Principe d'auto-cohérence de Novikov - Novikov self-consistency principle

Le principe d' auto-cohérence Novikov , également connu sous le nom conjecture autoconsistance Novikov et Larry Niven de la loi de la conservation de l' histoire , est un principe développé par le physicien russe Igor Novikov au milieu des années 1980. Novikov l'a destiné à résoudre le problème des paradoxes dans le voyage dans le temps , ce qui est théoriquement permis dans certaines solutions de la relativité générale qui contiennent ce que l'on appelle des courbes de type temps fermées . Le principe affirme que s'il existe un événement qui provoquerait un paradoxe ou un quelconque « changement » dans le passé, alors la probabilité de cet événement est nulle. Il serait donc impossible de créer des paradoxes temporels .

Histoire

Les physiciens savent depuis longtemps que certaines solutions de la théorie de la relativité générale contiennent des courbes temporelles fermées, par exemple la métrique de Gödel . Novikov a discuté de la possibilité de courbes temporelles fermées (CTC) dans les livres qu'il a écrits en 1975 et 1983, offrant l'opinion que seuls des voyages dans le temps cohérents seraient autorisés. Dans un article publié en 1990 par Novikov et plusieurs autres, "Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves", les auteurs déclarent :

Le seul type de violation de causalité que les auteurs trouveraient inacceptable est celui incarné dans le concept de science-fiction consistant à remonter le temps et à se tuer plus jeune (« changer le passé »). Il y a quelques années, l'un d'entre nous (Novikov 10 ) a brièvement envisagé la possibilité que des CTC puissent exister et a fait valoir qu'ils ne peuvent pas entraîner ce type de violation de la causalité : les événements sur un CTC sont déjà garantis d'être cohérents, a soutenu Novikov ; ils s'influencent mutuellement autour d'une courbe fermée d'une manière auto-ajustée, cyclique et auto-cohérente. Les autres auteurs sont récemment arrivés au même point de vue.

Nous incarnerons ce point de vue dans un principe d'auto-cohérence, qui stipule que les seules solutions aux lois de la physique qui peuvent se produire localement dans l'Univers réel sont celles qui sont globalement auto-cohérentes. Ce principe permet de construire une solution locale aux équations de la physique seulement si cette solution locale peut être étendue à une partie d'une solution globale (pas nécessairement unique), qui est bien définie dans toutes les régions non singulières de l'espace-temps.

Parmi les co-auteurs de cet article de 1990 se trouvaient Kip Thorne , Mike Morris et Ulvi Yurtsever, qui en 1988 avaient suscité un regain d'intérêt pour le sujet du voyage dans le temps en relativité générale avec leur article "Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition", qui montrait qu'une nouvelle solution de relativité générale connue sous le nom de trou de ver traversable pouvait conduire à des courbes de type temps fermées, et contrairement aux solutions précédentes contenant du CTC, elle ne nécessitait pas de conditions irréalistes pour l'univers dans son ensemble. Après des discussions avec un autre co-auteur de l'article de 1990, John Friedman, ils se sont convaincus que le voyage dans le temps ne devait pas conduire à des paradoxes insolubles, quel que soit l'objet envoyé à travers le trou de ver.

"Le paradoxe de Polchinski"
La résolution d'Echeverria et Klinkhammer

En guise de réponse, le physicien Joseph Polchinski leur a écrit une lettre affirmant que l'on pouvait éviter le problème du libre arbitre en employant une expérience de pensée potentiellement paradoxale impliquant une boule de billard renvoyée dans le temps à travers un trou de ver. Dans le scénario de Polchinski, la boule de billard est tirée dans le trou de ver à un angle tel que, si elle continue son chemin, elle sortira dans le passé juste au bon angle pour entrer en collision avec elle-même, la faisant dévier de sa trajectoire et l'empêchant d'entrer dans le trou de ver en premier lieu. Thorne appellerait ce scénario le « paradoxe de Polchinski » en 1994.

Après avoir examiné le scénario, Fernando Echeverria et Gunnar Klinkhammer, deux étudiants de Caltech (où Thorne enseignait), sont parvenus à une solution au problème qui a réussi à éviter toute incohérence. Dans le scénario révisé, la balle du futur émerge sous un angle différent de celui qui génère le paradoxe, et donne à son jeune moi un coup d'œil au lieu de l'éloigner complètement du trou de ver. Ce coup modifie sa trajectoire juste au bon degré, ce qui signifie qu'il remontera dans le temps avec l'angle requis pour donner à son jeune moi le coup de coup d'œil nécessaire. Echeverria et Klinkhammer ont en fait découvert qu'il y avait plus d'une solution cohérente, avec des angles légèrement différents pour le coup d'œil dans chaque situation. Une analyse ultérieure de Thorne et Robert Forward a illustré que pour certaines trajectoires initiales de la boule de billard, il pourrait en fait y avoir un nombre infini de solutions auto-cohérentes.

Echeverria, Klinkhammer et Thorne ont publié un article discutant de ces résultats en 1991 ; en outre, ils ont indiqué qu'ils avaient essayé de voir s'ils pouvaient trouver des conditions initiales pour la boule de billard pour lesquelles il n'y avait pas d'extensions auto-cohérentes, mais qu'ils n'ont pas pu le faire. Ainsi, il est plausible qu'il existe des extensions auto-cohérentes pour chaque trajectoire initiale possible, bien que cela n'ait pas été prouvé. Cela ne s'applique qu'aux conditions initiales en dehors de la région de l'espace-temps qui viole la chronologie, qui est délimitée par un horizon de Cauchy . Cela pourrait signifier que le principe d'auto-cohérence de Novikov n'impose aucune contrainte aux systèmes en dehors de la région de l'espace-temps où le voyage dans le temps est possible, mais seulement à l'intérieur.

Même si des extensions auto-cohérentes peuvent être trouvées pour des conditions initiales arbitraires en dehors de l'horizon de Cauchy, la découverte qu'il peut y avoir plusieurs extensions auto-cohérentes distinctes pour la même condition initiale - en effet, Echeverria et al. ont trouvé un nombre infini d'extensions cohérentes pour chaque trajectoire initiale qu'ils ont analysée - peut être considéré comme problématique, car classiquement, il semble n'y avoir aucun moyen de décider quelle extension les lois de la physique choisiront. Pour contourner cette difficulté, Thorne et Klinkhammer ont analysé le scénario de la boule de billard à l'aide de la mécanique quantique, en effectuant une somme mécanique quantique sur les histoires ( intégrale de chemin ) en utilisant uniquement les extensions cohérentes, et ont constaté que cela entraînait une probabilité bien définie pour chaque cohérent. extension. Les auteurs du problème de Cauchy dans les espaces-temps avec des courbes de type temps fermées écrivent :

La façon la plus simple d'imposer le principe d'auto-cohérence en mécanique quantique (dans un espace-temps classique) est par une formulation somme sur les histoires dans laquelle on inclut toutes celles, et seulement celles, histoires qui sont auto-cohérentes. Il s'avère que, au moins formellement (modulo des problèmes tels que la convergence de la somme), pour chaque choix de la fonction d'onde initiale non relativiste de la boule de billard avant l' horizon de Cauchy , une telle somme sur les histoires produit des probabilités uniques et auto-cohérentes pour les résultats de toutes les séries de mesures ultérieures. ... Nous soupçonnons, plus généralement, que pour tout système quantique dans un espace-temps de trou de ver classique avec un horizon de Cauchy stable, la somme sur toutes les histoires auto-cohérentes donnera des probabilités uniques et auto-cohérentes pour les résultats de tous les ensembles de mesures qui on pourrait choisir de faire.

Hypothèses

Le principe de cohérence de Novikov suppose certaines conditions quant au type de voyage dans le temps possible. Plus précisément, il suppose soit qu'il n'y a qu'une seule chronologie , soit que toute chronologie alternative (telle que celle postulée par l' interprétation des mondes multiples de la mécanique quantique ) n'est pas accessible.

Compte tenu de ces hypothèses, la contrainte selon laquelle le voyage dans le temps ne doit pas conduire à des résultats incohérents pourrait être considérée simplement comme une tautologie , une vérité évidente qui ne peut pas être fausse. Cependant, le principe d'auto-cohérence de Novikov est destiné à aller au-delà de l'affirmation selon laquelle l'histoire doit être cohérente, en faisant l'hypothèse supplémentaire non triviale que l'univers obéit aux mêmes lois locales de la physique dans les situations impliquant un voyage dans le temps que dans les régions de l'espace. temps qui manque de courbes temporelles fermées. Ceci est clarifié dans le "problème de Cauchy dans l'espace-temps avec des courbes temporelles fermées" mentionné ci-dessus, où les auteurs écrivent :

Que le principe d'auto-cohérence n'est pas totalement tautologique devient clair lorsque l'on considère l'alternative suivante : les lois de la physique pourraient autoriser les CTC ; et lorsque les CTC se produisent, ils pourraient déclencher de nouveaux types de physique locale que nous n'avons pas rencontrés auparavant. ... Le principe d'auto-cohérence vise à écarter un tel comportement. Il insiste sur le fait que la physique locale est régie par les mêmes types de lois physiques que nous traitons en l'absence de CTC : les lois qui impliquent une valeur unique auto-cohérente pour les champs. En substance, le principe d'auto-cohérence est un principe d'aucune nouvelle physique. Si l'on est enclin dès le départ à ignorer ou à écarter la possibilité d'une nouvelle physique, alors on considérera l'auto-cohérence comme un principe trivial.

Implications pour les voyageurs temporels

Les hypothèses du principe d'auto-cohérence peuvent être étendues à des scénarios hypothétiques impliquant des voyageurs temporels intelligents ainsi que des objets non intelligents tels que des boules de billard. Les auteurs de « Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves » ont commenté le problème dans la conclusion de l'article, en écrivant :

Si les CTC sont autorisés, et si la vision ci-dessus de l'accommodation de la physique théorique avec eux s'avère plus ou moins correcte, alors qu'est-ce que cela impliquera sur la notion philosophique de libre arbitre pour les humains et autres êtres intelligents ? Cela impliquera certainement que les êtres intelligents ne peuvent pas changer le passé. Un tel changement est incompatible avec le principe d'auto-cohérence. Par conséquent, tout être qui passerait par un trou de ver et tenterait de changer le passé serait empêché par la loi physique de faire le changement ; c'est-à-dire que le "libre arbitre" de l'être serait contraint. Bien que cette contrainte ait un caractère plus global que les contraintes sur le libre arbitre qui découlent des lois standard et locales de la physique, il ne nous est pas évident que cette contrainte soit plus sévère que celles imposées par la loi physique standard.

De même, le physicien et astronome J. Craig Wheeler conclut que :

Selon la conjecture de cohérence, toute interaction interpersonnelle complexe doit se dérouler de manière cohérente afin qu'il n'y ait pas de paradoxe. C'est la résolution. Cela signifie, pris à la lettre, que si les machines à remonter le temps existent, il ne peut y avoir de libre arbitre. Vous ne pouvez pas vous tuer vous-même si vous voyagez dans le temps. Vous pouvez coexister, sortir boire une bière, fêter votre anniversaire ensemble, mais d'une manière ou d'une autre, les circonstances dicteront que vous ne pouvez pas vous comporter d'une manière qui mène à un paradoxe dans le temps. Novikov soutient ce point de vue avec un autre argument : la physique restreint déjà votre libre arbitre chaque jour. Vous voudrez peut-être voler ou traverser un mur de béton, mais la gravité et la physique de la matière condensée dictent que vous ne pouvez pas. Pourquoi, demande Novikov, la restriction de cohérence imposée à un voyageur dans le temps est-elle différente ?

Logique de boucle temporelle

Article détaillé : Boucle temporelle

La logique en boucle temporelle, inventée par le roboticien et futuriste Hans Moravec , est un système de calcul hypothétique qui exploite le principe d'auto-cohérence de Novikov pour calculer des réponses beaucoup plus rapidement que possible avec le modèle standard de complexité de calcul utilisant des machines de Turing . Dans ce système, un ordinateur envoie le résultat d'un calcul en arrière dans le temps et s'appuie sur le principe d'auto-cohérence pour forcer le résultat envoyé à être correct, à condition que la machine puisse recevoir de manière fiable des informations du futur et à condition que l'algorithme et le mécanisme sous-jacent sont formellement correctes . Un résultat incorrect ou aucun résultat peut toujours être produit si le mécanisme ou l'algorithme de voyage dans le temps n'est pas garanti pour être précis.

Un exemple simple est un algorithme de méthode itérative . Moravec déclare :

Créez une boîte de calcul qui accepte une entrée, qui représente une solution approximative à un problème, et produit une sortie qui est une meilleure approximation. Conventionnellement, vous appliqueriez un tel calcul à plusieurs reprises un nombre fini de fois, puis vous vous contenteriez d'un résultat meilleur, mais toujours approximatif. Étant donné un délai négatif approprié, autre chose est possible : [...] le résultat de chaque itération de la fonction est ramené dans le temps pour servir de "première" approximation. Dès que la machine est activée, un soi-disant "point fixe" de F, une entrée qui produit une sortie identique, signalant généralement une réponse parfaite, apparaît (par une extraordinaire coïncidence !) immédiatement et régulièrement. [...] Si l'itération ne converge pas, c'est-à-dire si F n'a pas de point fixe, les sorties et les entrées de l'ordinateur s'arrêteront ou passeront dans un état intermédiaire improbable.

Calcul quantique avec un retard négatif

Le physicien David Deutsch a montré en 1991 que ce modèle de calcul pouvait résoudre des problèmes NP en temps polynomial , et Scott Aaronson a ensuite étendu ce résultat pour montrer que le modèle pouvait également être utilisé pour résoudre des problèmes PSPACE en temps polynomial. Deutsch montre que le calcul quantique avec un retard négatif - un voyage dans le temps en arrière - ne produit que des solutions auto-cohérentes, et la région de violation de la chronologie impose des contraintes qui ne sont pas apparentes par le raisonnement classique. Des chercheurs ont publié en 2014 une simulation dans laquelle ils affirment avoir validé le modèle de Deutsch avec des photons. Cependant, il a été montré dans un article de Tolksdorf et Verch que la condition d'auto-cohérence de Deutsch peut être remplie avec une précision arbitraire dans n'importe quel système quantique décrit selon la théorie des champs quantique relativiste, même sur des espaces-temps qui n'admettent pas de courbes de type temps fermées, jetant des doutes sur Le modèle de Deutsch est vraiment caractéristique des processus quantiques simulant des courbes temporelles fermées au sens de la relativité générale . Dans un article ultérieur, les mêmes auteurs ont montré que la condition de point fixe CTC de Deutsch peut également être remplie dans tout système soumis aux lois de la mécanique statistique classique , même s'il n'est pas construit par des systèmes quantiques. Les auteurs concluent que, par conséquent, la condition de Deutsch n'est pas spécifique à la physique quantique et ne dépend pas non plus de la nature quantique d'un système physique pour qu'elle puisse être remplie. En conséquence, Tolksdorf et Verch concluent en outre que la condition de Deutsch n'est pas suffisamment spécifique pour permettre des déclarations sur des scénarios de voyage dans le temps ou leur réalisation hypothétique par la physique quantique, et que la tentative de Deutsch d'expliquer la possibilité de son scénario de voyage dans le temps proposé en utilisant les nombreux- L'interprétation mondiale de la mécanique quantique est trompeuse.

Dans la culture populaire

  • Harry Potter et les méthodes de rationalité . Dans l'exposition d'Eliezer Yudkowsky sur la rationalité, présentée comme un morceau de fanfiction de Harry Potter, Harry tente d'utiliser son Time Turner pour influencer le passé et arrive à la conclusion que le principe d'auto-cohérence de Novikov s'applique.
  • L'excellente aventure de Bill & Ted : Un film qui applique le principe.
  • Quantum Break : Un jeu vidéo qui applique le principe.
  • Steins;Gate : Cité par Makise Kurisu lors de sa présentation sur le voyage dans le temps.
  • Orthogonal : Une série de romans de science-fiction qui applique le principe.

Voir également

Les références

Liens externes