”om man gjorde en ansökan om forskningsbidrag för att arbeta på tidsresor skulle det avfärdas omedelbart”, skriver fysikern Stephen Hawking i sin posthumous bok korta svar på de stora frågorna. Han hade rätt. Men han hade också rätt att fråga om tidsresor är möjligt är en” mycket allvarlig fråga ” som fortfarande kan behandlas vetenskapligt.,
argumentera för att vår nuvarande förståelse inte kan utesluta det, Hawking, det verkar, var försiktigt optimistisk. Så var lämnar detta oss? Vi kan inte bygga en tidsmaskin idag, men kan vi i framtiden?
låt oss börja med vår dagliga upplevelse. Vi tar för givet möjligheten att ringa våra vänner och familj var de än är i världen för att ta reda på vad de håller på med just nu. Men det här kan vi aldrig veta. Signalerna som bär sina röster och bilder färdas obegripligt snabbt, men det tar fortfarande en begränsad tid för dessa signaler att nå oss.,
vår oförmåga att komma åt ”nu” av någon långt borta ligger i hjärtat av Albert Einsteins teorier om utrymme och tid.
ljushastighet
Einstein berättade för oss att utrymme och tid är delar av en sak – spacetime – och att vi borde vara lika villiga att tänka på avstånd i tid som vi är Avstånd i rymden. Så konstigt som det låter, svarar vi gärna ”ungefär två och en halv timme”, när någon frågar hur långt Birmingham är från London. Vad vi menar är att resan tar så lång tid med en genomsnittlig hastighet på 50 miles per timme.,
matematiskt motsvarar vårt uttalande att Birmingham är cirka 125 miles från London. Som fysikerna Brian Cox och Jeff Forshaw skriver i sin bok Varför E=mc2?, tid och avstånd ”kan bytas ut med något som har valutan i en hastighet”. Einsteins intellektuella språng var att anta att växelkursen från en tid till ett avstånd i rymdtid är universell – och det är ljusets hastighet.
ljusets hastighet är det snabbaste någon signal kan resa, vilket ger en grundläggande gräns för hur snart vi kan veta vad som händer någon annanstans i universum., Detta ger oss ”orsakssamband” – den lag som effekter måste alltid komma efter deras orsaker. Det är en allvarlig teoretisk tagg i sidan av tidsresande huvudpersoner. För mig att resa tillbaka i tiden och sätta i rörelse händelser som förhindrar min födelse är att sätta effekten (mig) före orsaken (min födelse).
Nu, om ljusets hastighet är universell (i tomrummet) måste vi mäta det för att vara detsamma-299,792,458 meter per sekund – men snabbt rör vi oss själva. Einstein insåg att konsekvensen av ljusets hastighet är absolut att rymden och tiden inte kan vara., Och det visar sig att rörliga klockor måste kryssa långsammare än stationära.
om jag skulle flyga med otrolig hastighet i ett rymdskepp och återvända till jorden, skulle mindre tid passera för mig än det skulle för alla jag lämnade kvar. Alla jag återvände till skulle dra slutsatsen att mitt liv hade gått som i slow motion-jag skulle ha åldrats långsammare än dem – och jag skulle dra slutsatsen att deras hade kört som om i snabb framåt. Ju snabbare Jag reste, desto långsammare min klocka skulle kryssa i förhållande till klockor på jorden. Och om jag gjorde resan med ljusets hastighet, skulle jag återvända som om jag hade blivit frusen i tid.,
Så vad händer om vi skulle resa snabbare än ljuset, skulle tiden springa bakåt som science fiction har lärt oss?
tyvärr tar det oändlig energi för att accelerera en människa till ljusets hastighet, än mindre bortom den. Men även om vi kunde, skulle tiden inte bara springa bakåt. I stället skulle det inte längre vara meningsfullt att prata om framåt och bakåt alls. Lagen om orsakssamband skulle brytas och begreppet orsak och verkan skulle förlora sin mening.
maskhål
Einstein berättade också för oss att tyngdkraften är en följd av hur massvarpar utrymme och tid., Ju mer massa vi klämmer in i en region av rymden, desto mer rymdtid är skev och de långsammare närliggande klockorna kryssar. Om vi pressar in tillräckligt med massa blir rymdtiden så skev att även ljus inte kan undkomma sin gravitationskraft och ett svart hål bildas. Och om du skulle närma sig kanten av det svarta hålet – dess händelsehorisont – skulle din klocka kryssa oändligt långsamt i förhållande till dem långt ifrån den.
så kan vi varpa rymdtid på precis rätt sätt för att stänga den tillbaka på sig själv och resa tillbaka i tiden?
svaret är kanske, och varpningen vi behöver är ett tvärgående maskhål. Men vi måste också producera regioner med negativ energitäthet för att stabilisera den, och 1800-talets klassiska fysik förhindrar detta. Den moderna teorin om kvantmekanik kanske inte.
enligt kvantmekanik är tomt utrymme inte tomt. Istället är den fylld med par partiklar som dyker in och ut ur existens., Om vi kan göra en region där färre par får dyka in och ut än överallt annars, kommer denna region att ha negativ energitäthet.
men att hitta en konsekvent teori som kombinerar kvantmekanik med Einsteins gravitationsteori är fortfarande en av de största utmaningarna i teoretisk fysik. En kandidat, strängteori (mer exakt M-teori) kan erbjuda en annan möjlighet.
M-teorin kräver rymdtid för att ha 11 dimensioner: den ena tiden och tre av rymden som vi flyttar in och sju mer, krökt upp osynligt liten., Kan vi använda dessa extra rumsliga dimensioner för att genväg utrymme och tid? Hawking var i alla fall hoppfull.
spara historia
så är tidsresor verkligen en möjlighet? Vår nuvarande förståelse kan inte utesluta det, men svaret är förmodligen nej.
Einsteins teorier misslyckas med att beskriva rymdtidens struktur vid otroligt små skalor., Och medan naturens lagar ofta kan vara helt i strid med vår dagliga erfarenhet, är de alltid självkonsekventa-lämnar lite utrymme för de paradoxer som finns i överflöd när vi bråkar med orsak och effekt i science fiction ta på tidsresor.
trots sin lekfulla optimism erkände Hawking att de oupptäckta fysikens lagar som en dag kommer att ersätta Einsteins kan konspirera för att förhindra stora föremål som du och jag från att hoppa tillfälligt (inte kausalt) fram och tillbaka genom tiden. Vi kallar detta arv hans ”kronologi skydd gissning”.,
om framtiden har tidsmaskiner i butik, kan vi trösta oss med vetskapen om att när vi klättrar ett berg eller hastighet längs i våra bilar, vi ändrar hur tid fästingar.
så, detta ”låtsas vara en tidsresenärdag” (8 December), kom ihåg att du redan är, bara inte på det sätt du kanske hoppas.