¿Puede violarse la causalidad?

Question

Una justificación habitual para prohibir muchos fenómenos inusuales, como los viajes más rápidos que la luz, es que si fueran posibles se violaría la causalidad.

Definamos la causalidad como:

No se puede cambiar el pasado.

Lo que significa que en un momento dado $t_1$ es imposible influir en ningún acontecimiento que haya tenido lugar en $t_0<t_1$ .

Obviamente, nadie ha oído hablar de que esto se haya violado. ¿Hay alguna razón? ¿Es sólo porque nadie ha conseguido construir una máquina del tiempo todavía, o hay algo en la física que prohíbe expresamente que se viole la causalidad? En otras palabras, ¿es la causalidad una ley de la física, y qué parte de la física tendría que retroceder y reescribirse si yo construyera una máquina del tiempo (probablemente sea más fácil decir qué física quedaría)?

Hay algunas paradojas (in)famosas que surgen si eres capaz de influir en el pasado. Probablemente no sea necesario volver a plantearlas para esta pregunta, a menos que estas paradojas propiamente dicho son la justificación para esperar que no se viole la causalidad.

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Pregunta motivada por Comentario de John Rennie .

Algunos ejemplos de cómo se puede violar la causalidad:

• Un dispositivo que puede viajar más rápido que la luz
• Un dispositivo que puede viajar al pasado
• Paradoja de Newcomb

Answer 1

Para cambiar el pasado se necesita curva temporal cerrada . Stephen Hawking demostró que no se pueden crear curvas temporales cerradas en un sistema finito sin utilizar materia exótica . Creo que la prueba estaba en su artículo sobre la conjetura de protección cronológica pero no tengo acceso al periódico en este momento.

Hasta aquí tenemos una idea fiable de si se puede violar la causalidad, pero a partir de aquí las cosas se vuelven especulativas. Parece probable que no existan estructuras infinitas, aunque sólo sea porque el universo no ha existido durante un tiempo infinito (aunque si hubiera un Gran rebote podríamos estar equivocados al respecto). La gran pregunta es si existe la materia exótica.

El problema es que no hay pruebas de que la materia exótica exista o no. Es como la masa negativa: nada impide introducir un valor negativo para la masa en las ecuaciones de la RG, pero eso no significa que tenga sentido desde el punto de vista físico. Nunca hemos observado materia exótica, pero eso no significa necesariamente que no exista.

La conjetura de la protección cronológica que he mencionado antes es lo más parecido que tenemos a un enfoque matemático para limitar las violaciones de la causalidad, pero es sólo una conjetura y no se ha demostrado, aunque tampoco se ha refutado. Por el momento no entendemos la física lo suficientemente bien como para dar una respuesta definitiva.

Answer 2

Lo que significa que en un momento dado $t_1$ es imposible influir en ningún acontecimiento que haya tenido lugar en $t_0<t_1$ . Evidentemente, nadie ha oído hablar nunca de que esto se infrinja. ¿Hay alguna razón para ello?

Esta no es realmente una pregunta sobre física, pero está relacionada y es interesante.

Supongo que por $t$ te refieres al tiempo medido por un reloj en la Tierra. La única forma (hipotética) que conozco de cambiar un acontecimiento que pertenece a ese pasado se ha explicado en la literatura y las películas de ciencia ficción. Se trata de viajar en el tiempo .

La forma más fácil de imaginarlo es que viajar en el tiempo es como viajar en el espacio: te transportas a un lugar extraño que parece antiguo, pero, desde tu punto de vista, el tiempo sigue como siempre, es decir, envejeces y tus relojes marcan las agujas del reloj como siempre.

Puedes seguir con tu vida como siempre. Puedes intentar cambiar algunos acontecimientos históricos para que resulten distintos de lo que recuerdas. En algunos tendrás éxito, en otros no. Puedes matar a tu abuelo o no. No hay una paradoja directa, porque no está claro cómo funciona el viaje en el tiempo y si tienes que cumplir con tu destino como todo el mundo lo recuerda (entonces no tendrías éxito en evitar tu nacimiento) o fuiste transportado a una nueva "línea de tiempo" totalmente independiente donde puedes evitar el nacimiento de un chico que se supone que se convertirá en otro tú.

¿hay algo en la física que prohíba expresamente violar la causalidad?

Depende de lo que se entienda por "causalidad" y de cómo se decida qué es causa y qué es efecto. Hay libros enteros escritos sobre esto, pero la mayor parte de la física no depende de eso - es una noción problemática que no es realmente tan importante para la formulación matemática de las leyes físicas.

En otras palabras, ¿es la causalidad una ley de la física, y qué parte de la física tendría que retroceder y reescribirse si construyera una máquina del tiempo (probablemente sea más fácil decir qué física quedaría)?

La causalidad no es una ley de la física, sino una noción vaga de la vida cotidiana, una forma que utiliza la gente de pensar sobre los acontecimientos para entenderlos.

Si se construyera una máquina del tiempo, no creo que la física tuviera ningún problema al respecto. Evolucionaría y la adoptaría.

Answer 3

El problema del tiempo es que su dirección es subjetiva. Las leyes físicas no especifican una distinción entre "pasado" y "futuro" (si nos fijamos en la teoría cuántica de campos, esto se conoce como simetría CPT).

Es decir: si conoces el estado de un sistema y conoces las leyes físicas que lo rigen, puedes calcular el desarrollo futuro con las mismas ecuaciones que el pasado del sistema. Incluso puedes cambiar el signo de tu parámetro temporal y alternar entre futuro y pasado.

Lo que suele entenderse por flujo del tiempo es el crecimiento de la entropía. Es perfectamente normal que un jarrón se rompa en el suelo. Pero si se vieran fragmentos saltando por el suelo y armando un jarrón por sí solos, sería muy sospechoso.

Imagine, por ejemplo, qué se sentiría al "viajar hacia atrás en el tiempo". Las conversaciones serían paradójicas en sí mismas. Si te encuentras con otra persona, sería la partida para ella, ya tendría información sobre toda la conversación. Si quieres preguntar algo, tendrías que hablar al revés, y cuando tu interlocutor respondiera después de oír la pregunta, eso tendría lugar en tu perspectiva avant tú hiciste la pregunta. Pero si ya sabes la respuesta, ¿para qué preguntar? Entonces, el "viaje en el tiempo" en sí mismo ya es "paradójico", ni siquiera necesitas matar a tu abuelo.

Existe la noción de coherencia para permitir los viajes en el tiempo y prohibir estas paradojas. Si implementaras un medio de FTL y luego te propusieras matar a tu abuelo en el pasado subjetivo de la Tierra, fracasarías por alguna razón. Alguien que es capaz y está dispuesto a matar a su abuelo antes de que pueda engendrar un hijo no es coherente con un universo que viaja en el tiempo y simplemente no existiría.

Answer 4

No está claro si es posible viajar en el tiempo. Se han hecho sugerencias sobre cómo podría construirse una curva temporal cerrada que aún no han sido refutadas, como por ejemplo

http://arxiv.org/abs/gr-qc/0503077 .

Además, ha habido intentos de resolver los problemas que se derivan de la existencia de curvas cerradas semejantes en el tiempo, como el artículo de David Deutsch de 1991 Mecánica cuántica cerca de líneas temporales cerradas . Versión resumida: si viajas al pasado y cambias cosas, acabas en un universo diferente en el multiverso de Everett descrito por la mecánica cuántica.

La paradoja de Newcomb viola la buena epistemología. La idea es que puedes ver una caja en la que hay 1.000 libras y otra en la que hay o bien 1 millón de libras o bien 0. Que haya 1 millón de libras en la caja lo determina un agente que puede predecir de algún modo qué elección harás. No basta con que el agente prediga tus acciones, ya que puedes aprender de otras personas, así que también tendría que ser capaz de predecir las acciones de los demás. Para conseguir un millón de libras, una caja y mucha información sobre ti, tiene que interactuar con otras personas e influir en sus acciones. No puede predecir exactamente cómo interactuará con otras personas, ya que eso implicaría predecir el crecimiento de su propio conocimiento, lo cual es imposible, puesto que si supiera hoy lo que sabrá mañana, ya lo sabría. Así que no puede predecir perfectamente tus reacciones porque dependen de lo que él hará y no puede predecir sus propias acciones. Así que la paradoja de Newcomb es imposible.