Czym jest czas? Augustyn Błogosławiony powiedział: „Wiem, która jest godzina, dopóki o tym nie pomyślę”. Zgodnie ze standardowym modelem fizyki czas jest czwartym wymiarem, obok trzech wymiarów przestrzennych. Więc możesz przez to przejść. Od lat pisarze science fiction na różne sposoby rozkoszowali się podróżami w czasie. Z każdym stuleciem opanowujemy coraz więcej nowych technologii, odkrywamy nowe aspekty nauki. Czego możemy się nauczyć o podróżach w czasie, zanim zaczniemy je urzeczywistniać?
Być może zauważyłeś, że nieustannie przemieszczamy się w czasie. Przechodzimy przez to. Na podstawowym poziomie pojęcia czas to tempo zmian wszechświata i niezależnie od tego, czy nam się to podoba, czy nie, podlegamy ciągłym zmianom. Starzejemy się, planety krążą wokół Słońca, rzeczy ulegają zniszczeniu.
Mierzymy upływ czasu w sekundach, minutach, godzinach i latach, ale nie oznacza to wcale, że czas płynie ze stałą prędkością. Jak woda w rzece, czas płynie na różne sposoby w różnych miejscach. Krótko mówiąc, czas jest względny.
Ale co powoduje chwilowe wahania w drodze od kołyski do grobu? Wszystko sprowadza się do relacji między czasem a przestrzenią. Człowiek jest w stanie postrzegać w trzech wymiarach - długości, szerokości i głębokości. Czas uzupełnia tę imprezę jako najważniejszy czwarty wymiar. Czas nie istnieje bez przestrzeni, przestrzeń nie istnieje poza czasem. A ta para jest połączona w kontinuum czasoprzestrzennym. Każde wydarzenie, które ma miejsce we Wszechświecie, musi obejmować przestrzeń i czas.
W tym artykule rozważymy najbardziej realne i codzienne możliwości podróżowania w czasie w naszym Wszechświecie, a także mniej dostępne, ale nie mniej możliwe ścieżki przez czwarty wymiar.
Tymczasowa podróż do przyszłości
Jeśli chcesz żyć kilka lat trochę szybciej niż ktoś inny, musisz poradzić sobie z czasoprzestrzenią. Satelity globalnego pozycjonowania robią to codziennie, trzy miliardowe części sekundy przed naturalnym biegiem czasu. Na orbicie czas płynie szybciej, ponieważ satelity są daleko od masy Ziemi. A na powierzchni masa planety niesie ze sobą czas i spowalnia go w stosunkowo niewielkiej skali.
Film promocyjny:
Efekt ten nazywany jest grawitacyjnym dylatacją czasu. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń, a astronomowie wykorzystują to następstwo podczas badania światła przechodzącego w pobliżu masywnych obiektów.
Ale co to ma wspólnego z synchronizacją? Pamiętaj - każde zdarzenie we wszechświecie dotyczy zarówno przestrzeni, jak i czasu. Grawitacja nie tylko łączy przestrzeń, ale także czas.
Będąc w czasie, prawie nie zauważysz zmiany w jego biegu. Ale obiekty, które są wystarczająco masywne - takie jak supermasywna czarna dziura alfa Strzelec, znajdująca się w centrum naszej galaktyki - poważnie wypaczą tkankę czasu. Masa jego punktu osobliwości to 4 miliony słońc. Ta masa spowalnia czas o połowę. Pięć lat na orbicie czarnej dziury (bez wpadania w nią) to dziesięć lat na Ziemi.
Szybkość ruchu również odgrywa ważną rolę w szybkości upływu czasu. Im bardziej zbliżasz się do maksymalnej prędkości ruchu - prędkości światła - tym wolniej płynie czas. Pod koniec podróży zegar w szybko jadącym pociągu zacznie spóźniać się o jedną miliardową sekundy. Jeśli pociąg osiągnie 99,999% prędkości światła, w ciągu jednego roku w wagonie można podróżować dwieście dwadzieścia trzy lata w przyszłość.
W rzeczywistości hipotetyczne przyszłe podróże w przyszłości opierają się na tej idei, przepraszam za tautologię. A co z przeszłością? Czy możesz cofnąć czas?
Tymczasowa podróż w przeszłości
Odkryliśmy, że podróż w przyszłość odbywa się cały czas. Naukowcy udowodnili to eksperymentalnie, a idea ta leży u podstaw teorii względności Einsteina, która w tym roku kończy 100 lat. Przeniesienie się w przyszłość jest całkiem możliwe, jedyne pytanie brzmi: „jak szybko”? Jeśli chodzi o podróż w czasie, odpowiedzią jest spojrzenie na nocne niebo.
Droga Mleczna ma szerokość około 100 000 lat świetlnych, co oznacza, że światło z odległych gwiazd musi podróżować tysiące i tysiące lat, zanim dotrze do Ziemi. Złap to światło, a po prostu spojrzysz w przeszłość. Kiedy astronomowie mierzą kosmiczne promieniowanie mikrofalowe, patrzą w kosmos tak, jak to było 10 miliardów lat temu. Ale to nie wszystko.
W teorii względności Einsteina nie ma nic, co wykluczałoby możliwość podróży do przeszłości, ale bardzo możliwe istnienie przycisku, który mógłby sprowadzić cię z powrotem do dnia wczorajszego, narusza prawo przyczynowości lub przyczyny i skutku. Kiedy coś dzieje się we Wszechświecie, zdarzenie to generuje nowy, niekończący się łańcuch wydarzeń. Przyczyna rodzi się zawsze przed skutkiem. Wyobraź sobie świat, w którym ofiara umrze, zanim kula trafi jej w głowę. Jest to naruszenie rzeczywistości, ale mimo to wielu naukowców nie wyklucza możliwości podróży w przeszłość.
Na przykład uważa się, że poruszanie się szybciej niż prędkość światła może wysłać z powrotem w przeszłość. Jeśli czas zwalnia, gdy obiekt zbliża się do prędkości światła, czy pokonanie tej bariery może cofnąć czas? Oczywiście, zbliżając się do prędkości światła, rośnie również relatywistyczna masa obiektu, to znaczy zbliża się on do nieskończoności. Przyspieszenie nieskończonej masy wydaje się niemożliwe. W teorii prędkość warp, to znaczy odkształcenie prędkości jako takiej, może oszukać uniwersalne prawo, ale nawet to będzie wymagało kolosalnych kosztów energii.
A co, jeśli podróż w czasie do przyszłości i przeszłości zależy nie tyle od naszej podstawowej wiedzy o kosmosie, ale bardziej od istniejących zjawisk kosmicznych? Rzućmy okiem na czarną dziurę.
Czarne dziury i pierścienie Kerra
Orbituj wokół czarnej dziury wystarczająco długo, a grawitacyjne dylatacja czasu wyrzuci Cię w przyszłość. Ale co, jeśli wpadniesz prosto w paszczę tego kosmicznego potwora? Pisaliśmy już o tym, co się stanie po zanurzeniu się w czarną dziurę, ale nie wspomnieliśmy o tak egzotycznej różnorodności czarnych dziur, jak pierścień Kerra. Albo czarna dziura Kerra.
W 1963 roku matematyk z Nowej Zelandii Roy Kerr zaproponował pierwszą realistyczną teorię wirującej czarnej dziury. Koncepcja obejmuje gwiazdy neutronowe - masywne zapadające się gwiazdy wielkości na przykład Sankt Petersburga, ale o masie Słońca na Ziemi. Na liście najbardziej tajemniczych obiektów we Wszechświecie umieściliśmy dziury neutronowe, nazywając je magnetarami. Kerr wysunął teorię, że gdyby umierająca gwiazda zapadła się w obracający się pierścień gwiazd neutronowych, ich siła odśrodkowa uniemożliwiłaby im stanie się osobliwością. A ponieważ czarna dziura nie będzie miała punktu osobliwości, Kerr doszedł do wniosku, że będzie można dostać się do środka bez obawy, że zostanie rozerwana przez grawitację w środku.
Gdyby istniały czarne dziury Kerra, moglibyśmy przez nie przejść i wyjść do białej dziury. To jak rura wydechowa czarnej dziury. Zamiast zassać wszystko, co może, biała dziura wyrzuci wszystko, co tylko może. Może nawet w innym czasie lub w innym wszechświecie.
Czarne dziury Kerra pozostają teorią, ale jeśli istnieją, są swego rodzaju portalami oferującymi podróż w jedną stronę do przyszłości lub przeszłości. I chociaż niezwykle zaawansowana cywilizacja mogłaby ewoluować w ten sposób i podróżować w czasie, nikt nie wie, kiedy zniknie „dzika” czarna dziura Kerra.
Tunele czasoprzestrzenne (tunele czasoprzestrzenne)
Teoretyczne pierścienie Kerra nie są jedynym sposobem na „skrócenie” ścieżek do przeszłości lub przyszłości. Filmy science fiction - od Star Treka po Donniego Darko - często dotyczą teoretycznego mostu Einsteina-Rosena. Dla was te mosty są lepiej znane jako tunele czasoprzestrzenne.
Ogólna teoria względności Einsteina dopuszcza istnienie tuneli czasoprzestrzennych, ponieważ teoria wielkiego fizyka opiera się na zakrzywieniu czasoprzestrzeni pod wpływem masy. Aby zrozumieć tę krzywiznę, wyobraź sobie strukturę czasoprzestrzeni jako białą prześcieradło i złóż ją na pół. Powierzchnia arkusza pozostanie taka sama, nie odkształci się sama, ale odległość między dwoma punktami styku będzie wyraźnie mniejsza niż w przypadku, gdy arkusz leżał na płaskiej powierzchni.
W tym uproszczonym przykładzie przestrzeń jest przedstawiona jako dwuwymiarowa płaszczyzna, a nie czterowymiarowa, którą w rzeczywistości jest (pamiętajmy o czwartym wymiarze - czasie). W podobny sposób działają hipotetyczne tunele czasoprzestrzenne.
Szybko do przodu w kosmos. Koncentracja masy w dwóch różnych częściach wszechświata może stworzyć rodzaj tunelu w czasoprzestrzeni. Teoretycznie tunel ten łączyłby ze sobą dwa różne segmenty kontinuum czasoprzestrzennego. Oczywiście jest całkiem możliwe, że niektóre właściwości fizyczne lub kwantowe uniemożliwiają samodzielne powstawanie takich tuneli czasoprzestrzennych. Cóż, albo rodzą się i natychmiast giną, będąc niestabilnymi.
Według Stephena Hawkinga tunele czasoprzestrzenne mogą istnieć w piance kwantowej, najmniejszym ośrodku we wszechświecie. Malutkie tunele nieustannie się rodzą i pękają, łącząc różne miejsca i czasy na krótkie chwile.
Tunele czasoprzestrzenne mogą być zbyt małe i krótkotrwałe, aby człowiek mógł się poruszać, ale co, jeśli pewnego dnia uda nam się je znaleźć, przytrzymać, ustabilizować i powiększyć? Pod warunkiem, jak zauważa Hawking, będziesz gotowy na opinie. Jeśli chcemy sztucznie ustabilizować tunel czasoprzestrzenny, promieniowanie z naszych działań może go zniszczyć, tak jak rewersja dźwięku może uszkodzić głośnik.
Kosmiczne struny
Próbujemy przecisnąć się przez czarne dziury i tunele czasoprzestrzenne, ale czy istnieje inny sposób podróżowania w czasie z wykorzystaniem teoretycznego zjawiska kosmicznego? Mając to na uwadze, zwracamy się do fizyka J. Richarda Gotta, który w 1991 roku nakreślił ideę kosmicznej struny. Jak sama nazwa wskazuje, są to hipotetyczne obiekty, które mogły powstać we wczesnych stadiach rozwoju wszechświata.
Struny te przenikają cały wszechświat, są cieńsze niż atom i znajdują się pod silnym ciśnieniem. Naturalnie wynika z tego, że dają one siłę grawitacji wszystkiemu, co przechodzi w ich pobliżu, co oznacza, że obiekty przyczepione do kosmicznej struny mogą podróżować w czasie z niesamowitą prędkością. Jeśli przyciągniesz dwie kosmiczne struny bliżej siebie lub umieścisz jedną z nich obok czarnej dziury, możesz stworzyć coś, co nazywa się zamkniętą krzywą podobną do czasu.
Wykorzystując grawitację wytwarzaną przez dwie kosmiczne struny (lub strunę i czarną dziurę), sonda mogła teoretycznie cofnąć się w czasie. Aby to zrobić, musiałbyś zrobić pętlę wokół kosmicznych strun.
Nawiasem mówiąc, struny kwantowe są teraz przedmiotem gorącej debaty. Gott stwierdził, że aby cofnąć się w czasie, należy wykonać pętlę wokół struny zawierającej połowę energii masowej całej galaktyki. Innymi słowy, połowa atomów w galaktyce musiałaby zostać wykorzystana jako paliwo dla twojego wehikułu czasu. Cóż, jak wszyscy wiedzą, nie można cofnąć się w czasie przed stworzeniem samej maszyny.
Ponadto istnieją przejściowe paradoksy.
Paradoksy podróży w czasie
Jak powiedzieliśmy, idea podróży w przeszłość jest nieco przyćmiona przez drugą część prawa przyczynowości. Przyczyna wyprzedza skutki, przynajmniej w naszym Wszechświecie, co oznacza, że może zrujnować nawet najbardziej przemyślane plany podróży w czasie.
Na początek wyobraź sobie, że podróżując 200 lat wstecz, pojawisz się na długo przed urodzeniem. Pomyśl o tym przez chwilę. Przez jakiś czas skutek (ty) będzie istniał przed przyczyną (twoje narodziny).
Aby lepiej zrozumieć, z czym mamy do czynienia, rozważmy słynny paradoks dziadka. Jesteś zabójcą podróży w czasie, twoim celem jest twój własny dziadek. Przekradasz się przez pobliski tunel czasoprzestrzenny i podchodzisz do żywej 18-letniej wersji ojca twojego ojca. Podnosisz pistolet, ale co się dzieje, gdy pociągasz za spust?
Pomyśl o tym. Jeszcze się nie urodziłeś. Nawet twój ojciec jeszcze się nie urodził. Jeśli zabijesz swojego dziadka, nie będzie miał syna. Ten syn nigdy cię nie urodzi i nie możesz cofnąć się w czasie z krwawym zadaniem. Twoja nieobecność w żaden sposób nie pociągnie za spust, tym samym zaprzeczając całemu łańcuchowi wydarzeń. Nazywamy to pętlą niezgodnych przyczyn.
Alternatywnie, rozważ ideę sekwencyjnej pętli przyczynowej. Choć skłania do myślenia, teoretycznie eliminuje paradoksy czasowe. Według fizyka Paula Davisa taka pętla wygląda następująco: profesor matematyki idzie w przyszłość i kradnie złożone twierdzenie matematyczne. Następnie daje go najzdolniejszemu uczniowi. Potem obiecujący student rośnie i uczy się, aby pewnego dnia stać się człowiekiem, któremu profesor kiedyś ukradł twierdzenie.
Ponadto istnieje inny model podróży w czasie, który zakłada zniekształcenie prawdopodobieństwa przy podejściu do możliwości wystąpienia zdarzenia paradoksalnego. Co to znaczy? Wróćmy do miejsca zabójcy twojego dziadka. Ten model podróży w czasie może praktycznie zabić twojego dziadka. Możesz pociągnąć za spust, ale pistolet nie wystrzeli. Ptak zaśpiewa w odpowiednim momencie, albo wydarzy się coś innego: fluktuacja kwantowa nie pozwoli na wystąpienie paradoksalnej sytuacji.
I wreszcie najciekawsza rzecz. Przyszłość lub przeszłość, do której zmierzasz, mogą po prostu istnieć w równoległym wszechświecie. Wyobraźmy sobie to jako paradoks separacji. Możesz zniszczyć wszystko, co chcesz, ale nie wpłynie to w żaden sposób na Twój świat. Zabijesz swojego dziadka, ale nie znikniesz - być może kolejne „ty” zniknie w równoległym świecie lub scenariusz będzie zgodny z paradoksami, które już rozważaliśmy. Możliwe jednak, że ta podróż w czasie będzie jednorazową podróżą i nigdy nie będziesz mógł wrócić do domu.
Czy jesteś całkowicie zdezorientowany? Witamy w świecie podróży w czasie.
Ilya Khel