Nie wszystko jest takie proste
Wyobraź sobie, że masz na twarzy rozbite jajko, a to nie jest figura retoryczna. Próba żonglowania jajkami spowodowała, że jedno z nich upadło i pękło Ci na głowie, a teraz musisz iść pod prysznic i zmienić ubranie.
Ale czy nie byłoby łatwiej cofnąć czas o minutę? W końcu jajko pękło w zaledwie kilka sekund - dlaczego nie możesz zrobić tego samego, a wręcz przeciwnie? Po prostu złóż muszlę z powrotem, wrzuć białko i żółtko - i to wszystko. Miałbyś czystą twarz, czyste ubranie i żadnych żółtek we włosach.
Brzmi śmiesznie - ale dlaczego? Dlaczego nie mogę cofnąć tej czynności? W rzeczywistości nie ma w tym rzeczy niemożliwych. Nie ma prawa naturalnego, które by tego zabraniało.
Ponadto fizycy donoszą, że każda chwila, która ma miejsce w życiu codziennym, może wydarzyć się w odwrotnej kolejności w dowolnym momencie. Dlaczego więc nie „złamać” jaj, „spalić” zapałki, a nawet „zwichnąć” nogi?
Dlaczego takie rzeczy nie zdarzają się codziennie? Dlaczego w ogóle przyszłość różni się od przeszłości? To pytanie wygląda dość prosto, ale aby na nie odpowiedzieć, trzeba wrócić do narodzin Wszechświata, zwrócić się do świata atomowego i dotrzeć do granic fizyki.
Podobnie jak wiele historii ze świata fizyki, ta pochodzi od wielkiego fizyka Izaaka Newtona. Dżuma ogarnęła Wielką Brytanię w 1666 roku i to ona zmusiła Newtona do opuszczenia Uniwersytetu Cambridge i powrotu do domu, do matki, która mieszkała w wiejskim Lincolnshire. Tam Newton znudził się i będąc odizolowanym od świata zewnętrznego, zajął się fizyką.
Odkrył trzy prawa ruchu, w tym słynną maksymę, że każda akcja ma swoją własną opozycję. Wymyślił również wyjaśnienie, dlaczego grawitacja działa.
Film promocyjny:
Prawa Newtona są niezwykle skuteczne w opisywaniu otaczającego nas świata. Potrafią wyjaśnić wiele zjawisk, od tego, dlaczego jabłka spadają z drzew, po to, dlaczego Ziemia obraca się wokół Słońca.
Ale mają dziwną właściwość - działają w ten sam sposób i odwrotnie. Jeśli jajko pęknie, prawa Newtona mówią, że może powrócić do swojego pierwotnego stanu. Oczywiście jest to błędne, ale praktycznie każda teoria opracowana przez naukowców od czasów Newtona ma dokładnie ten sam problem.
Prawa fizyki po prostu nie uwzględniają upływu czasu - do przodu lub do tyłu. Dbają o to tak samo, jak informacje o tym, czy piszesz prawą ręką, czy lewą. Ale zdecydowanie ci zależy!
O ile wiesz, czas ma strzałkę, która wskazuje jego kierunek i zawsze jest skierowany w przyszłość. Możesz mieszać wschód i zachód, ale wczoraj i jutro nigdy nie pomieszasz. Jednak podstawowe prawa fizyki nie rozróżniają przeszłości i przyszłości.
Pierwszą osobą, która poważnie zmierzyła się z tym problemem, był żyjący w drugiej połowie XIX wieku austriacki fizyk Ludwig Boltzmann. W tamtych czasach wszystkie idee, które są obecnie akceptowane jako aksjomat, były kontrowersyjne.
W szczególności fizycy nie byli tak przekonani jak obecnie, że wszystko na świecie składa się z cząstek zwanych atomami. W opinii większości fizyków idei atomów nie można udowodnić, nie można jej zweryfikować praktycznymi metodami.
Boltzmann był przekonany, że atomy rzeczywiście istnieją, więc użył tego pomysłu, aby wyjaśnić wszystkie codzienne rzeczy, takie jak płomień ognia, pracę płuc, a także, dlaczego herbata stygnie, gdy w nią dmuchniesz. Myślał, że może zrozumieć wszystkie te rzeczy, używając pojęcia, które było mu tak bliskie - teorii atomów.
Niektórzy fizycy byli pod wrażeniem pracy Boltzmanna, ale większość ją odrzucała. Wkrótce został odrzucony przez społeczność naukową za swoje pomysły.
Jednak to on pokazał, jak atomy są powiązane z naturą czasu. W tamtych czasach pojawiła się teoria termodynamiki, która opisuje, jak zachowuje się ciepło. Przeciwnicy Boltzmanna twierdzili, że nie da się opisać natury ciepła; mówili, że ciepło to tylko ciepło.
Boltzmann postanowił udowodnić, że się mylili, a ciepło jest spowodowane chaotycznym ruchem atomów. Miał rację, ale resztę życia musiał spędzić na obronie swojego punktu widzenia.
Boltzmann rozpoczął od próby wyjaśnienia czegoś dziwnego - „entropii”. Zgodnie z prawami termodynamiki wszystko na świecie ma określoną wielkość entropii, a kiedy coś się stanie z tym obiektem, entropia wzrasta.
Na przykład, jeśli włożysz kostki lodu do szklanki wody, stopią się, a entropia w szklance wzrośnie. A wzrost entropii różni się od wszystkiego w fizyce - ten proces przebiega w jednym kierunku. Fizycy od dawna zastanawiali się, czy sposób, w jaki płynie czas, zależy od wzrostu entropii.
Jak można się domyślić, Boltzmann jako pierwszy podniósł tę kwestię, ale potem wielu innych naukowców zaczęło badać tę kwestię. W rezultacie stało się jasne, że czas może potencjalnie płynąć w przeciwnym kierunku - ale tylko wtedy, gdy entropia zmniejszy się, co jest po prostu niemożliwe.
Jeśli jednak czas może płynąć w przeciwnym kierunku, można zbudować wehikuł czasu. W 2009 roku brytyjski fizyk S. Hawking zorganizował przyjęcie dla podróżników w czasie - sztuczka polegała na tym, że rok później wysłał zaproszenia na imprezę (żaden z gości się nie pojawił).
Tak więc podróż w czasie jest najprawdopodobniej niemożliwa. Nawet jeśli taka możliwość istniała, Hawking i inni twierdzą, że nigdy nie można dotrzeć do punktu w czasie, aż do momentu zbudowania wehikułu czasu.
Ale podróż w przyszłość? To inna historia. Oczywiście wszyscy podróżujący w czasie ścigamy się w czasie z przeszłości do przyszłości w tempie jednej godziny na godzinę. Ale jak rzeka, upływ czasu płynie z różnymi prędkościami w różnych miejscach. Współczesna nauka oferuje kilka sposobów przybliżenia przyszłości. Oto podsumowanie ich istoty.
Najłatwiejszym i najbardziej praktycznym sposobem na dotarcie do odległej przyszłości jest bardzo szybkie przemieszczanie się. Zgodnie z teorią względności Einsteina, kiedy podróżujesz z prędkością bliską prędkości światła, czas zwalnia dla ciebie w stosunku do świata zewnętrznego.
To nie jest tylko hipoteza lub eksperyment myślowy - to wynik pomiaru. Przy pomocy dwóch identycznych zegarów atomowych (niektóre leciały odrzutowcem, inne pozostały na Ziemi), fizycy udowodnili, że latające zegary tykają wolniej ze względu na prędkość.
W przypadku samolotu efekt jest minimalny. Ale gdybyś był na pokładzie statku kosmicznego poruszającego się z prędkością 90% prędkości światła, czas płynąłby 2,6 razy wolniej niż na Ziemi. Im bliżej prędkość zbliża się do prędkości światła, tym bardziej ekstremalne stają się podróże w czasie.
Najwyższą prędkość osiągniętą dzięki technologii człowieka można nazwać prędkością, z jaką protony omiatają Wielki Zderzacz Hadronów - 99,99999991% prędkości światła. Korzystając z teorii względności, można obliczyć, że jedna sekunda na proton odpowiada 27 777 778 sekundom lub w praktyce 11 miesiącom dla nas.
Zaskakujące jest, że fizycy cząstek elementarnych uwzględniają spowolnienie, gdy mają do czynienia z rozpadającymi się cząstkami. W laboratorium cząsteczki mionu rozpadają się zazwyczaj w ciągu 2,2 mikrosekundy. Ale szybko poruszające się miony, które powstają, gdy promienie kosmiczne docierają do górnych warstw atmosfery, rozpadają się 10 razy dłużej.
Poniższa metoda jest również inspirowana pracą Einsteina. Zgodnie z jego ogólną teorią względności, im bardziej czujesz grawitację, tym wolniej płynie czas. Na przykład, gdy zbliżasz się do środka Ziemi, siła grawitacji wzrasta. Dla twoich nóg czas płynie wolniej niż dla głowy.
Ponownie, ten efekt został zmierzony. W 2010 roku fizycy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii umieścili na półkach dwa zegary atomowe, jeden o 33 cm wyższy od drugiego, i zmierzyli różnicę w ich tykającej prędkości. Zegar na półce poniżej tykał wolniej, ponieważ był nieco bardziej poddany grawitacji.
Aby znaleźć się w odległej przyszłości, potrzebujemy tylko miejsca o niezwykle silnej grawitacji, jak czarna dziura. Im bliżej granicy, tym wolniej czas płynie - ale jest to ryzykowne, gdyż po przekroczeniu linii nigdy nie można wrócić. W każdym razie efekt nie jest tak mocny, więc wycieczka chyba nie jest tego warta.
Załóżmy, że dysponujesz technologią umożliwiającą pokonywanie dużych odległości, aby dostać się do czarnej dziury (najbliższa znajduje się około 3000 lat świetlnych od nas). Podczas samej podróży czas zwolni znacznie bardziej niż podczas podróży przez samą czarną dziurę.
(Sytuacja opisana w Interstellar, gdzie jedna godzina na planecie w pobliżu czarnej dziury jest odpowiednikiem siedmiu lat na Ziemi, jest zbyt ekstremalna i całkowicie niemożliwa dla naszego wszechświata, mówi Kip Thorne, doradca naukowy filmu).
Być może najbardziej zdumiewające jest to, że systemy GPS w swojej pracy muszą uwzględniać skutki dylatacji czasu (zarówno ze względu na prędkość satelitów, jak i działającą na nie grawitację). Bez tych poprawek GPS w telefonie nie będzie w stanie określić Twojej pozycji na Ziemi, nawet w promieniu kilku kilometrów.
Inną opcją podróży w przyszłość jest spowolnienie percepcji czasu poprzez spowolnienie lub zatrzymanie procesów życiowych twojego ciała, a następnie ich ponowne uruchomienie.
Zarodniki bakterii mogą żyć miliony lat w zawieszonej animacji, dopóki odpowiednia temperatura, wilgotność i warunki pokarmowe nie przywrócą metabolizmu. Niektóre ssaki, takie jak niedźwiedzie i wiewiórki, mogą spowolnić swój metabolizm podczas hibernacji, co znacznie zmniejsza zapotrzebowanie ich komórek na tlen i pokarm. Czy ludzie kiedykolwiek będą mogli zrobić to samo?
Choć całkowite zatrzymanie metabolizmu organizmu nie jest jeszcze przedmiotem współczesnej nauki, niektórzy naukowcy pracują nad uzyskaniem efektu krótkotrwałej „hibernacji” trwającej kilka godzin. Może to wystarczyć, aby pomóc osobie przeżyć, na przykład podczas zatrzymania krążenia, zanim będzie można ją zabrać do szpitala.
Inna technika, która wprowadza organizm w hipotermiczną „hibernację” - zastępowanie krwi zimnym roztworem soli - sprawdziła się u świń i jest obecnie poddawana próbom klinicznym na ludziach w Pittsburghu.
Ogólna teoria względności umożliwia również szybkie przemieszczanie się przez tunele czasoprzestrzenne, co mogłoby pomóc w pokonywaniu odległości miliardów lat świetlnych lub po prostu w innym czasie.
Wielu fizyków, w tym S. Hawking, uważa, że tunele czasoprzestrzenne, stale pojawiające się w różnych miejscach powłoki kwantowej, mają znacznie mniejsze rozmiary niż atomy.
Sztuczka polega na tym, by złapać jednego i powiększyć do ludzkich rozmiarów - wyczyn, który będzie wymagał ogromnej ilości energii, ale może być możliwy tylko w teorii.
Próby udowodnienia takiej metody zakończyły się niepowodzeniem, ostatecznie z powodu niezgodności między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową.
Na podstawie materiałów z czasopisma „Unknown”