„Jeśli ktoś złożył wniosek o grant badawczy do pracy na podróż w czasie to zostanie natychmiast odrzucony,” pisze fizyk Stephen Hawking w jego pośmiertnej Książki Krótkie odpowiedzi na duże pytania. Miał rację. Ale miał też rację, że pytanie, czy podróż w czasie jest możliwa, jest „bardzo poważnym pytaniem”, które nadal można podchodzić naukowo.,
argumentując, że nasze obecne zrozumienie nie może tego wykluczyć, Hawking, jak się wydaje, był ostrożnym optymistą. Więc gdzie nas to prowadzi? Nie możemy dziś zbudować wehikułu czasu, ale czy możemy w przyszłości?
zacznijmy od naszych codziennych doświadczeń. Bierzemy za pewnik możliwość dzwonienia do naszych przyjaciół i rodziny, gdziekolwiek są na świecie, aby dowiedzieć się, co teraz robią. Ale to jest coś, czego nigdy nie możemy się dowiedzieć. Sygnały niosące ich głosy i obrazy podróżują niezrozumiale szybko, ale wciąż potrzeba skończonego czasu, aby te sygnały dotarły do nas.,
nasza niezdolność do dostępu do „teraz” kogoś daleko jest w centrum teorii czasu i przestrzeni Alberta Einsteina.
prędkość światła
Einstein powiedział nam, że czas i przestrzeń są częścią jednej rzeczy – czasoprzestrzeni – i że powinniśmy być tak samo chętni do myślenia o odległościach w czasie, jak jesteśmy odległościami w przestrzeni. Choć może to zabrzmieć dziwnie, z radością odpowiadamy „około dwóch i pół godziny”, gdy ktoś pyta, jak daleko Birmingham jest od Londynu. Chodzi nam o to, że podróż trwa tak długo ze średnią prędkością 50 mil na godzinę.,
matematycznie nasze stwierdzenie jest równoznaczne z stwierdzeniem, że Birmingham jest około 125 mil od Londynu. Jak piszą fizycy Brian Cox i Jeff Forshaw w swojej książce Why does E = mc2?, czas i odległość „można wymieniać za pomocą czegoś, co ma walutę prędkości”. Intelektualny skok Einsteina polegał na założeniu, że kurs wymiany z czasu na odległość w czasoprzestrzeni jest uniwersalny – i jest to prędkość światła.
prędkość światła jest najszybszym sygnałem, który może podróżować, kładąc fundamentalny limit na to, jak szybko możemy wiedzieć, co dzieje się w innym miejscu we wszechświecie., To daje nam ” przyczynowość – – prawo, że skutki muszą zawsze następować po ich przyczynach. To poważny teoretyczny cierń u boku bohaterów podróżujących w czasie. Dla mnie podróżowanie w czasie i uruchamianie zdarzeń, które uniemożliwiają moje narodziny, polega na umieszczeniu efektu (ja) przed przyczyną (moje narodziny).
teraz, jeśli prędkość światła jest uniwersalna (w próżni pustej przestrzeni), musimy ją zmierzyć, aby była taka sama – 299 792 458 metrów na sekundę – bez względu na to, jak szybko my sami się poruszamy. Einstein zdał sobie sprawę, że konsekwencją prędkości światła absolutnego jest to, że sama przestrzeń i czas nie mogą być., I okazuje się, że ruchome Zegary muszą działać wolniej niż stacjonarne.
gdybym poleciał statkiem kosmicznym z niewiarygodną prędkością i wrócił na Ziemię, minęłoby dla mnie mniej czasu niż dla wszystkich, których zostawiłem. Wszyscy, do których wróciłem, doszliby do wniosku,że moje życie przebiegało tak, jakby w zwolnionym tempie – postarzałbym się wolniej niż oni – i doszedłbym do wniosku, że ich biegło tak, jakby w szybkim tempie. Im szybciej podróżowałem, tym wolniej mój zegar tykał w stosunku do zegarów na Ziemi. I gdybym podróżował z prędkością światła, wróciłbym, jakbym był zamrożony w czasie.,
co z tego, że gdybyśmy podróżowali szybciej niż światło, to czy czas by się cofał, jak nauczyła nas science fiction?
Niestety, potrzeba nieskończonej energii, aby przyspieszyć człowieka do prędkości światła, nie mówiąc już o nim. Ale nawet gdybyśmy mogli, czas nie potoczyłby się do tyłu. Zamiast tego, nie byłoby już sensu mówić o przodu i do tyłu w ogóle. Prawo przyczynowości zostałoby naruszone, a pojęcie przyczyny i skutku straciłoby swoje znaczenie.
tunele czasoprzestrzenne
Einstein powiedział nam również, że siła grawitacji jest konsekwencją sposobu, w jaki masa wypacza przestrzeń i czas., Im więcej masy wciśniemy w obszar przestrzeni, tym bardziej czasoprzestrzeń jest wypaczona i wolniejsze pobliskie Zegary tykają. Jeśli wciśniemy wystarczającą masę, czasoprzestrzeń staje się tak wypaczona, że nawet światło nie może uciec od przyciągania grawitacyjnego i powstaje czarna dziura. A gdybyś zbliżył się do krawędzi czarnej dziury-jej horyzontu zdarzeń-twój zegar tykałby nieskończenie powoli w stosunku do tych, którzy są daleko od niego.
Czy możemy więc wypaczać czasoprzestrzeń w odpowiedni sposób, aby zamknąć ją z powrotem i cofnąć się w czasie?
odpowiedź brzmi być może, a wypaczenie, którego potrzebujemy, to tunel czasoprzestrzenny. Ale musimy również wytworzyć regiony o ujemnej gęstości energii, aby ją ustabilizować, a klasyczna fizyka XIX wieku temu zapobiega. Współczesna teoria mechaniki kwantowej może jednak nie.
według mechaniki kwantowej pusta przestrzeń nie jest pusta. Zamiast tego jest wypełniony parami cząstek, które pojawiają się i znikają., Jeśli uda nam się stworzyć region, w którym mniej par może wchodzić i wychodzić niż wszędzie indziej, wtedy ten region będzie miał ujemną gęstość energii.
jednak znalezienie spójnej teorii, która łączy mechanikę kwantową z teorią grawitacji Einsteina, pozostaje jednym z największych wyzwań w fizyce teoretycznej. Jeden kandydat, teoria strun (dokładniej M-teoria) może zaproponować inną możliwość.
M-teoria wymaga, aby czasoprzestrzeń miała 11 wymiarów: jeden z czasu i trzy z przestrzeni, w której się poruszamy i siedem kolejnych, zwiniętych niewidocznie małych., Czy moglibyśmy wykorzystać te dodatkowe wymiary przestrzenne do skrócenia czasu i przestrzeni? Hawking przynajmniej miał nadzieję.
zapisywanie historii
czy podróż w czasie jest naprawdę możliwa? Nasze obecne zrozumienie tego nie wyklucza, ale odpowiedź brzmi prawdopodobnie nie.
teorie Einsteina nie opisują struktury czasoprzestrzeni w niewiarygodnie małych skalach., I chociaż prawa natury często są całkowicie sprzeczne z naszym codziennym doświadczeniem, zawsze są one spójne-pozostawiając niewiele miejsca na paradoksy, które obfitują, gdy mieszamy się z przyczyną i skutkiem w podejściu science fiction do podróży w czasie.
pomimo żartobliwego optymizmu, Hawking uznał, że nieodkryte prawa fizyki, które pewnego dnia zastąpią majowe spiski Einsteina, zapobiegają przypadkowemu (nie przyczynowemu) przeskakiwaniu dużych obiektów, takich jak ty i ja. Spuściznę tę nazywamy „hipotezą o ochronie chronologii”.,
niezależnie od tego, czy przyszłość ma w zanadrzu wehikuły czasu, możemy pocieszyć się wiedzą, że kiedy wspinamy się na górę lub przyspieszamy w naszych samochodach, zmieniamy czas.
więc w tym „dniu podróżnika w czasie” (8 grudnia) pamiętaj, że już jesteś, tylko nie w sposób, na jaki możesz mieć nadzieję.