Wiadomo, że współcześni astronauci już to robią. To prawda, że do tej pory podróżują tylko w przyszłość. I przez ułamek sekundy. Ale kto wie - może kiedyś uda nam się odlecieć na lata, a nawet stulecia naprzód lub odwrotnie, pogłaskać po grzywce naszego pięcioletniego dziadka? Ale zacznijmy w kolejności.
Zatrzymaj się na chwilę
Czas płynie inaczej w pustej przestrzeni kosmicznej i na Ziemi. Jest to znane każdemu uczniowi. Im silniejsza grawitacja obiektu, tym wolniej czas płynie w jego pobliżu. Wynika to z faktu, że grawitacja zniekształca „tkankę” czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Z drugiej strony Einstein wykazał, że im większa prędkość, tym większa masa. Dlatego w przypadku wszystkich obiektów poruszających się z bardzo dużą prędkością czas również zwalnia. Prędkość ISS to ponad 27 tys. Km / h. Na przykład rosyjski kosmonauta Siergiej Krikalew spędził na orbicie łącznie 803 dni, 9 godzin i 39 minut. W ten sposób żyje w czasie, pełną 1/50 sekundy przed nami.
Wehikuł czasu
Teoria względności mówi nam, że można stworzyć wehikuł czasu, który zabierze nas w przyszłość. Wchodzisz, czekaj. Wyjdź i przekonaj się, że na Ziemi minęły wieki. Nie ma jeszcze technologii do tego, ale nauka wie, że jest to możliwe.
Jednak w tym celu musisz przyspieszyć do prędkości zbliżonej do prędkości światła. Czy można się dziwić, że wehikuł czasu to nic innego jak statek kosmiczny, ponieważ zgodnie z Ogólną Teorią Względności czas i przestrzeń są ze sobą nierozerwalnie połączone (pytanie, jak przy przyspieszaniu do tak szalonej prędkości zachować ciało i statek w stanie nienaruszonym?, jeszcze nie). Ale czy osoba, która odbyła taką podróż, może wrócić do przeszłości?
Film promocyjny:
Pierwsze wskazówki, że prawa fizyki pozwalają ludziom podróżować w przeszłość, pojawiły się w 1949 roku, kiedy matematyk Kurt Gödel znalazł nowe rozwiązanie równań Einsteina, a właściwie - nową strukturę czasoprzestrzeni, która jest całkiem akceptowalna z punktu widzenia ogólnej teorii względności. Jednak w oparciu o równania Gödla wszechświat powinien obracać się jako całość, a nie rozszerzać się wraz z przyspieszeniem - co, jak się od tego czasu okazało, nie odpowiada rzeczywistości.
W ostatnich latach naukowcy zasugerowali inne drogi potencjalnych podróży w czasie - krzywiznę czasoprzestrzeni. Jednak analiza mikrofalowego tła i inne dane pokazują, że wszechświat nigdy nie był dostatecznie skręcony, aby taka podróż była możliwa. Istnieje jednak obejście tego problemu.
Jaka jest przeszłość?
Zgodnie z ogólną teorią względności istnieje nie tylko jedna, uniwersalna miara czasu dla wszystkich obserwatorów, ale w pewnych okolicznościach nawet obserwatorzy nie muszą zgadzać się co do jednej sekwencji pewnych wydarzeń. Powiedzmy, że czas na Alpha Centauri porusza się z taką samą prędkością jak na Ziemi (planeta, na której żyją kosmici ma taką samą masę i porusza się z taką samą prędkością). W 2014 roku odbyły się igrzyska olimpijskie w Soczi. Załóżmy też, że otwarcie Międzyplanetarnego Turnieju Szachowego na Alpha Centauri nastąpi w 2015 roku. Które wydarzenie miało miejsce wcześniej?
Z punktu widzenia ziemian - olimpiada. Z punktu widzenia „Centauri” - turniej. W końcu światło z Ziemi do Alpha Centauri zajmie cztery lata. Poruszając się szybciej niż światło, można było pojechać na igrzyska olimpijskie i polecieć na turniej, a potem znowu wrócić na Ziemię … przed igrzyskami. Oczywiście w teorii - jeśli znajdziesz sposób na podróżowanie szybciej niż prędkość światła.
Poruszanie się z prędkością większą niż prędkość światła, w oparciu o teorię względności, jest znane jako niemożliwe. W miarę zbliżania się do „bariery świetlnej” do przyspieszenia obiektu potrzeba coraz więcej energii. W pewnym momencie - przy teoretycznym osiągnięciu prędkości światła - zajęłoby to nieskończoną ilość. Ponadto ciało, które osiągnęłoby taką prędkość, musi uzyskać nieskończoną masę.
Tunele czasoprzestrzenne
Tutaj możliwy jest manewr na rondzie. Leży w potencjale odkształcenia czasoprzestrzeni. Np. Tak, aby otworzyła się krótka droga z igrzysk olimpijskich do turnieju szachowego. Nie będziesz poruszać się szybciej niż prędkość światła - ale będziesz podróżować szybciej w kosmosie.
W 1935 roku Albert Einstein i Nathan Rosen napisali artykuł, w którym argumentowali, że ogólna teoria względności pozwala na istnienie takich czasoprzestrzennych mostów, łuków - „tuneli czasoprzestrzennych”.
Mosty Einsteina-Rosena, tak zwane „tunele czasoprzestrzenne”
Alamy
Utrzymanie integralności tunelu czasoprzestrzennego wymaga ogromnej energii, a teoria przewiduje, że nie mogą one wytrzymać wystarczająco długo, aby statek kosmiczny lub inny makroskopowy obiekt mógł przez nie przejść. Taki most może się „zawalić”, a statek zniknie gdzieś w osobliwości.
To prawda, naukowcy przyznają, że zaawansowana technicznie cywilizacja mogłaby utrzymać taką dziurę otwartą we właściwym czasie. Ale jak można to osiągnąć, jest nadal całkowicie niejasne.
Warto tutaj powiedzieć, że cała materia, do której jesteśmy przyzwyczajeni, ma dodatnią gęstość energii, co nadaje czasoprzestrzeni dodatnią krzywiznę przypominającą kulę. A do deformacji czasoprzestrzeni, która pozwoliłaby nam podróżować w przeszłość, potrzebujemy materii z ujemną krzywizną - to znaczy z ujemną gęstością energii. Jak wiecie, mechanika kwantowa dopuszcza istnienie takiej ujemnej gęstości energii (pod warunkiem, że ta „negatywność” jest kompensowana przez „pozytywność” w innych obszarach) i dopuszcza teoretyczną możliwość deformacji czasoprzestrzeni.
Niełatwo to sobie wyobrazić. W tym celu astrofizycy często posługują się przykładem wzgórza. Jeśli wykopiesz dużą dziurę i wyrzucisz z niej ziemię na krawędź dziury, otrzymasz nie tylko dziurę, ale także wzgórze. W tym przypadku wzgórze będzie metaforą tej pozytywnej energii, a dół będzie ujemny.
Czarne dziury i nie tylko
Naukowcy ostrożnie sugerują, że czarne dziury mogą być pewnego rodzaju analogami tuneli czasoprzestrzennych. Chodzi o to, że bo? Większość czasoprzestrzeni jest prawie płaska. Jest poważnie zdeformowany tylko w czarnych dziurach. Czarna dziura zniekształca czasoprzestrzeń wokół siebie tak bardzo, że tworzy rodzaj „lejka”, „dziury” o kształcie stożka.
Grawitacja w bezpośrednim sąsiedztwie czarnej dziury jest tak ogromna, że czasoprzestrzeń w niej faktycznie przestaje istnieć lub jest tak zniekształcona, że czas praktycznie się zatrzymuje. Ponadto niektóre czarne dziury obracają się z prędkością bliską prędkości światła. W rezultacie czasoprzestrzeń „zagina się” w otworze, praktycznie w „rurkę”. Być może po wniknięciu do czarnej dziury moglibyśmy przejść przez jej wąski tunel i znaleźć się … w przeszłości lub na przykład w innym wszechświecie?
Najsłynniejszy fizyk teoretyczny naszych czasów - Stephen Hawking - jest przekonany, że jest to niemożliwe. Nawet jeśli statek kosmiczny w jakiś niewiarygodny sposób (pokonując efekt ogromnej grawitacji bez szwanku) zdoła dostać się do samego środka czarnej dziury, skończy się w osobliwości i po prostu przestanie istnieć.
Jednak wielu innych naukowców uważa, że będąc w czarnej dziurze, w określonych warunkach, nadal można przeżyć, a nawet szukać sposobów, aby to zrobić. Oczywiście wygląda to ekscentrycznie. Ale historia nauki zna wiele przykładów, kiedy tacy ekscentryków wymyślili samolot lub udali się na Księżyc.
Czarna dziura w konstelacji Jednorożca i jej towarzyszka B (e) -gwiazda widziana przez artystę
ESA
Richard Gott, profesor astrofizyki na Uniwersytecie Princeton, jest entuzjastą podróży w czasie. Tworzy projekt teoretyczny wehikułu czasu, a nawet twierdzi, że znalazł sposób na podróż do przeszłości. Idąc za niektórymi astrofizykami, Gott uważa, że naturalny wehikuł czasu jest centrum szybko rotującej czarnej dziury. Ale rozumie też, jak zawodny może być taki „transport”.
Jednak Gott znalazł potencjalnie mniej niebezpieczny odpowiednik centrum czarnej dziury - zjawisko zwane kosmicznymi strunami. Kosmiczne struny są hipotetycznie istniejącymi fałdami czasoprzestrzeni, cienkimi nitkami energii pozostałymi po Wielkim Wybuchu. Ich szerokość jest mniejsza niż jądro atomowe, ale mają fenomenalną gęstość. Taka struna, o długości zaledwie 1 m, miałaby większą grawitację niż cała Ziemia i stworzyłaby ogromną krzywiznę. Gott odkrył, że interakcja takich szybko poruszających się strun może doprowadzić do powstania naturalnego wehikułu czasu.
Obliczenia Gotta nie zostały jeszcze potwierdzone obserwacjami, ale naukowiec próbuje udowodnić, że te struny istnieją. Jednak nawet on mówi, że znalezienie dwóch takich strun, które przechodziłyby naprzeciw siebie, jest prawie niemożliwe. Dlatego Gott zwraca uwagę na inną teoretyczną strukturę, na kosmiczne pierścienie, które mogą tworzyć zamknięte struny. Pomimo braku dowodów na ich istnienie, w teorii Gotta nie ma bezpośrednich błędów. Poza tym w takim „pierścieniu” znów będzie… czarna dziura. Ogólnie rzecz biorąc, aby sterować układem o tak imponującej grawitacji, potrzebne byłyby zasoby energii całych galaktyk.
Galaxy M83. Czarna dziura znaleziona w galaktyce M 83 ominęła teoretyczną granicę jasności, obalając fakt, że granica Eddingtona jest podstawowym prawem natury
NASA
Nie możesz cofnąć się do przeszłości
Ale czy teoria kwantowa pozwala na podróże w czasie w naszej - makroskopowej - skali? Stephen Hawking mówi, że tak na pierwszy rzut oka. Świadczą o tym całki Feynmana nad trajektoriami (istota całek Feynmana polega na tym, że zastępują one definicję unikalnej, jedynej możliwej trajektorii dowolnej cząstki elementarnej, całkowitą sumą nieskończonego zbioru możliwych trajektorii jej ruchu). Wszak obejmują one wszystkie możliwe scenariusze, a więc pozwalają na zaistnienie takiego zniekształcenia czasoprzestrzeni, jakie jest niezbędne do podróży w przeszłość. Dlatego nie można powiedzieć, że takie podróże są w zasadzie niemożliwe.
Ciężkie cząstki, które są przyspieszane w zderzaczach w Europejskim Centrum Badań Jądrowych (CERN) lub w National Laboratory. Fermi w Stanach Zjednoczonych osiąga prędkości równe 99,99% prędkości światła. Jednak bez względu na to, jak bardzo zwiększy się moc instalacji, przekroczenie bariery świetlnej nie będzie możliwe.
Hej, goście z przyszłości
Ale jeśli tak, to dlaczego jeszcze nie odwiedzili nas goście z przyszłości? Popularny punkt widzenia jest taki, że cywilizacja przyszłości jest tak „zaawansowana”, że uważa za niewłaściwe ujawnianie sekretu podróży w czasie takim nierozsądnym istotom jak my. A co jeśli entuzjastyczny współczesny chce cofnąć się w czasie i ujawnić nazistom tajemnicę bomby atomowej?
Taka inna historia
Może się okazać, że historia to ściśle określony ciąg wydarzeń, więc nawet jeśli wrócisz do przeszłości, będziesz skazany na to samo, co wcześniej. W przeciwnym razie, wracając do swojej przyszłości, możesz nawet stwierdzić, że … po prostu nie istniejesz, albo twoi bliscy nie istnieją, albo nie ma kraju, w którym mieszkasz itp. Podobny dramat jest dobrze opisany w słynnej powieści science fiction Raya Bradbury'ego „And Thunder Rocked”, której bohater podczas podróży do przeszłości przypadkowo zmiażdżył motyla - a po powrocie przekonał się, że jego bliscy pisali w innym języku i u władzy zamiast prezydenta liberał to dyktator. W naukach przyrodniczych termin ten nazywany jest efektem motyla:niewielki wpływ na chaotyczny system może mieć duże i nieprzewidywalne konsekwencje w innych miejscach iw innym czasie.
Inny możliwy sposób rozwiązania paradoksów związanych z podróżami w czasie można określić jako hipotezę historii alternatywnej. Kiedy podróżnicy w czasie wracają do przeszłości, znajdują się w alternatywnych historiach, różniących się od tej, którą znają. Wielu naukowców mówi dziś o możliwym istnieniu multiwersu, który może obejmować wszystkie te - i nieskończoną liczbę innych - warianty przeszłości, rozgałęziające się w nieskończonej liczbie światów …
Na pierwszy rzut oka hipoteza ta przypomina równania mechaniki kwantowej Feynmana. Ale jest też między nimi nierozwiązywalna sprzeczność. W całkach Feynmana każda trajektoria zawiera całkowicie czasoprzestrzeń i wszystko, co się w niej znajduje. I, jak się dowiedzieliśmy, w ramach takiego widoku rakieta mogłaby podróżować przez zakrzywioną czasoprzestrzeń nawet w przeszłość. Ale sama rakieta pozostałaby w tej samej „własnej” czasoprzestrzeni, a zatem w tej samej historii. Dlatego całki Feynmana raczej przemawiają na korzyść hipotezy o ustalonej przeszłości.
Współczesna nauka wątpi w możliwość podróży w przeszłość. Ale nadal nie radzimy kłócić się z kimś w tej kwestii: a co jeśli ten ktoś się kłóci, znając z góry przyszłość?..
Olga Fadeeva