タイムトラベル

タイムトラベルは、過去や未来に旅するという仮説上の行為である。タイムトラベルは哲学やフィクション、特にSFにおける概念である。フィクションでは、タイムトラベルは通常、タイムマシンと呼ばれる装置を使用して実現される。タイムマシンのアイデアは、 HGウェルズの1895年の小説『タイムマシン』によって普及した。^[1]

過去へのタイムトラベルが物理的に可能かどうかは不明である。そのような旅行は、たとえ実現可能だとしても、因果関係に関する疑問を生じさせる可能性がある。通常の時間認識の意味から外れた前方へのタイムトラベルは、広く観察されている現象であり、特殊相対性理論と一般相対性理論の枠組みの中で十分に理解されている。しかし、ある物体を別の物体と比較して数ミリ秒以上進めたり遅らせたりすることは、現在の技術では実現不可能である。後方へのタイムトラベルについては、回転するブラックホールなど、一般相対性理論でそれを可能にする解決策を見つけることは可能である。時空の任意の地点への移動は、理論物理学では非常に限られた裏付けしかなく、通常は量子力学またはワームホールとのみ関連付けられている。

古代の神話の中には、時間を飛ばして未来へ進む人物を描いたものがある。ヒンドゥー教の神話では、ヴィシュヌ・プラーナに、創造主ブラフマーに会うために天国へ旅したライヴァタ・カクドミ王が、地球に戻った時に多くの時代が経過していたことを知って驚くという話がある。 ^{[2] [3]}仏教のパーリ語経典には、時間の相対性について触れられている。パーヤシ経には、釈迦の高弟の一人であるクマラ・カッサパが、懐疑的なパーヤシに、天国での時間は地球上の時間とは異なると説明する話がある。^[4]万葉集に初めて登場する日本の童話「浦島太郎」[ ^{5] は}、浦嶋子という名の若い漁師が海底の宮殿を訪れる話である。3日後、村に戻ると、300年後の自分が忘れ去られ、家は廃墟となり、家族は亡くなっていた。^[6]

ユダヤ教の物語に、紀元前1世紀の奇跡を起こす賢者、ホニ・ハメアゲルに関するものがあります。彼は歴史上の人物で、さまざまな神話の登場人物でした。ある日、旅をしていると、ホニはイナゴマメの木を植えている男を見かけ、そのことについて尋ねました。男は、その木が実を結ぶまでには70年かかること、そして自分のためではなく、後世のために植えているのだと説明しました。その日遅く、ホニは休むために座りましたが、70年間眠り続けました。目覚めたとき、男が十分に成長したイナゴマメの木から実を摘んでいるのを見ました。自分が植えたのかと尋ねると、男は自分が植えたのではなく、祖父が植えてくれたのだと答えました。^{[7] [8]}

キリスト教の伝統には、似たような「エフェソスの七人の眠り人」の物語があり、これは、紀元250年頃、ローマ皇帝デキウスの治世中にキリスト教徒の迫害から逃れるために洞窟に隠れた初期キリスト教徒のグループの物語である。彼らは眠りに落ち、約200年後のテオドシウス2世の治世中に目覚め、帝国がキリスト教化されていたことを知った。^{[9] [10]}このキリスト教の物語はイスラム教によって語られ、コーランのスーラ、スーラ・アル・カフに登場します。^[11]このバージョンでは、洞窟内での迫害から逃れ、数百年後に現れた若い一神教徒のグループが回想されています。この物語は神の保護と時間の停止を説明しています。^{[12] [13] [14]}

イスラムの伝統における同様の物語に、ウザイル（通常、聖書のエズラと同一視される）の物語がある。バビロニア人によるエルサレムの破壊に対する彼の悲しみ はあまりにも大きく、エルサレムの再建後、神は彼の魂を奪い、彼を生き返らせた。彼は生き返ったロバに乗って故郷に入った。しかし、人々は彼を認識しなかったし、彼の家臣も、老いて盲目になっていた女中を除いては認識しなかった。彼は彼女の盲目を治して欲しいと神に祈ったところ、彼女は再び見えるようになった。彼は肩の間のほくろで彼を認識し、彼よりも年上の息子と出会った。^{[15] [16]}

SFやメディアにおけるタイムトラベルのテーマは、不変のタイムライン、可変のタイムライン、そして相互作用する多世界解釈のような代替歴史の3つのカテゴリーに分類できます。^{[17] [18] [19]}非科学的な用語「タイムライン」は、歴史上のすべての物理的イベントを指すためによく使用され、イベントが変更されると、タイムトラベラーが新しいタイムラインを作成すると説明されます。^[20]

初期のSF小説には、何年も眠り、変化した社会で目覚めたり、超自然的な手段で過去へ運ばれたりする登場人物が登場する。ルイ・セバスチャン・メルシエの『2440年、夢の果て』（1770年）、ワシントン・アーヴィングの『リップ・ヴァン・ウィンクル』（1819年）、エドワード・ベラミーの『過去を振り返る』（1888年）、 HGウェルズの『眠れる森の美女が目覚めたとき』（1899年）などがある。これらの物語では、長時間の睡眠がタイムトラベルの手段として使われている。^[21]

過去へのタイムトラベルに関する最も古い作品の年代は不明である。董悦の中国の小説『西遊記補遺』（ 1640年頃）には、さまざまな時点を結びつける魔法の鏡や玉の門が登場する。主人公の孫悟空は、魔法の鐘を取り戻すために「古代の世界」（秦王朝）にタイムトラベルし、その後、追放された皇帝を見つけるために「未来の世界」（宋王朝）にタイムトラベルする。しかし、タイムトラベルは、悪者が彼の注意をそらし、罠にかけるために作り出した幻想的な夢の世界の中で行われている。^[22]サミュエル・マッデンの『20世紀の回想録』（1733年）は、1997年と1998年の英国大使から過去の外交官に宛てた一連の手紙で、未来の政治的、宗教的状況を伝えている。^{[23] : 95–96}語り手が守護天使からこれらの手紙を受け取っていることから、ポール・アルコンは著書『未来小説の起源』で「英文学における最初のタイムトラベラーは守護天使である」と示唆している。^{[23] : 85}マッデンは天使がこれらの文書をどのように入手したかを説明していないが、アルコンはマッデンが「未来から過去に送られ、現在に発見される遺物という形でタイムトラベルするという豊かなアイデアを最初に考案した人物として認められるに値する」と主張している。^{[23] : 95–96} SFアンソロジー『Far Boundaries』（1951年）で編集者のオーガスト・ダーレスは、タイムトラベルに関する初期の短編小説は、1838年6月号のダブリン文学雑誌^[24]に匿名の著者によって書かれた『時代錯誤、あるいは行方不明の馬車』であると主張している。 ^{[25] : 3}語り手が木の下でニューカッスルから出るための馬車を待っている間に、彼は千年以上前にタイムスリップする。彼は修道院でベデ神父に会い、これから数世紀の出来事を説明する。しかし、物語ではこれらの出来事が現実か夢かは決して明らかにされない。^{[25] : 11–38}タイムトラベルに関する別の初期の作品は、 1836年に出版されたアレクサンダー・フェルトマンの『カリメロスの祖先：マケドニア王フィリップの息子アレクサンダー』である。 ^[26]

チャールズ・ディケンズの『クリスマス・キャロル』（1843年）には、主人公のエベネザー・スクルージがクリスマスの過去と未来に運ばれるなど、双方向の神秘的なタイムトラベルの初期の描写がある。他の物語でも同じテンプレートが採用されており、登場人物は自然に眠りにつき、目覚めると別の時間にいることに気づく。^[27]逆方向のタイムトラベルのより明確な例は、フランスの植物学者で地質学者のピエール・ボワタールが死後に出版した1861年の著書『Paris avant les hommes（人類以前のパリ） 』に見られる。この物語では、主人公は「足の不自由な悪魔」（ボワタールの名前をフランス語でしゃれたもの）の魔法によって先史時代に運ばれ、そこでプレシオサウルスや類人猿のような祖先に遭遇し、古代の生き物と交流することができる。^[28]エドワード・エヴェレット・ヘイルの『ハンズ・オフ』（1881年）^[29]は、おそらく最近亡くなった人の魂である無名の存在が、ヨセフの奴隷化を阻止することで古代エジプトの歴史に干渉するという物語である。これは、タイムトラベルの結果として作られた別の歴史を特徴とする最初の物語であったかもしれない。 ^{[30] : 54}

機械によるタイムトラベルを扱った最初の物語の一つは、エドワード・ペイジ・ミッチェルの「逆戻りの時計」^[31]で、 1881年にニューヨーク・サン紙に掲載された。しかし、その仕組みはファンタジーの域に達している。珍しい時計を巻き上げると、逆戻りして近くにいる人々を過去に連れ戻す。作者は時計の起源や特性については説明していない。^{[30] : 55}エンリケ・ガスパール・イ・リンボーの「アナクロノペテ」（1887年）は、タイムトラベル用に設計された船を扱った最初の物語かもしれない。^{[32] [33]}アンドリュー・ソーヤーは、この物語は「確かに、これまで記録されたタイムマシンの最初の文学的描写であるように思われる」とコメントし、「エドワード・ペイジ・ミッチェルの物語「逆戻りの時計」（1881年）は、最初のタイムマシンの物語としてよく説明されているが、時計がそれに該当するかどうかはわからない」と付け加えた。^[34] HGウェルズの『タイムマシン』（1895年）は機械的な手段によるタイムトラベルの概念を普及させた。^[35]

いくつかの理論、最も有名なのは特殊相対性理論と一般相対性理論であり、適切な時空形状や空間内の特定の種類の運動により、これらの形状や運動が可能であれば、過去や未来へのタイムトラベルが可能になるかもしれないと示唆している。^{[36] : 499}物理学者は技術論文で、閉じた時間的曲線の可能性について議論している。これは時空内で閉じたループを形成する世界線であり、物体がそれぞれの過去に戻ることを可能にする。ゲーデル時空などの閉じた時間的曲線を含む時空を記述する一般相対性理論の方程式の解があることが知られているが、これらの解の物理的な妥当性は不確かである。

科学界では、過去へのタイムトラベルはまずあり得ないと考えている人が多い。タイムトラベルを可能にする理論は、潜在的に因果関係の問題を引き起こすだろう。^[37]因果関係の問題の典型的な例は、「祖父のパラドックス」である。これは、過去へ旅して先祖の受胎に介入することを前提としている（受胎前に先祖を死なせることがよく引用される）。ノビコフやドイチュなどの物理学者の中には、こうした時間的パラドックスは、ノビコフの自己無撞着原理、または相互作用する世界を持つ多世界解釈のバリエーションによって回避できると示唆した人もいる。^[38]

宇宙ひも、通過可能なワームホール、アルクビエレ・ドライブなど、光速を超える移動を可能にする特定の一般相対性時空幾何学では、過去へのタイムトラベルは理論的に可能である。^{[39] [40] : 33–130}一般相対性理論は、特定の異常なシナリオで逆方向のタイムトラベルが可能であるという科学的根拠を示唆しているが、半古典的重力理論からの議論では、量子効果が一般相対性理論に組み込まれると、これらの抜け穴が閉じられる可能性があることが示唆されている。 ^[41]これらの半古典的議論から、スティーブン・ホーキングは、自然の基本法則がタイムトラベルを妨げることを示唆するクロノロジー保護予想を定式化したが、 ^{[42]物理学者は、量子力学と一般相対性理論を完全に統一した理論に結合する}量子重力理論がなければ、この問題について最終的な判断を下すことはできない。^{[43] [44] : 150}

一般相対性理論は、時空の計量、つまり距離関数を決定する場の方程式のシステムの下で宇宙を記述する。これらの方程式には、交差する世界線である閉じた時間的曲線を含む厳密な解が存在する。世界線の因果的未来のある点は、その因果的過去にもあり、これはタイムトラベルとして記述できる状況である。このような解は、クルト・ゲーデルによって最初に提案され、ゲーデル計量として知られるが、彼（および他の人）の解は、宇宙が自転やハッブル膨張の欠如^など、実際には持っていない物理的特性を持つことを要求している。一般相対性理論がすべての現実的な条件で閉じた時間的曲線を禁じるかどうかは、まだ研究中である。 [ ^{45 ]}

ワームホールは、一般相対性理論のアインシュタイン場の方程式によって許容される仮想的な歪んだ時空である。^{[46] : 100}提案されている、通過可能なワームホールを使用するタイムトラベルマシンは、仮想的には次のように動作する。ワームホールの一方の端は、おそらく何らかの高度な推進システムによって、光速のかなりの割合まで加速され、その後、起点に戻される。あるいは、別の方法としては、ワームホールの一方の入口を、​​もう一方の入口よりも重力が大きい物体の重力場内に移動し、その後、もう一方の入口の近くの位置に戻すという方法がある。これらの方法の両方で、時間の遅れにより、移動されたワームホールの端は、外部の観測者から見て、静止した端よりも老化が少なくなる、つまり「若くなる」。しかし、ワームホール内とワームホール外では時間のつながり方が異なるため、ワームホールの両端にある同期された時計は、両端がどのように動いても、ワームホールを通過する観測者から見ると常に同期したままになります。 ^{[36] : 502}これは、「若い」端に入る観測者は、「若い」端と同じ年齢の時間に「古い」端から出るため、外部からの観測者から見ると、事実上時間を遡ることを意味します。このようなタイムマシンの重要な制限の 1 つは、マシンの最初の作成時までしか時間を遡ることができないことです。^{[36] : 503}本質的には、それ自体が時間を移動するデバイスというよりも、時間を通るパスであり、テクノロジー自体を時間を遡ることはできません。

ワームホールの性質に関する現在の理論によれば、通過可能なワームホールの構築には、負のエネルギーを持つ物質（しばしば「エキゾチック物質」と呼ばれる）の存在が必要である。より技術的には、ワームホール時空には、ヌルエネルギー条件、弱いエネルギー条件、強いエネルギー条件、支配的なエネルギー条件などのさまざまなエネルギー条件に違反するエネルギー分布が必要である。しかし、量子効果によってヌルエネルギー条件の小さな測定可能な違反が発生する可能性があることが知られており、 ^{[46] : 101}多くの物理学者は、必要な負のエネルギーは量子物理学のカシミール効果によって実際に可能であると考えている。^[47]初期の計算では非常に大きな負のエネルギーが必要であることが示唆されたが、その後の計算では負のエネルギーの量を任意に小さくできることが示された。^[48]

1993年、マット・ヴィッサーは、このように誘発された時計の差を持つワームホールの2つの入り口は、量子場と重力の影響を誘発することなく接近させることはできないと主張した。その結果、ワームホールが崩壊するか、2つの入り口が互いに反発することになる。^{[49]このため、}因果律違反が起こるほど2つの入り口を近づけることはできなかった。しかし、1997年の論文で、ヴィッサーは、対称多角形に配置されたN個のワームホールの複雑な「ローマンリング」（トム・ローマンにちなんで名付けられた）構成は、依然としてタイムマシンとして機能する可能性があると仮説を立てた。ただし、これは因果律違反が可能であることを証明するものではなく、古典的な量子重力理論の欠陥である可能性が高いと結論付けている。^[50]

もう一つのアプローチは、通常ティプラーシリンダーと呼ばれる高密度の回転シリンダーを伴うもので、これは1936年にウィレム・ヤコブ・ファン・シュトック^{ム[51]と1924年に}コーネル・ランチョス[ ^{52]によって発見された一般相対性理論の解であるが、1974年に}フランク・ティプラー^[54]による分析が行われるまで、閉じた時間的曲線を可能にするものとして認識されていなかった^{[53] : 21。}シリンダーが無限に長く、その長軸の周りを十分な速さで回転する場合、らせん状の経路でシリンダーの周りを飛行する宇宙船は時間を遡ることができます（らせんの方向によっては前進または後進）。しかし、必要な密度と速度が非常に大きいため、通常の物質ではそれを構築できるほど強力ではありません。物理学者のロナルド・マレットは、リングレーザーを使用して回転するブラックホールの状態を再現し、時空を曲げてタイムトラベルを可能にしようとしています。^[55]

回転する円筒や宇宙ひもに基づくタイムトラベル計画に対するより根本的な反論は、一般相対性理論によれば、弱エネルギー条件が満たされる領域、つまり負のエネルギー密度を持つ物質（エキゾチック物質）が存在しない領域では、特殊なタイプのタイムマシン（「コンパクトに生成されたコーシー地平線を持つタイムマシン」）を構築することは不可能であることを示す定理を証明したスティーブン・ホーキングによって提唱されている。ティプラーのような解決策は、数学的に分析しやすい無限長の円筒を前提としており、ティプラーは、回転速度が十分に速い場合、有限の円筒が閉じた時間的曲線を生成する可能性があると示唆したが、^{[53] : 169}彼はこれを証明しなかった。しかしホーキングは、彼の定理のために、「どこでも正のエネルギー密度では不可能だ！有限のタイムマシンを構築するには、負のエネルギーが必要であることを証明できる」と指摘している。^{[44] : 96}この結果は、ホーキング博士が1992年に発表した年代順保護予想に関する論文から得たもので、ホーキング博士は「物理法則では閉じた時間曲線の出現は許されない」と述べています。^[42]

ある場所から信号が送信され、別の場所で受信される場合、信号が光速かそれより遅い速度で移動している限り、相対性理論における同時性の数学は、すべての参照フレームが送信イベントが受信イベントの前に発生したことに同意することを示しています。信号が光より速く移動すると、すべての参照フレームで、信号は送信される前に受信されます。 ^{[56]信号は時間を逆行したと言えます。この仮説的なシナリオは、}タキオン反電話と呼ばれることもあります。^[57]

量子テレポーテーション、EPRパラドックス、量子もつれなどの量子力学的現象は、光より速い（FTL）通信やタイムトラベルを可能にするメカニズムを作り出すように見えるかもしれません。実際、ボーム解釈などの量子力学のいくつかの解釈では、粒子間の相関関係を維持するために、粒子間で何らかの情報が瞬時に交換されていると想定しています。^{[58]この効果は、アインシュタインによって「}遠隔作用」と呼ばれました。

しかしながら、量子力学において因果関係が保たれるという事実は現代の量子場理論における厳密な結果であり、したがって現代の理論はタイムトラベルや超光速通信を認めていない。超光速が主張されている特定の例では、より詳細な分析により、信号を取得するには何らかの形の古典的な通信も使用する必要があることが証明されている。^[59]非通信定理はまた、量子もつれを使用して古典的な信号よりも速く情報を伝送することはできないという一般的な証明も与えている。

ヒュー・エヴェレットの量子力学の多世界解釈(MWI) のバリエーションは、タイムトラベラーが元の宇宙とは異なる宇宙に到着するという祖父のパラドックスの解決法を提供する。タイムトラベラーが到着するのは自分の歴史ではなく別の宇宙の歴史であるため、これは「本物の」タイムトラベルではないと主張されてきた。^[60]一般に受け入れられている多世界解釈は、すべての量子イベントが相互に排他的な歴史で発生する可能性があることを示唆している。^[61]ただし、いくつかのバリエーションでは、異なる宇宙が相互作用することを許容している。この概念は SF で最もよく使用されるが、デビッド・ドイチュなどの物理学者の中には、タイムトラベラーは出発した世界とは異なる歴史に行き着くべきであると示唆している人もいる。^{[62] [63]}一方、スティーブン・ホーキングは、たとえ MWI が正しいとしても、各タイムトラベラーは単一の自己矛盾のない歴史を経験すると予想すべきであり、タイムトラベラーは別の世界に旅行するのではなく、自分の世界にとどまるべきだと主張している。^[64]物理学者アレン・エヴェレットは、ドイチェのアプローチは「量子力学の基本原理を修正するものであり、単にMWIを採用する以上のものである」と主張した。エヴェレットはまた、たとえドイチェのアプローチが正しいとしても、複数の粒子で構成されたマクロな物体はワームホールを通って過去に戻ると分裂し、異なる粒子が異なる世界に出現することになるだろうと主張している。^[38]

実施された特定の実験では因果関係が逆転している印象を与えるが、詳しく調べるとそれが証明されない。

マーラン・スカリーが行った遅延選択量子消去実験では、エンタングルメントされた光子のペアが「信号光子」と「アイドラー光子」に分けられ、信号光子は 2 つの場所のうちの 1 つから出現し、その位置は後で二重スリット実験のように測定される。アイドラー光子の測定方法に応じて、実験者は信号光子が 2 つの場所のどちらから出現したかを知ることも、その情報を「消去」することもできる。信号光子はアイドラー光子の選択が行われる前に測定できるが、アイドラー光子の測定値を対応する信号光子と相関させたときに干渉パターンが観察されるかどうかは、選択によって遡及的に決定されるようだ。しかし、干渉はアイドラー光子が測定され、信号光子と相関された後にのみ観察できるため、実験者は信号光子を見るだけでは事前にどのような選択が行われるかを知ることはできず、システム全体から古典的な情報を収集するしかないため、因果関係は保持される。^[65]

王立軍の実験も因果律違反を示しているかもしれない。なぜなら、この実験では、セシウムガスの球に波の塊を送り込み、球に入る62ナノ秒前に塊が球から出たように見えるようにしたからだ。しかし、波の塊は単一の明確に定義された物体ではなく、異なる周波数の複数の波の合計であり（フーリエ解析を参照）、その塊は光より速く動いているように見えたり、あるいは合計に含まれる純粋な波が光より速く動いていない場合でも時間を遡って動いているように見えることがある。この効果は、物質、エネルギー、または情報を光より速く送るために使用することはできないため、^[66]この実験も因果律に違反していないと理解されている。

コブレンツ大学の物理学者ギュンター・ニムツとアルフォンス・シュタールホフェンは、光速よりも速く光子を伝送することでアインシュタインの相対性理論に違反したと主張している。彼らは、量子トンネル効果と呼ばれる現象を利用して、マイクロ波光子が最大3フィート（0.91メートル）離れた一対のプリズムの間を「瞬時に」移動する実験を行ったという。ニムツはニューサイエンティスト誌に「今のところ、これが私の知る限り特殊相対性理論に違反する唯一の例だ」と語った。しかし、他の物理学者は、この現象では情報が光より速く伝送されることはないと述べている。カナダのトロント大学の量子光学の専門家であるエフライム・M・スタインバーグは、シカゴからニューヨークまで移動する列車が途中の各駅で車両を降ろすため、各停車駅で列車の中心が前進するという例えを使用している。このようにして、列車の中央の速度は個々の車両の速度を超えます。^[67]

杜盛王は査読付き学術誌で、単一光子の前駆物質を観察し、真空中をcより速く移動しないと主張している。彼の実験では、遅い光と真空中を光を通過させる光が使われた。彼は 2 つの単一光子を生成し、1 つはレーザーで冷却されたルビジウム原子を通過させ (したがって光は遅くなる)、もう 1 つは真空中を通過させた。明らかに、どちらの場合も前駆物質は光子本体より先行し、前駆物質は真空中をcで移動した。杜によると、これは光がcより速く移動する可能性はなく、したがって因果律に違反する可能性もないことを意味するという。^[68]

未来からのタイムトラベラーがいないことは、そのような技術が決して開発されないことを示し、不可能であることを示唆していると主張する人が多い。これは、地球外生命の証拠がないことに関係するフェルミのパラドックスに類似している。地球外からの訪問者がいないことは、彼らが存在しないことを断定的に証明するものではないのと同様に、タイムトラベラーがいないことは、タイムトラベルが物理的に不可能であることを証明することにはならない。タイムトラベルは物理的に可能だが、開発されていないか、慎重に使用されているのかもしれない。カール・セーガンはかつて、タイムトラベラーがここにいるかもしれないが、その存在を偽装しているか、タイムトラベラーとして認識されていない可能性を示唆した。^[43]一般相対性理論のいくつかのバージョンでは、タイムトラベルは特定の方法で歪んだ時空の領域でのみ可能である可能性があり、 ^{[説明が必要]}、したがって、タイムトラベラーは、この領域が存在する前の時空の以前の領域に戻ることはできないと示唆している。スティーブン・ホーキングは、これが、世界が「未来からの観光客」にまだ支配されていない理由を説明すると述べた。^[64]

タイムトラベル技術を発明するかもしれない未来の人間を誘い、現代に帰ってきてその技術を現代の人々に披露してもらうために、いくつかの実験が行われた。パースのデスティネーション・デー、MITのタイムトラベラー・コンベンション、スティーブン・ホーキングのタイムトラベラーのためのレセプションなどのイベントでは、未来のタイムトラベラーが会うための時間と場所の「広告」が大々的に宣伝された。^{[69] [70]} 1982年、メリーランド州ボルチモアのクロノノーツと名乗るグループが、未来からの訪問者を歓迎するこの種のイベントを主催した。^{[71] [72]}

これらの実験は、タイムトラベルの存在を証明する肯定的な結果を生み出す可能性があったが、これまでのところ失敗している。どちらのイベントにもタイムトラベラーが参加したことは知られていない。多世界解釈のいくつかのバージョンは、未来の人類が過去を旅したが、平行宇宙で出会った時間と場所に戻ったことを示唆するために使用できる。^[73]

^{特殊相対性理論における時間の遅れ[74]}や一般相対性理論における重力による時間の遅れ^{[75] [76] [77]}については、多くの観測可能な証拠がある。例えば、大気中のミューオン崩壊の有名で再現しやすい観測がある。^{[78] [79] [80]}相対性理論によれば、光の速度はどの基準系でもすべての観測者にとって不変である。つまり、常に同じである。時間の遅れは、光速度の不変性の直接的な結果である。^{[80]時間の遅れは、限定的な意味では「未来への時間旅行」とみなすことができる。つまり、ある人が時間の遅れを利用して、自分にとっての}固有時間が少しだけ経過し、別の場所では固有時間がかなり長く経過する。これは、相対速度で移動したり、重力の影響を受けたりすることで実現できる。^[81]

加速せずに互いの相対的に動いている 2 つの同一の時計の場合、それぞれの時計は、他方の時計の進み方が遅いと計測します。これは同時性の相対性により可能になります。ただし、一方の時計が加速すると対称性が崩れ、一方の時計の経過する固有時間が他方の時計よりも短くなります。双子のパラドックスはこのことを説明します。一方の双子は地球に残り、もう一方は宇宙に旅して向きを変え、地球に戻る際に相対速度まで加速します。旅をする双子は、加速中に時間の遅れを経験するため、地球に残った双子よりも老化が遅くなります。一般相対性理論では、加速の影響と重力の影響は同等とみなされ、時間の遅れは重力井戸でも発生し、井戸の深いところにある時計の方が遅く進むことが示されています。この効果は、全地球測位システムの衛星の時計を較正する際に考慮され、ブラックホールなどの大きな重力井戸からの距離が異なる観測者の間で老化率に大きな違いが生じる可能性があります。^{[40] : 33–130}

この原理を利用したタイムマシンは、例えば、直径5メートル、質量が木星の球殻のようなものになるだろう。その中心にいる人は、遠くにいる観測者よりも4倍遅い速度で時間を進むことになる。大きな惑星の質量をこのような小さな構造物に詰め込むことは、近い将来、人類の技術的能力の範囲内ではないと予想される。^{[40] : 76–140}現在の技術では、数百日間の宇宙旅行の後、人間の旅行者を地球上の同行者よりも数ミリ秒だけ若返らせることしかできない。^[82]

哲学者たちは、少なくとも古代ギリシャの時代から、空間と時間の哲学について議論してきた。例えば、パルメニデスは、時間は幻想であるという見解を提示した。数世紀後、アイザック・ニュートンは絶対時間という考えを支持し、同時代のゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツは、時間は出来事間の関係にすぎず、独立して表現することはできないと主張した。後者のアプローチは、最終的に相対性時空を生み出した。^[83]

多くの哲学者は、相対性理論は永遠主義、つまり過去と未来が、現在に起こった変化や起こるであろう変化としてだけではなく、本当の意味で存在するという考えを意味すると主張してきた。^[84]科学哲学者のディーン・リックルズは、いくつかの条件付きで反対しているが、「哲学者の間では、特殊相対性理論と一般相対性理論は現在主義と相容れないというのがコンセンサスのようだ」と指摘している。 ^[85]一部の哲学者は、時間を空間次元と同等の次元と見なし、将来の出来事は異なる場所が存在するのと同じ意味で「すでにそこに」あり、客観的な時間の流れは存在しないと考えているが、この見解には異論がある。^[86]

現在主義は、未来と過去は現在に起こった、または起こるであろう変化としてのみ存在し、それ自体は実在しないという哲学の一派である。この見解では、タイムトラベルは不可能である。なぜなら、旅行する未来や過去がないからである。^[84]ケラーとネルソンは、過去や未来の物体が存在しないとしても、過去と未来の出来事についての明確な真実が存在する可能性があり、したがって、タイムトラベラーが現在に戻ることを決意するという未来の真実が、タイムトラベラーが現在に実際に現れたことを説明できる可能性があると主張している。^[87]これらの見解には、一部の著者が異議を唱えている。^[88]

過去に戻るという考えに対する一般的な反論は、祖父のパラドックス、つまり自家子殺しの議論で提起されている。^[89]過去に戻ることができた場合、タイムトラベラーが何かを変えようとすると矛盾や不整合が生じる。過去が今と違うものになると矛盾が生じる。 [ ^{90] [91]}このパラドックスは、過去に旅して自分の祖父を殺し、父親や母親の存在を阻止し、したがって自分自身の存在も阻止する人物でよく説明される。^[43]哲学者は、これらのパラドックスがタイムトラベルが不可能であることを証明するかどうか疑問視している。一部の哲学者は、これらのパラドックスに対して、過去へのタイムトラベルは可能かもしれないが、実際に過去を変えることは不可能であると主張して答えている。 ^{[92]これは物理学で提案された}ノビコフの自己無撞着原理に似た考えである。

哲学的理論であるコンポジビリティによれば、例えばタイムトラベルの文脈で何が起こり得るかは、その状況に関連するすべての文脈と比較検討されなければならない。過去が特定の方法である場合、他の方法であることは不可能である。タイムトラベラーが過去を訪れた際に起こり得ることは、論理的矛盾を防ぐために、実際に起こったことに限られる。 ^[93]

ノビコフの自己無撞着原理は、イゴール・ドミトリエヴィッチ・ノビコフにちなんで名付けられたもので、タイムトラベラーや過去に遡る物体がとった行動は、すべて歴史の一部であり、したがってタイムトラベラーが歴史を「変える」ことは不可能であるとしている。しかし、タイムトラベラーの行動が、彼ら自身の過去の出来事の原因である可能性もあり、循環的な因果関係が生じる可能性がある。これは、予定論的パラドックス^{[94] 、存在論的パラドックス[95]}、またはブートストラップ・パラドックス [95] と呼ばれることもある。^{[96]ブート}ストラップ・パラドックスという用語は、ロバート・A・ハインラインの小説「自力で」によって普及した。^[97]ノビコフの自己無撞着原理は、タイムトラベラーを含む時空領域における物理の局所法則は、他の時空領域における物理の局所法則と何ら異なることはないと提唱している。^[98]

哲学者ケリー・L・ロスは「タイムトラベルのパラドックス」^[99]で、世界線や歴史が時間的に閉じたループを形成する物理的オブジェクトを伴うシナリオでは、熱力学の第二法則に違反する可能性があると主張している。ロスは、そのような存在論的パラドックスの例として、映画「どこかで誰かが時計をもらい、60年後に同じ時計が過去に戻って同じ人物に渡される」を挙げている。ロスは、時計のエントロピーが増加し、過去に戻された時計は歴史が繰り返されるたびに摩耗が進むと述べている。熱力学の第二法則は現代の物理学者によって統計法則であると理解されているため、エントロピーの減少と非増加は不可能ではなく、ありそうにないというだけである。さらに、孤立したシステムではエントロピーが統計的に増加するため、外界と相互作用する物体などの孤立していないシステムは摩耗が少なくなり、エントロピーが減少する可能性があり、世界線が閉じたループを形成する物体は、歴史の同じ時点で常に同じ状態になる可能性があります。^{[40] : 23}

2005年、ダニエル・グリーンバーガーとカール・スヴォジルは、量子論が過去が自己矛盾のないタイムトラベルのモデルを与えると提唱した。 ^{[100] [101]}

• タイムトラベル：歴史–ジェームズ・グレイク著

• 「NOVA - s27e03 - タイムトラベル」。NOVA。1999年10月12日。 2023年6月9日閲覧。（トランスクリプト）
• ブラックホール、ワームホール、タイムトラベル、王立協会講演
• HowStuffWorksでタイムトラベルがどのように機能するか
• スタンフォード哲学百科事典におけるタイムトラベルと現代物理学
• インターネット哲学百科事典でのタイムトラベル