Ar įmanoma keliauti laiku?

ANDRZEJ WOJCICKI / MOKSLO NUOTRAUKŲ BIBLIOTEKA / Getty Images

Istorijos apie keliones į praeitį ir ateitį jau seniai žavėjo mūsų vaizduotę, tačiau klausimas, ar kelionės laiku įmanomos, yra keblus, kuris leidžia suprasti, ką fizikai turi omenyje vartodami žodį „laikas“.

Šiuolaikinė fizika mus moko, kad laikas yra vienas paslaptingiausių mūsų visatos aspektų, nors iš pradžių tai gali atrodyti nesudėtinga. Einšteinas pakeitė mūsų supratimą apie koncepciją, tačiau net ir turėdami šį persvarstytą supratimą, kai kurie mokslininkai vis dar svarsto klausimą, ar laikas iš tikrųjų egzistuoja ar tai tik „užsispyrusi atkakli iliuzija“ (kaip ją kadaise vadino Einšteinas). Vis dėlto, kad ir koks būtų laikas, fizikai (ir grožinės literatūros rašytojai) rado įdomių būdų juo manipuliuoti, kad galėtų jį apeiti neįprastais būdais.

Laikas ir reliatyvumas

Nors nurodyta H.G. Wells'e Laiko mašina (1895), tikrasis kelionių laiku mokslas atsirado tik XX amžiuje, kaip šalutinis poveikis Albertas Einšteinas teorija bendrasis reliatyvumas (sukurta 1915 m.). Reliatyvumas apibūdina fizinį visatos audinį 4 dimensijos erdvėlaikio požiūriu, kuris apima tris erdvinius matmenis (aukštyn / žemyn, kairėje / dešinėje ir priekyje / gale) kartu su vienu laiko matmeniu. Pagal šią teoriją, kuri buvo įrodyta daugybe eksperimentų per pastarąjį šimtmetį, gravitacija yra šio erdvėlaikio lenkimo, reaguojant į materijos buvimą, rezultatas. Kitaip tariant, atsižvelgiant į tam tikrą materijos konfigūraciją, tikrasis Visatos erdvėlaikis audinys gali būti pakeistas reikšmingai.

Viena iš nuostabių reliatyvumo teorijos pasekmių yra ta, kad judėjimas gali lemti skirtingą laiko slenkstį. Šis procesas žinomas kaip laiko išsiplėtimas . Tai dramatiškiausiai pasireiškia klasikoje Dvynių paradoksas . Taikydami šį „kelionės laiku“ metodą galite greičiau nei įprastai judėti į ateitį, tačiau kelio atgal tikrai nėra. (Yra nedidelė išimtis, bet daugiau apie tai vėliau straipsnyje.)

Ankstyvosios kelionės laiku

1937 metais škotų fizikas W. J. van Stockumas pirmą kartą pritaikė bendrąjį reliatyvumą taip, kad atvėrė duris keliauti laiku. Taikant bendrojo reliatyvumo lygtį situacijai su be galo ilgu, itin tankiu besisukančiu cilindru (kaip begalinis kirpyklos stulpas). Tokio masyvaus objekto sukimasis iš tikrųjų sukuria reiškinį, žinomą kaip „kadro vilkimas“, ty jis iš tikrųjų tempia erdvėlaikį kartu su savimi. Van Stockumas išsiaiškino, kad šioje situacijoje galite sukurti 4 dimensijos erdvėlaikio kelią, kuris prasidėjo ir baigiasi tame pačiame taške – kažkas vadinama uždara laikui būdinga kreivė - kuris yra fizinis rezultatas, leidžiantis keliauti laiku. Galite išskristi į kosminį laivą ir keliauti keliu, kuris sugrąžins jus į tą pačią akimirką, kai pradėjote.

Nors ir intriguojantis rezultatas, tai buvo gana išgalvota situacija, todėl nebuvo didelio susirūpinimo dėl to. Tačiau netrukus pasirodys nauja interpretacija, kuri buvo daug prieštaringesnė.

1949 m. matematikas Kurtas Godelis – Einšteino draugas ir kolega Prinstono universiteto Pažangiųjų studijų institute – nusprendė išspręsti situaciją, kai visa visata sukasi. Godelio sprendimuose kelionės laiku iš tikrųjų buvo leidžiamos pagal lygtis, jei visata sukasi. Besisukanti visata pati galėtų veikti kaip laiko mašina.

Dabar, jei visata suktųsi, būtų būdų ją aptikti (šviesos pluoštai sulinktų, pavyzdžiui, jei suktųsi visa visata), ir iki šiol yra be galo tvirtų įrodymų, kad universalaus sukimosi nėra. Taigi vėlgi, kelionės laiku atmetamos dėl šio konkretaus rezultatų rinkinio. Tačiau faktas yra tas, kad viskas visatoje sukasi, ir tai vėl atveria galimybę.

Kelionės laiku ir juodosios skylės

1963 m. Naujosios Zelandijos matematikas Roy'us Kerr panaudojo lauko lygtis, kad analizuotų besisukančią Juodoji skylė , vadinamą Kero juodąja skyle, ir nustatė, kad rezultatai leido kelią per a kirmgrauža juodojoje skylėje, trūkstant singuliarumo centre, ir padaryti jį kitame gale. Šis scenarijus taip pat leidžia sukurti uždaras laikui būdingas kreives, kaip po daugelio metų suprato teorinis fizikas Kipas Thorne'as.

Devintojo dešimtmečio pradžioje, kai Carlas Saganas dirbo prie savo 1985 m. romano kontaktas , jis kreipėsi į Kipą Thorne'ą su klausimu apie kelionių laiku fiziką, kuris įkvėpė Thorne'ą išnagrinėti juodosios skylės, kaip kelionės laiku, naudojimo koncepciją. Kartu su fiziku Sung-Won Kim Thorne'as suprato, kad (teoriškai) galite turėti juodąją skylę su kirmgrauža, jungiančia ją su kitu erdvės tašku, kurį atidaro tam tikra neigiama energija.

Tačiau vien todėl, kad turite kirmgraužą, dar nereiškia, kad turite laiko mašiną. Dabar tarkime, kad galėtumėte perkelti vieną kirmgraužos galą („judantį galą“). Padedate judantį galą ant erdvėlaivio, iššaudami jį į kosmosą beveik šviesos greitis . Prasideda laiko išsiplėtimas, o judamojo galo patiriamas laikas yra daug mažesnis nei fiksuoto galo. Tarkime, kad judamąjį galą perkeliate 5000 metų į Žemės ateitį, tačiau kilnojamasis galas „sensta“ tik 5 metus. Taigi jūs išvykstate, tarkime, 2010 m., o atvykstate 7010 m.

Tačiau jei keliausite per kilnojamąjį galą, iš tikrųjų išlipsite iš fiksuoto galo 2015 m. mūsų eros metais (nes Žemėje praėjo 5 metai). Ką? Kaip tai veikia?

Na, faktas yra tas, kad du kirmgraužos galai yra sujungti. Kad ir kaip toli jie būtų, erdvėlaikyje jie vis tiek iš esmės yra „arti“ vienas kito. Kadangi kilnojamasis galas yra tik penkeriais metais senesnis nei tada, kai jis išėjo, perėjęs jį grįšite į atitinkamą fiksuotos sliekinės angos tašką. Ir jei kas nors iš 2015 m. mūsų eros Žemėje įžengtų pro fiksuotą kirmgraužą, 7010 m. po Kristaus jis išeitų iš kilnojamosios kirmgraužos. (Jei kas nors įžengtų pro kirmgraužą 2012 m. mūsų eros metais, jis atsidurtų erdvėlaivyje kažkur kelionės viduryje ir pan.)

Nors tai yra fiziškai pagrįstas laiko mašinos apibūdinimas, vis dar yra problemų. Niekas nežino, ar kirmgraužos ar neigiama energija egzistuoja, nei kaip jas sujungti tokiu būdu, jei jos egzistuoja. Bet tai (teoriškai) įmanoma.