positiv energi - materia med negativ energi är inte något du bara kan hitta liggande. Från kvantmekaniken vet vi att sådan materia teoretiskt sett kan skapas, men i för små mängder och för korta tider.

Det finns dock inga bevis för att det är omöjligt att skapa exotisk materia i tillräckliga mängder. Dessutom kan andra ekvationer upptäckas som tillåter tidsresor utan att kräva exotisk materia. Därför kan det här problemet bara vara en begränsning av vår nuvarande teknik eller förståelse för kvantmekanik.

Den andra huvudfrågan är mindre praktisk, men mer betydelsefull:det är observationen att tidsresor verkar motsäga logik, i form av tidsreseparadoxer. Det finns flera typer av sådana paradoxer, men de mest problematiska är konsekvensparadoxer.

En populär trop inom science fiction, konsistensparadoxer inträffar när det finns en viss händelse som leder till att det förflutna förändras, men själva förändringen förhindrar att denna händelse inträffar i första hand.

Tänk till exempel på ett scenario där jag går in i min tidsmaskin, använder den för att gå tillbaka i tiden fem minuter och förstör maskinen så fort jag kommer till det förflutna. Nu när jag förstörde tidsmaskinen skulle det vara omöjligt för mig att använda den fem minuter senare.

Men om jag inte kan använda tidsmaskinen så kan jag inte gå tillbaka i tiden och förstöra den. Därför är det inte förstört, så jag kan gå tillbaka i tiden och förstöra det. Med andra ord, tidsmaskinen förstörs om och bara om den inte förstörs. Eftersom det inte kan både förstöras och inte förstöras samtidigt, är detta scenario inkonsekvent och paradoxalt.

Eliminera paradoxerna

Det finns en vanlig missuppfattning inom science fiction att paradoxer kan "skapas". Tidsresenärer varnas vanligtvis för att inte göra betydande förändringar i det förflutna och att undvika att möta sina tidigare jag av just denna anledning. Exempel på detta kan hittas i många tidsresefilmer, till exempel "Back to the Future"-trilogin.

Men i fysiken är en paradox inte en händelse som faktiskt kan inträffa – det är ett rent teoretiskt begrepp som pekar mot en inkonsekvens i själva teorin. Med andra ord, konsekvensparadoxer innebär inte bara att tidsresor är en farlig strävan, de antyder att det helt enkelt inte kan vara möjligt.

Detta var en av motiveringarna för den teoretiske fysikern Stephen Hawking att formulera sin kronologiska skyddsgissning, som säger att tidsresor borde vara omöjliga. Denna gissning är dock fortfarande obevisad. Dessutom skulle universum vara en mycket mer intressant plats om vi istället för att eliminera tidsresor på grund av paradoxer, bara kunde eliminera själva paradoxerna.

Ett försök att lösa tidsreseparadoxer är teoretiska fysikern Igor Dmitrijevich Novikovs självkonsekventa gissning, som i huvudsak säger att du kan resa till det förflutna, men du kan inte ändra det.

Enligt Novikov, om jag försökte förstöra min tidsmaskin fem minuter tidigare, skulle jag tycka att det är omöjligt att göra det. Fysikens lagar skulle på något sätt konspirera för att bevara konsistensen.

Vi presenterar flera historiker

Men vad är poängen med att gå tillbaka i tiden om du inte kan förändra det förflutna? Mitt senaste arbete, tillsammans med mina elever Jacob Hauser och Jared Wogan, visar att det finns tidsreseparadoxer som Novikovs gissningar inte kan lösa. Detta tar oss tillbaka till ruta ett, eftersom om bara en paradox inte kan elimineras, förblir tidsresor logiskt omöjliga.

Så, är detta den sista spiken i kistan för tidsresor? Inte riktigt. Vi visade att att tillåta flera historier (eller i mer bekanta termer, parallella tidslinjer) kan lösa de paradoxer som Novikovs gissningar inte kan. Faktum är att det kan lösa alla paradoxer du kastar på det.

Tanken är väldigt enkel. När jag lämnar tidsmaskinen går jag ut i en annan tidslinje. I den tidslinjen kan jag göra vad jag vill, inklusive att förstöra tidsmaskinen, utan att ändra något i den ursprungliga tidslinjen jag kom ifrån. Eftersom jag inte kan förstöra tidsmaskinen i den ursprungliga tidslinjen, som är den jag faktiskt använde för att resa tillbaka i tiden, finns det ingen paradox.

Efter att ha arbetat med tidsreseparadoxer under de senaste tre åren har jag blivit allt mer övertygad om att tidsresor kan vara möjliga, men bara om vårt universum kan tillåta flera historier att samexistera. Så, kan det?

Kvantmekaniken tycks verkligen antyda det, åtminstone om du prenumererar på Everetts tolkning av "många världar", där en historia kan "delas upp" i flera historier, en för varje möjligt mätresultat - till exempel om Schrödingers katt lever eller är död , eller om jag kom tidigare eller inte.

Men det här är bara spekulationer. Mina elever och jag arbetar för närvarande med att hitta en konkret teori om tidsresor med flera historier som är fullt kompatibel med allmän relativitet. Naturligtvis, även om vi lyckas hitta en sådan teori, skulle detta inte vara tillräckligt för att bevisa att tidsresor är möjliga, men det skulle åtminstone betyda att tidsresor inte utesluts av konsistensparadoxer.

Tidsresor och parallella tidslinjer går nästan alltid hand i hand i science fiction, men nu har vi bevis på att de måste gå hand i hand även i verklig vetenskap. Allmän relativitetsteori och kvantmekanik säger oss att tidsresor kan vara möjliga, men om det är så måste flera historier också vara möjliga. + Utforska vidare

Tidsresor är möjlig – men bara om du har ett föremål med oändlig massa

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.