أسطوانة تيبلر

أسطوانة تيبلر ، والتي تسمى أيضًا آلة زمن تيبلر ، هي جسم افتراضي يُفترض أنه وسيلة محتملة للسفر عبر الزمن - على الرغم من أن النتائج أظهرت أن أسطوانة تيبلر لا يمكن أن تسمح بالسفر عبر الزمن إلا إذا كان طولها لانهائيًا أو بوجود طاقة سلبية .

اكتُشفت أسطوانة تيبلر كحل لمعادلات النسبية العامة على يد ويليم جاكوب فان ستوكم ^{[ 1 ]} عام 1936 وكورنيل لانكزوس ^{[ 2 ]} عام 1924، ولكن لم يُعترف بها كحل يسمح بوجود منحنيات زمنية مغلقة ^{[ 3 ]} إلا بعد تحليل فرانك تيبلر عام 1974. في مقالته "الأسطوانات الدوارة وإمكانية انتهاك السببية الشاملة" ^{[ 4 ]} ، بيّن تيبلر أنه في فضاء-زمن يحتوي على " أسطوانة دوارة كبيرة بما يكفي " تدور حول محورها، تُحدث الأسطوانة تأثير سحب الإطار المرجعي. يُشوّه هذا التأثير فضاء-الزمن بحيث تميل مخاريط الضوء للأجسام القريبة من الأسطوانة، فيشير جزء من مخروط الضوء إلى الخلف على طول محور الزمن في مخطط فضاء-الزمن . وبالتالي، يمكن لمركبة فضائية تتسارع بالقدر الكافي في الاتجاه المناسب أن تسافر عكس الزمن على طول منحنى زمني مغلق . ^{[ 4 ]}

ترتبط المفارقات السببية، في فضاءات لورنتزية تُفسَّر فيزيائيًا على أنها زمكان، بإمكانية حدوث شذوذات سببية، مثل عودة شخص ما إلى الماضي وربما قتله جده ، مع إمكانية تجنب هذه المفارقات باستخدام بعض القيود، مثل مبدأ نوفيكوف للاتساق الذاتي . وتظهر هذه المفارقات في بعض أهم الحلول الدقيقة في النسبية العامة، بما في ذلك فراغ كير (الذي يُحاكي ثقبًا أسود دوارًا ) وغبار فان ستوكم (الذي يُحاكي تكوينًا أسطوانيًا متناظرًا لسائل أو غبار دوار عديم الضغط ).

اعترض ستيفن هوكينغ على جدوى بناء أسطوانة تيبلر ، إذ جادل بأنه وفقًا للنسبية العامة، يستحيل بناء آلة زمن في أي منطقة محدودة تحقق شرط الطاقة الضعيفة ، أي أن هذه المنطقة لا تحتوي على مادة غريبة ذات طاقة سالبة. في المقابل، لا تتضمن أسطوانة تيبلر أي طاقة سالبة. تضمن حل تيبلر الأصلي أسطوانة لا نهائية الطول، وهي أسهل في التحليل الرياضي، ورغم أن تيبلر أشار إلى أن أسطوانة محدودة قد تُنتج منحنيات زمنية مغلقة إذا كان معدل الدوران سريعًا بما يكفي، ^{[ 5 ]} إلا أنه لم يُثبت ذلك. لكن هوكينغ علّق قائلًا: "لا يمكن تحقيق ذلك بكثافة طاقة موجبة في كل مكان! أستطيع أن أُثبت أنه لبناء آلة زمن محدودة، نحتاج إلى طاقة سالبة." ^{[ 6 ]} تظهر حجة هوكينج في ورقته البحثية لعام 1992 حول تخمين حماية التسلسل الزمني (على الرغم من أن الحجة تختلف عن التخمين نفسه، لأن الحجة تؤكد أن النسبية العامة الكلاسيكية تتنبأ بأن منطقة محدودة تحتوي على منحنيات زمنية مغلقة لا يمكن إنشاؤها إلا إذا كان هناك انتهاك لشرط الطاقة الضعيفة في تلك المنطقة، بينما يتنبأ التخمين بأن المنحنيات الزمنية المغلقة ستثبت أنها مستحيلة في نظرية مستقبلية للجاذبية الكمومية التي تحل محل النسبية العامة). في هذه الورقة، يتناول الباحث "حالة ظهور انتهاكات السببية في منطقة محدودة من الزمكان خالية من نقاط التفرد في الانحناء"، ويثبت أنه "سيكون هناك أفق كوشي مُوَلَّد بشكل مضغوط، ويحتوي عمومًا على مسار جيوديسي صفري مغلق واحد أو أكثر، وهو مسار غير مكتمل. ويمكن تعريف كميات هندسية تقيس تعزيز لورنتز وزيادة المساحة عند الدوران حول هذه المسارات الجيوديسية الصفرية المغلقة. إذا نشأ انتهاك السببية من سطح أولي غير مضغوط، فلا بد من انتهاك شرط الطاقة الضعيفة المتوسط ​​على أفق كوشي." ^{[ 7 ]}

ملحوظات

فهرس

• الأسطوانات الدوارة وإمكانية انتهاك السببية العالمية -- النص الكامل للورقة الأصلية لفرانك تيبلر.