封閉類時曲線

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在一勞侖茲流形中,一條封閉類時曲線(closed timelike curve,CTC)是一物質粒子於時空中的一種世界線,其為「封閉」,亦即會返回起始點。這種可能性是由威廉·范·斯托克姆(Willem Jacob van Stockum)於1937年以及庫爾特·哥德爾(Kurt Gödel)於1949年開啟研究風潮。若CTC存在,則似乎隱射時間機器理論上可行,如此也引出了祖父悖論(grandfather paradox)的夢魘。CTC與參考系拖曳(frame dragging)以及提普勒柱體(Tipler Cylinder)有關,是廣義相對論帶來的眾多有趣的「副作用」其中一者。
目录
1 光錐
2 廣義相對論
3 相關條目
4 參考文獻
5 外部連結
光錐

下方光錐是平直時空中典型的光錐模樣——所有包含在光錐裡的時空座標具有較遲的時間. 上方光錐不僅是於同時間點包含了其他空間位置,它也不包含未來時間的x=0,而包含了早先的時間。
當在廣義相對論中討論一系統的演進,或將討論限定在閔可夫斯基時空,物理學家常提及「光錐」。一個光錐表示一給定現在狀態的物體未來任何可能的演進,或給定現在位置之下,未來任何可能的位置。一個物體的未來可能位置受限於該物體能移動的速度,最快只能到光速。舉例而言,一個物體於時間t0displaystyle t_0位於位置pdisplaystyle p
,於時間t1displaystyle t_1
時,僅能移動到c(t1−t0)displaystyle c(t_1-t_0)
之內的位置。
廣義相對論
有些愛因斯坦場方程式「局域上」無可異議的精確解含有CTC,其中幾個最重要的解包括有:
克爾真空(Kerr vacuum)(不帶電荷、磁荷的旋轉黑洞模型)
van Stockum塵(具有柱狀對稱之宇宙塵模型)
哥德爾Λ塵(Gödel lambdadust)(精選宇宙常數項的宇宙塵模形)
提普勒柱體(含有CTC的柱狀對稱度規)
J. Richard Gott提出了利用宇宙弦製造CTC的機制。
這些例子中的幾個如同提普勒柱體,相當複雜而不自然,但克爾解的「外面」部份則被認為某種程度上是一般性的,所以一旦得知其「內部」含有CTC,則令人相當不安。
相關條目
- 類時
- 廣義相對論
參考文獻
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S. Carroll. Spacetime and Geometry. Addison Wesley. 2004. ISBN 978-0-8053-8732-2.
Kurt Gödel. An Example of a New Type of Cosmological Solution of Einstein's Field Equations of Gravitation. Rev. Mod. Phys. 1949, 21: 447.
外部連結
A Primer on Time Travel -(backup in the Internet Archive)
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