Vedecké možnosti cestovania v čase

Príbehy o cestovaní do minulosti a budúcnosti už dávno zachytili našu fantáziu, ale otázku, či čas cestovanie je možné, je trnité, ktoré sa dostane priamo do srdca pochopenia toho, čo fyzici znamenajú, keď používajú slovo "Čas."

Moderná fyzika nás učí, že čas je jedným z najzáhadnejších aspektov nášho vesmíru, hoci sa na prvý pohľad môže zdať priamy. Einstein prevratil naše chápanie koncepcie, ale aj s týmto revidovaným porozumením niektorí vedci stále uvažujú nad otázkou, či alebo nie.čas skutočne existuje alebo či je to iba „tvrdohlavá pretrvávajúca ilúzia“ (ako to raz nazýval Einstein). Avšak bez ohľadu na to, aký je čas, fyzici (a autori beletrie) našli nejaké zaujímavé spôsoby, ako s nimi manipulovať, aby zvážili jeho prekročenie netradičným spôsobom.

Hoci sa na ne odkazuje H. H. Wells ' Stroj času (1895), skutočná veda o cestovaní času nevznikla až v 20. storočí, čo bolo vedľajším účinkom Albert Einsteinteória všeobecná relativita (vyvinutý v roku 1915). Relativita popisuje fyzickú štruktúru vesmíru z hľadiska 4-rozmerného priestoročasu, ktorý zahŕňa tri priestorové rozmery (hore / dole, doľava / doprava a spred / späť) spolu s jednou časovou dimenziou. Podľa tejto teórie, ktorá bola dokázaná mnohými pokusmi za posledné storočie, je gravitácia výsledkom ohýbania tohto časopriestoru v reakcii na prítomnosť hmoty. Inými slovami, vzhľadom na určitú konfiguráciu hmoty sa môže skutočná vesmírna štruktúra vesmíru významne zmeniť.

Jedným z úžasných dôsledkov relativity je to, že pohyb môže viesť k rozdielu v priebehu času, čo je proces známy ako dilatácia času. To sa najviac dramaticky prejavuje v klasike Twin Paradox. Pri tejto metóde „cestovania v čase“ sa môžete presunúť do budúcnosti rýchlejšie ako normálne, ale v skutočnosti neexistuje žiadna cesta späť. (Existuje len malá výnimka, ale viac o tom neskôr v článku.)

V roku 1937 škótsky fyzik W. J. van Stockum prvýkrát použil všeobecnú relativitu spôsobom, ktorý otvoril dvere pre cestovanie v čase. Aplikáciou rovnice všeobecnej relativity na situáciu s nekonečne dlhým, extrémne hustým rotujúcim valcom (niečo ako nekonečný holičský stĺp). Rotácia takého masívneho objektu v skutočnosti vytvára jav známy ako „presúvanie snímok“, čo znamená, že spolu s ním ťahá medzerník. Van Stockum zistil, že v tejto situácii by ste mohli vytvoriť cestu v 4-rozmernom časopriestore, ktorá sa začala a skončila v rovnakom bode - niečo, čo sa nazýva uzavretá časová krivka - čo je fyzický výsledok, ktorý umožňuje cestovanie v čase. Môžete sa vydať na vesmírnu loď a vydať sa na cestu, ktorá vás dovedie späť do tej istej chvíle, v ktorej ste začínali.

Aj keď to bol veľmi zaujímavý výsledok, bola to dosť vynaliezaná situácia, takže sa o ňu skutočne veľmi nestarali. Začala sa však nová interpretácia, ktorá bola oveľa kontroverznejšia.

V roku 1949 matematik Kurt Godel - priateľ Einsteinovej a kolega v Princetone Univerzitný inštitút pre pokročilé štúdium - rozhodol sa riešiť situáciu, v ktorej je celý vesmír otáčania. Podľa Godelových riešení bolo cestovanie v čase rovnicami povolené, ak sa vesmír otáčal. Rotujúci vesmír by mohol sám fungovať ako stroj času.

Ak by sa teraz vesmír otáčal, boli by spôsoby, ako to zistiť (svetelné lúče by sa ohli, napríklad, ak by bol celý vesmír sa točil) a zatiaľ sú dôkazy prevažne silné, že neexistuje žiadny univerzálny prostriedok rotácie. Z tohto konkrétneho súboru výsledkov opäť vylučuje cestovanie v čase. Faktom však je, že veci vo vesmíre sa točia a to opäť otvára možnosť.

V roku 1963 použil matematik Nového Zélandu Roy Kerr rovnice poľa na analýzu rotácie čierna diera, nazval Kerrovu čiernu dieru a zistil, že výsledky umožnili cestu cez červia diera v čiernej diere, chýba jej jedinečnosť v strede a urobí ju na druhom konci. Tento scenár tiež umožňuje uzavretie časových kriviek, ako teoretický fyzik Kip Thorne realizoval o roky neskôr.

Na začiatku osemdesiatych rokov, keď Carl Sagan pracoval na svojom románe z roku 1985 Kontaktoslovil Kip Thorne otázkou fyziky cestovania v čase, ktorá inšpirovala Thorna, aby preskúmal koncepciu použitia čiernej diery ako prostriedku cestovania v čase. Thorne si spolu s fyzikom Sung-Won Kimom uvedomila, že by ste teoreticky mohli mať čierneho diera s červí dierkou, ktorá ju spája s iným bodom v priestore otvoreným nejakou formou negatívu energie.

Ale to, že máte červiu dieru, neznamená, že máte stroj času. Teraz predpokladajme, že by ste mohli presunúť jeden koniec červej dierky („pohyblivý koniec“). Pohyblivý koniec položíte na vesmírnu loď a vystrelíte ju do priestoru takmer na rýchlosť svetla. Spustí sa dilatácia času a čas zaznamenaný pohyblivým koncom je oveľa kratší ako čas zaznamenaný na pevnom konci. Predpokladajme, že pohyblivý koniec posuniete o 5 000 rokov do budúcnosti Zeme, ale pohyblivý koniec bude iba „vek“ 5 rokov. Takže odídete v roku 2010 po Kr. A dorazíte v roku 7010 po Kr.

Ak však cestujete pohyblivým koncom, v roku 2015 nášho letopočtu budete skutočne vyskočiť z pevného konca (pretože na Zemi uplynulo 5 rokov). Čo? Ako to funguje?

Faktom je, že dva konce červej diery sú spojené. Bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba, v časopriestore sú stále v podstate „blízko seba“. Pretože pohyblivý koniec je iba o päť rokov starší, ako keď odišiel, jeho prechod vás pošle späť do súvisiaceho bodu na pevnej červej diere. A ak niekto z roku 2015 nášho letopočtu prejde cez pevnú červiu dieru, vyšiel v roku 7010 nl z pohyblivej červej diery. (Keby niekto prešiel červí dierou v roku 2012 nášho letopočtu, skončili by na vesmírnej lodi niekde uprostred cesty a tak ďalej.)

Aj keď ide o fyzicky najrozumnejší opis časového stroja, stále existujú problémy. Nikto nevie, či existujú červí diery alebo negatívna energia, ani ako ich dať dohromady, ak existujú. Ale je to (teoreticky) možné.