Pomysł, że moglibyśmy cofnąć się w czasie, aby zmienić przeszłość, stał się jedną z ulubionych technik w filmach, literaturze i serialach telewizyjnych. Harry Potter, Powrót do przyszłości, Dzień świstaka i wiele innych filmów obiecało nam możliwość ponownego wyboru w naszej przeszłości. Dla większości ludzi ta szansa pozostanie fantastyczna, ponieważ wszystkie prawa fizyki wskazują, że poruszanie się w czasie jest nieuniknione i konieczne. W filozofii istniał nawet paradoks podkreślający absurdalność tej możliwości: gdyby podróże w czasie były możliwe, można by cofnąć się w czasie i zabić dziadka, zanim jeszcze spotkali się rodzice, eliminując w ten sposób możliwość własnego istnienia. Przez długi czas wierzono, że nie ma powrotu. Ale dzięki intrygującym właściwościom czasu i przestrzeni w ogólnej teorii względności Einsteina podróż w czasie może być możliwa, mówi fizyk Ethan Siegel.
Ilustracja wczesnego wszechświata piany kwantowej, w którym fluktuacje kwantowe ujawniają się w najmniejszych skalach. Dodatnie i ujemne fluktuacje energii mogą powodować powstawanie małych tuneli kwantowych.
Zacznijmy od fizycznej koncepcji tunelu czasoprzestrzennego. W znanym wszechświecie w najmniejszych skalach na strukturze czasoprzestrzeni pojawiają się drobne fluktuacje kwantowe. Obejmuje to wahania energii w kierunkach dodatnich i ujemnych, które często występują bardzo blisko siebie. Silna, gęsta, dodatnia fluktuacja energii może w pewien sposób stworzyć zakrzywioną przestrzeń, a silna, gęsta, ujemna fluktuacja energii zakrzywi przestrzeń w odwrotny sposób. Jeśli połączysz te dwa obszary krzywizny, otrzymasz - w skrócie - kwantowy tunel czasoprzestrzenny. Jeśli tunel czasoprzestrzenny przetrwa wystarczająco długo, możesz spróbować przepuścić przez niego cząstkę, tak aby natychmiast zniknęła w jednym miejscu w czasoprzestrzeni, a pojawiła się w innym.
Dokładny wykres matematyczny tunelu czasoprzestrzennego Lorentza. Jeśli jeden koniec tunelu czasoprzestrzennego jest zbudowany z dodatniej masy / energii, a drugi z ujemnej masy / energii, tunel czasoprzestrzenny stanie się przejezdny.
Na przykład skalowanie tego wszystkiego w górę i umożliwienie człowiekowi przejścia przez tunel czasoprzestrzenny wymaga trochę pracy. Chociaż wszystkie znane cząstki w naszym Wszechświecie mają energię dodatnią i masę dodatnią lub zerową, cząstki o ujemnej masie i energii mogą istnieć w ramach ogólnej teorii względności. Oczywiście jeszcze ich nie znaleźliśmy, ale jeśli wierzyć fizykom teoretycznym, nie ma nic, co wykluczałoby możliwość ich istnienia.
Jeśli istnieje substancja o ujemnej masie i energii, to tworząc supermasywną czarną dziurę i jej odpowiednik z ujemną masą i energią, a następnie łącząc je, stworzy przechodzący tunel czasoprzestrzenny. Bez względu na to, jak daleko rozdzielisz te dwa nałożone na siebie obiekty, jeśli mają one wystarczającą masę i energię - zarówno dodatnią, jak i ujemną - natychmiastowe połączenie pozostanie. Wszystko to świetnie nadaje się do błyskawicznej podróży w kosmos. Ale co z czasem? I tu właśnie wchodzą w grę prawa szczególnej teorii względności.
Zgodnie z prawem szczególnej teorii względności, części stacjonarne i ruchome starzeją się w różnym tempie.
Jeśli podróżujesz z prędkością bliską prędkości światła, doświadczasz zjawiska zwanego dylatacją czasu. Twój ruch w przestrzeni i ruch w czasie są powiązane z prędkością światła: im szybciej poruszasz się w przestrzeni, tym wolniej w czasie. Wyobraź sobie, że masz cel oddalony 40 lat świetlnych i możesz podróżować z niesamowitą prędkością: ponad 99,9% prędkości światła. Jeśli wsiadasz na statek, podróżujesz do gwiazdy niemal z prędkością światła, a następnie zatrzymujesz się, zawracasz i wracasz na Ziemię, zostanie znalezione coś dziwnego.
Film promocyjny:
Ze względu na spowolnienie czasu i skrócenie długości możesz dotrzeć do celu już w rok, a potem wrócić w kolejnym roku. Ale na Ziemi miną 82 lata. Każdy, kogo znasz, będzie bardzo stary. W ten sposób podróże w czasie są fizycznie możliwe: podróżujesz do przyszłości, a podróże w czasie będą zależeć tylko od twojego ruchu w przestrzeni.
Czy podróże w czasie są możliwe? Mając wystarczająco duży tunel czasoprzestrzenny, na przykład utworzony przez dwie supermasywne czarne dziury (dodatnie i ujemne masy i energie), moglibyśmy spróbować.
Jeśli zbudujesz tunel czasoprzestrzenny, taki jak ten, który opisaliśmy powyżej, historia się zmieni. Wyobraź sobie, że jeden koniec tunelu czasoprzestrzennego będzie nieruchomy, na przykład gdzieś w pobliżu Ziemi, podczas gdy drugi będzie się poruszał z prędkością bliską światła. Po roku szybkiego ruchu jednego z końców tunelu czasoprzestrzennego, przechodzisz przez niego. Co się potem dzieje?
Cóż, rok będzie inny dla każdego, zwłaszcza jeśli każdy porusza się w czasie i przestrzeni inaczej. Jeśli mówimy o tych samych prędkościach, co poprzednio, „ruchomy” koniec tunelu będzie starzał się o 40 lat, a „spokojny” - tylko 1 rok. Wkrocz w relatywistyczny koniec tunelu czasoprzestrzennego i dotrzyj na Ziemię zaledwie rok po utworzeniu tunelu, a sam zestarzejesz się o 40 lat.
Gdyby 40 lat temu ktoś stworzył taką parę splątanych tuneli czasoprzestrzennych i wysłał ich w podobną podróż, mogliby wejść do jednego z nich dzisiaj, w 2017 roku, i udać się do 1978 roku. Jedynym problemem jest to, że nie mogłeś być w tym miejscu w 1978 roku; trzeba było znajdować się na jednym końcu tunelu czasoprzestrzennego lub podróżować w kosmosie, aby go dogonić.
Podróże warp widziane przez NASA. Jeśli utworzysz tunel czasoprzestrzenny między dwoma punktami w przestrzeni, tak aby jeden otwór poruszał się relatywistycznie względem drugiego, obserwatorzy przechodzący przez niego będą się starzeć inaczej.
A tak przy okazji, ta forma podróży w czasie zabrania również paradoksu dziadka! Nawet jeśli tunel czasoprzestrzenny powstał przed poczęciem twoich rodziców, nie było sposobu, abyś mógł pojawić się na drugim końcu tunelu wystarczająco wcześnie, aby cofnąć się w czasie i znaleźć dziadka przed tym kluczowym momentem. W najlepszym razie możesz zabrać nowonarodzonego ojca i matkę na pokład statku, dogonić drugi koniec wormholu, pozwolić im dojrzeć, zestarzeć się, począć, a następnie samodzielnie podróżować z powrotem wormholem. Wtedy spotkasz swojego dziadka u szczytu kariery, ale technicznie rzecz biorąc, będzie to mniej więcej w czasie, gdy urodzili się twoi rodzice.
Wszechświat daje upust najbardziej niezwykłym rzeczom. Zwłaszcza jeśli ujemna masa i energia naprawdę istnieją we Wszechświecie i można je kontrolować. Ale podróż w czasie to coś zupełnie niezwykłego. Ze względu na osobliwości zarówno szczególnej, jak i ogólnej teorii względności, podróż w czasie do przeszłości może być możliwa nie tylko w fikcji.