タイムマシンの作り方

タイムマシンの作り方

1988年にカリフォルニア工科大学のキップ・ソーンらがワームホールを使ったタイムマシンを考案した。その方法を簡単に紹介する。

ワームホールとは
ワームホールという言葉は、アメリカの物理学者ジョン・ホイーラーが考案した言葉である。ブラックホールという言葉も彼が考案した。ワームホールとは、時空の異なった2点間を結ぶ抜け道である。理論上では、時空の異なった場所にできたブラックホールをつなげて、ワームホールを作ることができる。しかし、それぞれの入り口は、ブラックホールなので、再び外に出ることはできず、ワームホールを通り抜けることはできない。そこで考えられたのが、負のエネルギーを持った物質でワームホールを作ることである。負のエネルギーの物質ではブラックホールにならず、ワームホールを通り抜けることができる。

タイムトラベルの方法
図のように、まず、ワームホールを生成する。この時点を0時とすると、A地点とB地点は、同時刻で、どちらも0時である。次に、B地点のワームホールを光速に近い速度でC地点へ移動する。光速に近い速度で移動すると時間が遅れるため、たとえば、A地点が3時だったとすると、C地点のワームホールは2時になる。次に、C地点のワームホールを光速に近い速度でB地点へ戻す。B地点のワームホールの時刻はさらに遅れ、A地点が6時だったとすると、B地点のワームホールは4時になる。
タイムマシンで、A地点から出発し、B地点でワームホールに入り、A地点へ戻ってくると、B地点のワームホールは、2時間前のA地点とつながっているので、2時間前のA地点へタイムトラベルすることができる。

2003年にプリンストン大学のリチャード・ゴッドが「宇宙ひも」を使ったタイムマシンを考案した。その方法を簡単に紹介する。

宇宙ひも
宇宙ひもは、まだ存在は確認されていないが、宇宙の初期に「真空の相転移」という現象の過程で作られ、現在も存在すると予測されているひも状のエネルギーのかたまりである。
真空の相転移とは、最低のエネルギー状態が温度の変化のため最低ではなくなり、よりエネルギーの低いエネルギー状態に移行することをいう。たとえば、水が0度以下になると氷に変化するようなものである。真空の場合は、温度が高いときは何もない状態が最もエネルギーが低かったが、ある温度以下に下がると「ヒッグス粒子」という粒子が空間にびっしり詰まった状態のほうがエネルギーが低くなる。宇宙初期のある時点で、宇宙膨張による温度低下により、ヒッグス粒子の凝縮が起きたと考えられている。このとき、凝縮が不完全な領域が存在すると、その領域は周りよりも高いエネルギーをもつ。その領域の形は、点状またはひも状または壁状になる。ひも状になったものを宇宙ひもという。
宇宙ひもは、周りよりもエネルギーが高いので質量を持ち、その質量は1センチ当たり1億トンの1億倍という莫大なものである。その巨大な質量により周りの空間は曲げられ、360度以下で宇宙ひもの周りを一周することができる。つまり、宇宙ひもの周りの空間の一部をくさび形に切り取り、つなぎ合わせたような状態になる。また、宇宙ひもは、質量に相当する巨大な張力を持ち、その張力により光速に近い速度で激しく振動している。

光速に近い速度で移動する宇宙ひもの右と左は同時刻ではない
宇宙ひもが光速に近い速度で左側に移動していたとする。宇宙ひもの右側と左側にミラーがあり、観測者がそのミラーを通して宇宙ひもを見ていたとする。宇宙ひもから発せられた光は、光の進行方向と同じ方向に光速に近い速度で移動する左側のミラーに到達するのに時間がかかり、右側のミラーから観測者に届く時刻よりも遅れて到達する。したがって、観測者からみると、宇宙ひもの右側より左側のほうが時刻が遅れている。

宇宙ひもを使ったタイムマシン
光速に近い速度で右方向と左方向に移動する2本の宇宙ひもを使ってタイムマシンを実現できる。A地点を3時に出発しB地点に4時に到着したとする。B地点とC地点は空間的にくっついているので、すぐにC地点から出てくる。しかし、静止している観測者から見ると、左側に移動している宇宙ひもの右側の時刻は進んでいるので、B地点に到着するより先にC地点から出てきたように見える。左側より右側のほうが3時間進んでいるとすると，1時にC地点から出てきたように見える。1時にC地点を出て、2時にD地点へ到着する。同様にして、D地点、E地点、F地点を経由してA地点へ1時に到着する。このようにして、A地点を3時に出発して、1時のA地点へ戻ることができる。