「もしタイムトラベルの研究をするために研究費の申請をしたら、すぐに却下されるだろう」と、物理学者のスティーブン・ホーキングは遺著『Brief Answers to the Big Questions』で書いている。 彼は正しかった。 しかし、タイムトラベルが可能かどうかを問うことは「非常に重大な問題」であり、科学的にアプローチすることが可能であることも正しかったのです。

我々の現在の理解では排除できないと主張し、ホーキング博士は慎重に楽観的だったようです。 では、私たちはどうなるのでしょうか。

まず、私たちの日常的な経験から考えてみましょう。 私たちは、友人や家族が世界のどこにいても電話をかけて、今何をしているかを知ることができることを当然のことと思っています。 しかし、これは実際には知ることができないことなのです。

Light speed

Einstein は、空間と時間は時空という 1 つのものの一部であり、空間における距離と同様に時間における距離についても考えるべきであると説いたのです。 奇妙に聞こえるかもしれませんが、私たちはロンドンからバーミンガムまでの距離を聞かれたとき、「2時間半くらい」と喜んで答えています。 これは、平均時速 50 マイルでそのくらいの時間がかかるという意味です。

数学的には、バーミンガムはロンドンから約 125 マイルだと言っているのと同じことです。 物理学者のブライアン・コックスとジェフ・フォーショウがその著書『E=mc²はなぜ起こるのか』で書いているように、時間と距離は「速度という通貨を持つものを使って交換することができる」のです。 アインシュタインの知的飛躍は、時空間の時間と距離の交換レートが普遍的であると仮定したことであり、それは光速である。 このため、「因果関係」、つまり、結果は常に原因の後に来るという法則があります。 これは、時間旅行をする主人公にとって、理論的に重大なトゲとなる。

さて、もし光の速度が普遍的であれば、私たち自身がどんなに速く動いていても、真空中で毎秒299792458メートルという同じ速度であると測定されなければならないでしょう。 アインシュタインは、光速が絶対的であることの結果として、空間と時間そのものが絶対的ではありえないことに気づきました。 そして、動いている時計は、止まっている時計よりも遅くなければならないことがわかりました。 相対的」という言葉が重要で、あなたにとっては時間は普通に過ぎているように見えるでしょう。 しかし、止まっている人たちからは、あなたはスローモーションのように見えるでしょう。

では、もし私たちが光よりも速く移動したら、SFが教えてくれるように時間は逆行するのでしょうか？

残念ながら、人間を光速まで加速するには、それを超えることはおろか、無限のエネルギーも必要です。 しかし、たとえそれができたとしても、時間は単純に逆行することはないでしょう。 それどころか、もはや前進と後退の話はまったく意味をなさなくなる。

ワームホール

アインシュタインは、重力の力は質量が空間と時間を歪めることの結果であるとも述べています。 空間の領域に質量を押し込めば押し込むほど、時空はゆがみ、近くの時計の針は遅くなります。 十分な質量を与えると、光さえもその重力から逃れられないほど時空がゆがみ、ブラックホールが形成される。

では、時空をちょうどよい具合に歪めて、時空を閉じ、過去に戻ることはできるだろうか。 しかし、それを安定させるために負のエネルギー密度の領域を作り出す必要もあり、19世紀の古典物理学はこれを妨げています。 しかし、現代の量子力学の理論はそうではないかもしれません。

量子力学によると、空の空間は空ではありません。 その代わり、飛び出したり消えたりする粒子のペアで満たされている。 もし、他の場所よりも出入りするペアが少ない領域を作ることができれば、この領域は負のエネルギー密度を持つことになります。

しかしながら、量子力学とアインシュタインの重力理論を組み合わせた一貫した理論を見つけることは、理論物理学の最大の課題の1つであることに変わりありません。

M理論では、時空は11次元である必要があります。 この余分な空間次元を使って、空間と時間をショートカットできるのだろうか。 少なくともホーキング博士は期待していました。

Saving history

では、タイムトラベルは本当にあり得るのでしょうか。

アインシュタインの理論は、信じられないほど小さなスケールでの時空の構造を記述することができません。

ホーキング博士は、遊び心のある楽観主義者でありながら、いつかアインシュタインの理論に取って代わる未発見の物理法則が、あなたや私のような大きな物体が時間の中を気軽に（因果関係ではなく）行き来するのを妨げるかもしれないと認識していました。

未来にタイムマシンがあるかどうかは別として、山に登ったり、自動車でスピードを出したりすると、時間の流れ方が変わるという知識で、自分自身を慰めることができるのです。