Naukowe możliwości podróży w czasie

Historie dotyczące podróży w przeszłość i przyszłość od dawna pobudzają naszą wyobraźnię, ale pytanie, czy czas podróż jest możliwa, to ciernista, która dociera do sedna rozumienia, co fizycy mają na myśli, kiedy używają tego słowa "czas."

Współczesna fizyka uczy nas, że czas jest jednym z najbardziej tajemniczych aspektów naszego wszechświata, choć z początku może wydawać się prosty. Einstein zrewolucjonizował nasze rozumienie tego pojęcia, ale nawet z tym zmienionym zrozumieniem niektórzy naukowcy wciąż zastanawiają się, czyczas faktycznie istnieje czy też jest to zwykła „uparta uporczywa iluzja” (jak to kiedyś nazwał Einstein). Niezależnie od czasu, fizycy (i pisarze fikcji) znaleźli kilka interesujących sposobów manipulowania nim, aby rozważyć przemierzanie go w niekonwencjonalny sposób.

Chociaż wspomniane w H.G. Wells Maszyna czasu (1895), faktyczna nauka o podróżach w czasie powstała dopiero w XX wieku, jako efekt uboczny Albert Einsteinteoria ogólna teoria względności

Jedną z niesamowitych konsekwencji względności jest to, że ruch może spowodować różnicę w czasie, proces znany jako dylatacja czasu. Najbardziej dramatycznie objawia się to w klasyce Twin Paradox. W tej metodzie „podróży w czasie” możesz przenieść się w przyszłość szybciej niż zwykle, ale tak naprawdę nie ma odwrotu. (Jest niewielki wyjątek, ale więcej na ten temat w dalszej części artykułu).

W 1937 roku szkocki fizyk W. JOT. van Stockum po raz pierwszy zastosował ogólną teorię względności w sposób, który otworzył drzwi do podróży w czasie. Stosując równanie ogólnej teorii względności do sytuacji z nieskończenie długim, niezwykle gęstym obracającym się cylindrem (trochę jak niekończący się słup fryzjerski). Obrót tak masywnego obiektu w rzeczywistości tworzy zjawisko znane jako „przeciąganie ramek”, które polega na tym, że faktycznie wraz z nim przeciąga czasoprzestrzeń. Van Stockum odkrył, że w tej sytuacji możesz stworzyć ścieżkę w 4-wymiarowej czasoprzestrzeni, która zaczyna się i kończy w tym samym punkcie - coś, co nazywa się zamknięta krzywa czasowa - który jest wynikiem fizycznym umożliwiającym podróże w czasie. Możesz wyruszyć na statek kosmiczny i przemierzyć ścieżkę, która zaprowadzi cię z powrotem do dokładnie tego samego momentu, w którym zacząłeś.

Chociaż był to intrygujący wynik, była to dość wymyślna sytuacja, więc nie było tak naprawdę wielkiego niepokoju. Jednak wkrótce pojawiła się nowa interpretacja, która była znacznie bardziej kontrowersyjna.

W 1949 r. Matematyk Kurt Godel - przyjaciel Einsteina i kolega z Princeton University for Advanced Study - postanowił zmierzyć się z sytuacją, w której znajduje się cały wszechświat obracanie W rozwiązaniach Godela podróże w czasie były faktycznie dozwolone przez równania, gdyby wszechświat się obracał. Wirujący wszechświat mógłby sam funkcjonować jako wehikuł czasu.

Gdyby wszechświat się obracał, istniałyby sposoby na jego wykrycie (wiązki światła ugięłyby się, na przykład, gdyby cały wszechświat się obracał), a jak dotąd dowody są w przeważającej mierze silne, że nie ma czegoś uniwersalnego obrót. Zatem znowu podróż w czasie jest wykluczona przez ten konkretny zestaw wyników. Ale faktem jest, że rzeczy we wszechświecie obracają się i to ponownie otwiera możliwość.

W 1963 r. Matematyk z Nowej Zelandii Roy Kerr wykorzystał równania pola do analizy rotacji czarna dziura, nazywany czarną dziurą Kerra i stwierdził, że wyniki pozwoliły na przejście przez tunel czasoprzestrzenny w czarnej dziurze, z pominięciem osobliwości pośrodku, i wyjdź na drugi koniec. Ten scenariusz pozwala również na zamknięcie krzywych czasowych, jak zauważył fizyk teoretyczny Kip Thorne wiele lat później.

Na początku lat 80. Carl Sagan pracował nad powieścią z 1985 roku Kontaktzwrócił się do Kipa Thorne'a z pytaniem na temat fizyki podróży w czasie, co zainspirowało Thorne'a do zbadania koncepcji wykorzystania czarnej dziury jako środka podróży w czasie. Wraz z fizykiem Sung-Wonem Kim Thorne zdał sobie sprawę, że możesz (teoretycznie) mieć czerń dziura z tunelem czasoprzestrzennym łącząca go z innym punktem w przestrzeni, utrzymywanym przez jakąś formę negatywu energia.

Ale to, że masz tunel czasoprzestrzenny, nie oznacza, że ​​masz wehikuł czasu. Załóżmy teraz, że możesz przesunąć jeden koniec tunelu czasoprzestrzennego („ruchomy koniec). Umieszczasz ruchomy koniec na statku kosmicznym, wystrzeliwując go w przestrzeń kosmiczną prawie na prędkość światła. Rozpoczyna się dylatacja czasu, a czas doświadczalny przez ruchomy koniec jest znacznie krótszy niż czas doświadczony przez ustalony koniec. Załóżmy, że przenosisz ruchomy koniec o 5000 lat w przyszłość Ziemi, ale ruchomy koniec „starzeje się” tylko o 5 lat. Opuszczasz więc, powiedzmy, w 2010 r. I przybywasz w 7010 r.

Jeśli jednak podróżujesz przez ruchomy koniec, w rzeczywistości wyskoczysz z ustalonego końca w AD 2015 (ponieważ minęło 5 lat na Ziemi). Co? Jak to działa?

Faktem jest, że dwa końce tunelu czasoprzestrzennego są połączone. Bez względu na to, jak daleko są od siebie, w czasoprzestrzeni wciąż są w zasadzie „blisko” siebie. Ponieważ ruchomy koniec jest tylko o pięć lat starszy niż w momencie opuszczenia, przejście przez niego odeśle cię z powrotem do odpowiedniego punktu na stałym tunelu czasoprzestrzennym. A jeśli ktoś z 2015 r. AD Earth przejdzie przez stały tunel czasoprzestrzenny, wyjdzie w 7010 r. Z ruchomego tunelu czasoprzestrzennego. (Gdyby ktoś przeszedł przez tunel czasoprzestrzenny w 2012 r., Trafiłby na statek kosmiczny gdzieś w środku podróży i tak dalej.)

Chociaż jest to najbardziej fizycznie uzasadniony opis wehikułu czasu, wciąż istnieją problemy. Nikt nie wie, czy istnieją tunele czasoprzestrzenne lub energia ujemna, ani jak je połączyć w ten sposób, jeśli istnieją. Ale jest to (teoretycznie) możliwe.