مبدأ الاتساق الذاتي لنوفيكوف

مبدأ نوفيكوف للاتساق الذاتي ، والمعروف أيضًا باسم تخمين نوفيكوف للاتساق الذاتي وقانون لاري نيفن لحفظ التاريخ ، هو مبدأ طوره الفيزيائي الروسي إيغور دميترييفيتش نوفيكوف في منتصف الثمانينيات. كان نوفيكوف يقصد به حل مشكلة المفارقات في السفر عبر الزمن ، وهو أمر مسموح به نظريًا في بعض حلول النسبية العامة التي تحتوي على ما يُعرف بالمنحنيات الزمنية المغلقة . يؤكد المبدأ أنه إذا حدث حدث من شأنه أن يتسبب في مفارقة أو أي "تغيير" في الماضي مهما كان، فإن احتمال حدوث هذا الحدث يساوي صفرًا. وبالتالي سيكون من المستحيل إنشاء مفارقات زمنية .

لقد عرف الفيزيائيون منذ فترة طويلة أن بعض الحلول لنظرية النسبية العامة تحتوي على منحنيات زمنية مغلقة - على سبيل المثال مقياس جودل . ناقش نوفيكوف إمكانية وجود منحنيات زمنية مغلقة (CTCs) في الكتب التي كتبها في عامي 1975 و 1983، ^[1] حيث قدم الرأي القائل بأن الرحلات المتسقة ذاتيًا فقط في الزمن هي المسموح بها. ^[2] في ورقة بحثية عام 1990 كتبها نوفيكوف وعدة آخرين، " مشكلة كوشي في الزمكان مع منحنيات زمنية مغلقة"، ^[3] ذكر المؤلفون:

إن النوع الوحيد من انتهاك العلاقة السببية الذي قد يجده المؤلفون غير مقبول هو ذلك الذي يتجسد في مفهوم الخيال العلمي الذي يتلخص في العودة إلى الوراء في الزمن وقتل الذات الأصغر سناً ("تغيير الماضي"). قبل بضع سنوات، فكر أحدنا (نوفيكوف) بإيجاز في إمكانية وجود منعطفات زمنية مؤقتة، وزعم أنها لا يمكن أن تستلزم هذا النوع من انتهاك العلاقة السببية: فقد زعم نوفيكوف أن الأحداث على منعطف زمني مؤقت من المؤكد أنها متسقة ذاتياً؛ فهي تؤثر على بعضها البعض حول منحنى مغلق بطريقة ذاتية التعديل ودورية ومتسقة ذاتياً. وقد توصل المؤلفون الآخرون مؤخراً إلى نفس وجهة النظر.

وسوف نجسد وجهة النظر هذه في مبدأ الاتساق الذاتي، الذي ينص على أن الحلول الوحيدة لقوانين الفيزياء التي يمكن أن تحدث محلياً في الكون الحقيقي هي تلك التي تتسم بالاتساق الذاتي على المستوى العالمي. ويسمح هذا المبدأ ببناء حل محلي لمعادلات الفيزياء فقط إذا كان من الممكن توسيع هذا الحل المحلي ليشمل جزءاً من حل عالمي (ليس بالضرورة فريداً)، والذي يتم تحديده جيداً في جميع المناطق غير المفردة من الزمكان.

كان من بين المؤلفين المشاركين في هذه الورقة البحثية لعام 1990 كيب ثورن ومايك موريس وأولفي يورتسيفير، الذين أثاروا في عام 1988 اهتمامًا متجددًا بموضوع السفر عبر الزمن في النسبية العامة من خلال ورقتهم البحثية "الثقوب الدودية وآلات الزمن وحالة الطاقة الضعيفة"، ^[4] والتي أظهرت أن حلًا جديدًا للنسبية العامة يُعرف باسم ثقب دودي يمكن عبوره يمكن أن يؤدي إلى منحنيات زمنية مغلقة، وعلى عكس الحلول السابقة التي تحتوي على CTC، فإنه لا يتطلب ظروفًا غير واقعية للكون ككل. بعد مناقشات مع المؤلف الرئيسي لورقة عام 1990، جون فريدمان، أقنعوا أنفسهم بأن السفر عبر الزمن لا ينبغي أن يؤدي إلى مفارقات غير قابلة للحل، بغض النظر عن الجسم المرسل عبر ثقب الدودة. ^{[5] : 509}

ردًا على ذلك، كتب لهم الفيزيائي جوزيف بولشينسكي رسالة زعم فيها أنه يمكن تجنب مسألة الإرادة الحرة من خلال استخدام تجربة فكرية متناقضة محتملة تتضمن كرة بلياردو تم إرسالها إلى الوراء في الزمن عبر ثقب دودي. في سيناريو بولشينسكي، يتم إطلاق كرة البلياردو في ثقب الدودة بزاوية بحيث، إذا استمرت على طول مسارها، فإنها ستخرج في الماضي بزاوية مناسبة تمامًا للاصطدام بذاتها السابقة، مما يؤدي إلى إخراجها عن المسار ومنعها من دخول ثقب الدودة في المقام الأول. أشار ثورن إلى هذا السيناريو باسم " مفارقة بولشينسكي " في عام 1994. ^{[6] : 510-511}

وبعد دراسة السيناريو، توصل فرناندو إيشيفيريا وجونار كلينكهامر، وهما طالبان في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (حيث كان ثورن يدرس)، إلى حل للمشكلة، يحدد نفس العناصر التي يتضمنها الحل الذي أطلق عليه فاينمان وويلر ^[7] اسم "الضربة الخاطفة"، لتجنب التناقضات الناشئة عن حلقات السببية. وفي السيناريو المنقح، تظهر الكرة من المستقبل بزاوية مختلفة عن الزاوية التي تولد المفارقة، وتوجه ضربة خاطفة لذاتها الأصغر سناً بدلاً من دفعها بعيدًا تمامًا عن ثقب الدودة. وتغير هذه الضربة مسارها بالدرجة المناسبة تمامًا، مما يعني أنها ستعود بالزمن إلى الوراء بالزاوية المطلوبة لتوجيه الضربة الخاطفة اللازمة لذاتها الأصغر سناً. ووجد إيشيفيريا وكلينكهامر في الواقع أن هناك أكثر من حل متسق ذاتيًا، مع زوايا مختلفة قليلاً للضربة الخاطفة في كل موقف. أوضح التحليل اللاحق الذي أجراه ثورن وروبرت فوروارد أنه بالنسبة لمسارات أولية معينة لكرة البلياردو، قد يكون هناك في الواقع عدد لا نهائي من الحلول المتسقة ذاتيًا. ^{[6] : 511–513}

نشر إيشيفيريا وكلينكهامر وثورن ورقة بحثية تناقش هذه النتائج في عام 1991؛ ^[8] بالإضافة إلى ذلك، أفادوا أنهم حاولوا معرفة ما إذا كان بإمكانهم العثور على أي ظروف أولية لكرة البلياردو لا توجد لها امتدادات متسقة ذاتيًا، لكنهم لم يتمكنوا من القيام بذلك. وبالتالي، فمن المعقول أن توجد امتدادات متسقة ذاتيًا لكل مسار أولي محتمل، على الرغم من عدم إثبات ذلك. ^{[9] : 184} وهذا ينطبق فقط على الظروف الأولية خارج منطقة انتهاك التسلسل الزمني في الزمكان، ^{[9] : 187} والتي يحدها أفق كوشي . ^[10] وهذا قد يعني أن مبدأ الاتساق الذاتي لنوفيكوف لا يفرض في الواقع أي قيود على الأنظمة خارج منطقة الزمكان حيث يكون السفر عبر الزمن ممكنًا، فقط داخلها.

حتى لو كان من الممكن إيجاد امتدادات متسقة ذاتيًا لظروف أولية تعسفية خارج أفق كوشي، فإن الاكتشاف الذي يفيد بأنه يمكن أن يكون هناك امتدادات متسقة ذاتيًا متعددة ومتميزة لنفس الحالة الأولية - في الواقع، وجد إيشيفيريا وآخرون عددًا لا نهائيًا من الامتدادات المتسقة لكل مسار أولي قاموا بتحليله ^{[9] : 184} - يمكن اعتباره مشكلة، لأنه يبدو من الناحية الكلاسيكية أنه لا توجد طريقة لتحديد الامتداد الذي ستختاره قوانين الفيزياء. للتغلب على هذه الصعوبة، قام ثورن وكلينكهامر بتحليل سيناريو كرة البلياردو باستخدام ميكانيكا الكم، ^{[6] : 514-515} وأجرى مجموعًا ميكانيكيًا كميًا على التواريخ ( تكامل المسار ) باستخدام الامتدادات المتسقة فقط، ووجدوا أن هذا أدى إلى احتمال محدد جيدًا لكل امتداد متسق. كتب مؤلفو "مشكلة كوشي في الزمكان مع منحنيات زمنية مغلقة":

إن أبسط طريقة لفرض مبدأ الاتساق الذاتي في ميكانيكا الكم (في الزمكان الكلاسيكي) هي من خلال صياغة المجموع على التواريخ التي تتضمن كل تلك التواريخ، وفقط تلك التواريخ، التي تتسم بالاتساق الذاتي. وقد تبين أنه، على الأقل من الناحية الشكلية (مع مراعاة قضايا مثل تقارب المجموع)، لكل اختيار لدالة الموجة الأولية غير النسبية لكرة البلياردو قبل أفق كوشي ، فإن مثل هذا المجموع على التواريخ ينتج احتمالات فريدة ومتسقة ذاتيًا لنتائج جميع مجموعات القياسات اللاحقة. ... ونحن نشك، بشكل عام، في أنه بالنسبة لأي نظام كمي في زمكان ثقب دودي كلاسيكي مع أفق كوشي مستقر، فإن المجموع على كل التواريخ المتسقة ذاتيًا سيعطي احتمالات فريدة ومتسقة ذاتيًا لنتائج جميع مجموعات القياسات التي قد يختار المرء إجراؤها.

يفترض مبدأ اتساق نوفيكوف وجود شروط معينة حول نوع السفر عبر الزمن الممكن. على وجه التحديد، يفترض المبدأ إما وجود خط زمني واحد فقط ، أو أن أي خطوط زمنية بديلة (مثل تلك التي افترضها تفسير العوالم المتعددة لميكانيكا الكم ) غير قابلة للوصول.

وبناءً على هذه الافتراضات، فإن القيد الذي ينص على أن السفر عبر الزمن لا يجب أن يؤدي إلى نتائج متضاربة يمكن اعتباره مجرد تكرار ، وحقيقة واضحة لا يمكن أن تكون خاطئة. ومع ذلك، فإن مبدأ نوفيكوف للاتساق الذاتي يهدف إلى تجاوز مجرد البيان القائل بأن التاريخ يجب أن يكون متسقًا، مما يجعل الافتراض غير التافه الإضافي بأن الكون يطيع نفس القوانين المحلية للفيزياء في المواقف التي تنطوي على السفر عبر الزمن كما يفعل في مناطق الزمكان التي تفتقر إلى المنحنيات المغلقة الشبيهة بالزمن. وقد تم توضيح ذلك في "مشكلة كوشي في الزمكان مع المنحنيات المغلقة الشبيهة بالزمن" المذكورة أعلاه، ^[3] حيث يكتب المؤلفون:

إن مبدأ الاتساق الذاتي ليس مجرد تكرار لغوي كامل، ويصبح واضحاً عندما نفكر في البديل التالي: قد تسمح قوانين الفيزياء بوجود منحنيات زمنية مغلقة؛ وعندما تحدث منحنيات زمنية مغلقة، فقد تؤدي إلى إطلاق أنواع جديدة من الفيزياء المحلية التي لم نصادفها من قبل... إن مبدأ الاتساق الذاتي يهدف إلى استبعاد مثل هذا السلوك. ويصر على أن الفيزياء المحلية تحكمها نفس أنواع القوانين الفيزيائية التي نتعامل معها في غياب منحنيات زمنية مغلقة: القوانين التي تستلزم قيمة واحدة متسقة ذاتياً للحقول. وفي جوهره، فإن مبدأ الاتساق الذاتي هو مبدأ لا فيزياء جديدة. وإذا كان المرء يميل منذ البداية إلى تجاهل أو التقليل من احتمالات ظهور فيزياء جديدة، فسوف ينظر إلى الاتساق الذاتي باعتباره مبدأ تافهاً.

يمكن توسيع افتراضات مبدأ الاتساق الذاتي لتشمل سيناريوهات افتراضية تتضمن مسافرين أذكياء عبر الزمن وكذلك أجسامًا غير ذكية مثل كرات البلياردو. وقد علق مؤلفو "مشكلة كوشي في الزمكان مع منحنيات زمنية مغلقة " على هذه القضية في استنتاجات البحث، وكتبوا:

إذا سُمح بوجود الحواجز الزمنية المغلقة، وإذا تبين أن الرؤية المذكورة أعلاه للتكيف مع الفيزياء النظرية صحيحة إلى حد ما، فماذا يعني هذا فيما يتصل بالمفهوم الفلسفي للإرادة الحرة للبشر وغيرهم من الكائنات الذكية؟ من المؤكد أن هذا يعني أن الكائنات الذكية لا تستطيع تغيير الماضي. وهذا التغيير يتعارض مع مبدأ الاتساق الذاتي. وبالتالي، فإن أي كائن مر عبر ثقب دودي وحاول تغيير الماضي سوف يُمنع بموجب القانون الفيزيائي من إجراء التغيير؛ أي أن "الإرادة الحرة" للكائن سوف تكون مقيدة. ورغم أن هذا القيد يتمتع بطابع أكثر عالمية من القيود المفروضة على الإرادة الحرة والتي تنبع من القوانين المحلية القياسية للفيزياء، فإنه ليس من الواضح لنا أن هذا القيد أشد صرامة من القيود المفروضة بموجب القانون الفيزيائي القياسي. ^[3]

وعلى نحو مماثل، يخلص الفيزيائي وعالم الفلك ج. كريج ويلر إلى أن:

وفقًا لفرضية الاتساق، يجب أن تعمل أي تفاعلات شخصية معقدة على حل نفسها بشكل متسق بحيث لا توجد مفارقة. هذا هو الحل. وهذا يعني، إذا أخذنا الأمر حرفيًا، أنه إذا كانت آلات الزمن موجودة، فلا يمكن أن تكون هناك إرادة حرة. لا يمكنك أن تجبر نفسك على قتل نفسك الأصغر سنًا إذا سافرت عبر الزمن. يمكنك التعايش معًا، واصطحاب نفسك لتناول البيرة، والاحتفال بعيد ميلادك معًا، ولكن بطريقة ما ستملي الظروف عدم قدرتك على التصرف بطريقة تؤدي إلى مفارقة في الوقت. يدعم نوفيكوف وجهة النظر هذه بحجة أخرى: الفيزياء تقيد إرادتك الحرة بالفعل كل يوم. قد تجبر نفسك على الطيران أو المشي عبر جدار خرساني، لكن الجاذبية وفيزياء المادة المكثفة تملي عليك عدم القدرة على ذلك. يتساءل نوفيكوف، لماذا يكون قيد الاتساق المفروض على مسافر عبر الزمن مختلفًا؟ ^[11]

منطق الحلقة الزمنية، الذي صاغه عالم الروبوتات والمستقبل هانز مورافك ، ^[12] هو نظام افتراضي للحساب يستغل مبدأ الاتساق الذاتي لنوفيكوف لحساب الإجابات بشكل أسرع بكثير مما هو ممكن باستخدام النموذج القياسي للتعقيد الحسابي باستخدام آلات تورينج . في هذا النظام، يرسل الكمبيوتر نتيجة عملية حسابية إلى الوراء عبر الزمن ويعتمد على مبدأ الاتساق الذاتي لإجبار النتيجة المرسلة على أن تكون صحيحة، بشرط أن تتمكن الآلة من تلقي معلومات موثوقة من المستقبل وبشرط أن تكون الخوارزمية والآلية الأساسية صحيحة رسميًا . لا يزال من الممكن إنتاج نتيجة غير صحيحة أو عدم إنتاج أي نتيجة إذا لم يتم ضمان دقة آلية السفر عبر الزمن أو الخوارزمية.

ومن الأمثلة البسيطة على ذلك خوارزمية الطريقة التكرارية . يقول مورافك:

إننا نصنع صندوقاً حاسوبياً يتقبل مدخلاً يمثل حلاً تقريبياً لمشكلة ما، وينتج مخرجاً يمثل تقريباً محسناً. ومن المعتاد أن تطبق مثل هذه الحسابات بشكل متكرر لعدد محدود من المرات، ثم تكتفي بالنتيجة الأفضل، ولكنها تظل تقريبية. ولكن إذا كان هناك تأخير سلبي مناسب، فمن الممكن أن يحدث شيء آخر: [...] يتم إرجاع نتيجة كل تكرار للدالة إلى الوراء في الزمن لكي تعمل كتقريب "أول". وبمجرد تنشيط الآلة، تظهر على الفور وبشكل ثابت ما يسمى "النقطة الثابتة" للدالة F، وهي المدخل الذي ينتج مخرجاً متطابقاً، وعادة ما يشير إلى إجابة مثالية. [...] وإذا لم تتقارب التكرارات، أي إذا لم يكن للدالة F نقطة ثابتة، فسوف تتوقف مخرجات ومدخلات الحاسوب عن العمل أو تظل في حالة وسيطة غير محتملة.

أظهر الفيزيائي ديفيد دويتش في عام 1991 أن هذا النموذج من الحساب يمكن أن يحل مشاكل NP في زمن متعدد الحدود ، ^[13] وقام سكوت آرونسون لاحقًا بتوسيع هذه النتيجة لإظهار أنه يمكن أيضًا استخدام النموذج لحل مشاكل PSPACE في زمن متعدد الحدود. ^{[14] [15]} يوضح دويتش أن الحساب الكمومي مع تأخير سلبي - السفر عبر الزمن للخلف - ينتج حلولاً متسقة ذاتيًا فقط، وتفرض المنطقة التي تنتهك التسلسل الزمني قيودًا غير واضحة من خلال التفكير الكلاسيكي. ^[13] نشر الباحثون في عام 2014 محاكاة يزعمون فيها أنهم أثبتوا صحة نموذج دويتش بالفوتونات. ^[16] ومع ذلك، فقد ثبت في مقال كتبه تولكسدورف وفيرش أن شرط الاتساق الذاتي لدويتش يمكن تحقيقه بدقة تعسفية في أي نظام كمي موصوف وفقًا لنظرية المجال الكمومي النسبي حتى في الزمكانات التي لا تقبل المنحنيات المغلقة الشبيهة بالزمن، مما يثير الشكوك حول ما إذا كان نموذج دويتش هو حقًا سمة مميزة للعمليات الكمومية التي تحاكي المنحنيات المغلقة الشبيهة بالزمن بمعنى النسبية العامة . ^[17] في مقال لاحق، ^[18] أظهر نفس المؤلفين أن شرط النقطة الثابتة CTC لدويتش يمكن تحقيقه أيضًا في أي نظام يخضع لقوانين الميكانيكا الإحصائية الكلاسيكية ، حتى لو لم يتم بناؤه بواسطة أنظمة كمومية. ويستنتج المؤلفون بالتالي أن شرط دويتش ليس خاصًا بالفيزياء الكمومية، ولا يعتمد على الطبيعة الكمومية للنظام الفيزيائي حتى يمكن تحقيقه. ونتيجة لذلك، يزعم تولكسدورف وفيرش أن حالة دويتش ليست محددة بما يكفي للسماح ببيانات حول سيناريوهات السفر عبر الزمن أو تحقيقها افتراضيًا بواسطة الفيزياء الكمومية.

تم تقديم اقتراح بديل لاحقًا بواسطة Seth Lloyd ^{[19] [20]} استنادًا إلى تكاملات ما بعد الاختيار والمسار. على وجه الخصوص، يكون تكامل المسار على حقول ذات قيمة واحدة، مما يؤدي إلى تواريخ متسقة ذاتيًا.

• العد التنازلي النهائي (1980): فيلم خيال علمي عن السفر عبر الزمن، حيث تمر حاملة الطائرات يو إس إس نيميتز عبر ثقب دودي عشية الهجوم الياباني على بيرل هاربور . تعود الشذوذ وترسلها مرة أخرى إلى الحاضر، قبل أن تتاح لها فرصة التأثير على النتيجة.
• تستكشف قصة التاجر وبوابة الخيميائي (2007) بقلم تيد شيانغ التفاعل بين الإرادة الحرة والسفر عبر الزمن المتسق مع الذات.
• ستينس؛ جيت (2009): استشهدت بها ماكيسي كوريسو أثناء عرضها التقديمي حول السفر عبر الزمن.
• هاري بوتر وطرق العقلانية : في شرح إيليزر يودكوفسكي للعقلانية، والذي تم تقديمه كقطعة من قصص هاري بوتر الخيالية، يحاول هاري استخدام أداة الزمن الخاصة به للتأثير على الماضي ويصل إلى استنتاج مفاده أن مبدأ الاتساق الذاتي لنوفيكوف ينطبق.
• متعامد : سلسلة روايات خيال علمي بقلم جريج إيجان تطبق المبدأ.
• يعتمد مسلسل Dark الذي تنتجه Netflix إلى حد كبير على فكرة مفادها أن إمكانية السفر عبر الزمن تغري الشخصيات بمحاولة تغيير الماضي، مما يؤدي بهم فقط إلى التسبب في الأحداث التي كانوا يحاولون منعها في المقام الأول.
• Quantum Break (2016): لعبة فيديو من إنتاج Remedy Entertainment ، تركز بشكل كبير على السؤال حول ما إذا كان الماضي يمكن تغييره أم لا. بعض الشخصيات في الحبكة مدفوعة لتغييره، في حين أن آخرين، الذين حاولوا بالفعل القيام بذلك دون جدوى، استسلموا للتوصل إلى استنتاج مفاده أن مبدأ الاتساق الذاتي لنوفيكوف ينطبق على ما يبدو.
• Outer Wilds (2019): لعبة فيديو تتضمن السفر عبر الزمن والتي لا تتبع المبدأ، مما يتسبب في انتهاء اللعبة إذا قام اللاعب بإجراء تجارب لاختبارها.
• تتبع جميع أشكال السفر عبر الزمن في المسلسل الأصلي The Way Home الذي أنتجته قناة Hallmark مبدأ الاتساق الذاتي الذي وضعه نوفيكوف. يستطيع اثنان من الشخصيات الرئيسية السفر عبر الزمن إلى الوراء بالقفز في بركة، لكنهما غير قادرين على تغيير أي شيء في الماضي. وتصبح جميع أفعالهما جزءًا من التاريخ، وينتهي بهما الأمر في الواقع إلى التسبب في الأحداث المأساوية التي كانا يحاولان منعها في المقام الأول.

• حلقة سببية
• السببية (فيزياء)
• تخمين حماية التسلسل الزمني
• فرضية الرقابة الكونية
• الدجاجة أو البيضة
• تفسير العوالم المتعددة
• مفارقة الجد
• ميكانيكا الكم للسفر عبر الزمن
• عارض الوقت

• مفهوم الماضي وهل نستطيع تغييره؟ – خطاب نوفيكوف
• من ثقب دودي إلى آلة الزمن: تعليقات على تخمين هوكينج لحماية التسلسل الزمني، والذي يتناول أيضًا مبدأ الاتساق الذاتي لنوفيكوف
• فيزياء أينشتاين تمنع السفر عبر الزمن بشكل متناقض
• السفر عبر الزمن والفيزياء الحديثة