Vai ir iespējama ceļošana laikā?

ANDRZEJS VOJČICKI / ZINĀTNES FOTO BIBLIOTĒKA / Getty Images

Stāsti par ceļošanu pagātnē un nākotnē jau sen ir aizrāvuši mūsu iztēli, taču jautājums par to, vai ceļošana laikā ir iespējama, ir ļoti sarežģīts, lai saprastu, ko fiziķi domā, lietojot vārdu “laiks”.

Mūsdienu fizika mums māca, ka laiks ir viens no noslēpumainākajiem mūsu Visuma aspektiem, lai gan sākumā tas var šķist vienkārši. Einšteins mainīja mūsu izpratni par jēdzienu, taču pat ar šo pārskatīto izpratni daži zinātnieki joprojām apdomā jautājumu par to, vai laiks patiesībā pastāv vai tā ir tikai 'spītīgi noturīga ilūzija' (kā to kādreiz sauca Einšteins). Lai arī kāds būtu laiks, fiziķi (un daiļliteratūras rakstnieki) ir atraduši dažus interesantus veidus, kā ar to manipulēt, lai apsvērtu iespēju to šķērsot neparastā veidā.

Laiks un relativitāte

Lai gan atsauce uz H.G. Wells' Laika mašīna (1895), faktiskā zinātne par ceļošanu laikā radās tikai divdesmitajā gadsimtā, kā blakusefekts Alberts Einšteins 's teorija par vispārējā relativitāte (izstrādāts 1915. gadā). Relativitāte apraksta Visuma fizisko struktūru četrdimensiju telpas laika izteiksmē, kas ietver trīs telpiskās dimensijas (augšup/uz leju, pa kreisi/pa labi un priekšā/aizmugurē) kopā ar vienu laika dimensiju. Saskaņā ar šo teoriju, kas ir pierādīta ar daudziem eksperimentiem pagājušā gadsimta laikā, gravitācija ir šīs telpas laika izliekuma rezultāts, reaģējot uz matērijas klātbūtni. Citiem vārdiem sakot, ņemot vērā noteiktu matērijas konfigurāciju, Visuma faktiskais telpas un laika audums var tikt būtiski mainīts.

Viena no apbrīnojamajām relativitātes teorijas sekām ir tāda, ka kustība var izraisīt atšķirību laika ritējumā, kas pazīstams kā laika dilatācija . Visdramatiskāk tas izpaužas klasikā Dvīņu paradokss . Izmantojot šo “ceļošanas laikā” metodi, jūs varat virzīties uz nākotni ātrāk nekā parasti, taču atpakaļceļa patiesībā nav. (Ir neliels izņēmums, bet vairāk par to vēlāk rakstā.)

Agrīna laika ceļojumi

1937. gadā skotu fiziķis V. Dž. van Stockums pirmo reizi pielietoja vispārējo relativitāti tādā veidā, kas pavēra durvis ceļošanai laikā. Piemērojot vispārējās relativitātes vienādojumu situācijai ar bezgala garu, ārkārtīgi blīvu rotējošu cilindru (tādu kā bezgalīgu frizētavas stabu). Šāda masīva objekta rotācija faktiski rada fenomenu, kas pazīstams kā 'kadra vilkšana', proti, tas faktiski velk telpas laiku sev līdzi. Van Stockums atklāja, ka šajā situācijā jūs varat izveidot ceļu četrdimensiju laiktelpā, kas sākās un beidzas vienā un tajā pašā punktā - kaut ko sauc par slēgta laika līkne - kas ir fiziskais rezultāts, kas ļauj ceļot laikā. Jūs varat doties ceļā ar kosmosa kuģi un ceļot pa ceļu, kas atgriežas tajā pašā brīdī, kad sākāt.

Lai gan rezultāts bija intriģējošs, tā bija diezgan izdomāta situācija, tāpēc nebija lielas bažas par to. Tomēr drīzumā parādījās jauna interpretācija, kas bija daudz pretrunīgāka.

1949. gadā matemātiķis Kurts Godels – Einšteina draugs un kolēģis Prinstonas Universitātes Padziļināto pētījumu institūtā – nolēma risināt situāciju, kad viss Visums griežas. Godela risinājumos ceļojumi laikā faktiski bija atļauti ar vienādojumiem, ja Visums rotē. Rotējošais Visums pats varētu darboties kā laika mašīna.

Tagad, ja Visums rotētu, būtu veidi, kā to atklāt (gaismas stari saliektos, piemēram, ja viss Visums grieztos), un līdz šim ir pārliecinoši pierādījumi, ka universālas rotācijas nav. Tātad šis konkrētais rezultātu kopums atkal izslēdz ceļošanu laikā. Bet fakts ir tāds, ka lietas Visumā rotē, un tas atkal paver iespēju.

Ceļojumi laikā un melnie caurumi

1963. gadā Jaunzēlandes matemātiķis Rojs Kers izmantoja lauka vienādojumus, lai analizētu rotējošu melnais caurums , ko sauc par Kerra melno caurumu, un atklāja, ka rezultāti ļāva iziet cauri a tārpu caurums melnajā caurumā, pietrūkst singularitātes centrā, un izveidojiet to otrā galā. Šis scenārijs pieļauj arī slēgtas laika līknes, kā teorētiskais fiziķis Kips Torns saprata gadus vēlāk.

80. gadu sākumā, kamēr Kārlis Sagans strādāja pie sava 1985. gada romāna Sazināties , viņš vērsās pie Kipa Torna ar jautājumu par ceļošanas laikā fiziku, kas iedvesmoja Tornu izpētīt jēdzienu par melnā cauruma izmantošanu kā laika ceļošanas līdzekli. Kopā ar fiziķi Sung-Vonu Kimu Torns saprata, ka (teorētiski) jums varētu būt melnais caurums ar tārpa caurumu, kas to savieno ar citu kosmosa punktu, ko tur atvērta kāda veida negatīva enerģija.

Bet tas, ka jums ir tārpa caurums, nenozīmē, ka jums ir laika mašīna. Tagad pieņemsim, ka jūs varētu pārvietot vienu tārpa cauruma galu ('kustīgais gals'). Jūs novietojat kustīgo galu kosmosa kuģī, izšaujot to kosmosā gandrīz no gaismas ātrums . Iestājas laika paplašināšanās, un laiks, ko piedzīvo kustīgais gals, ir daudz mazāks par laiku, ko piedzīvo fiksētais gals. Pieņemsim, ka jūs pārvietojat kustamo galu 5000 gadus uz Zemes nākotni, bet kustīgais gals tikai “noveco” 5 gadus. Tātad jūs aizbraucat, teiksim, 2010. gadā un ierodaties mūsu ēras 7010. gadā.

Tomēr, ja jūs ceļojat pa kustīgo galu, jūs faktiski izkļūsit no fiksētā gala mūsu ēras 2015. gadā (kopš uz Zemes ir pagājuši 5 gadi). Kas? Kā tas darbojas?

Fakts ir tāds, ka abi tārpa cauruma gali ir savienoti. Neatkarīgi no tā, cik tālu viņi atrodas, telpas laikā tie joprojām ir “tuvu” viens otram. Tā kā kustīgais gals ir tikai piecus gadus vecāks nekā tad, kad tas aizgāja, tad, izejot cauri, jūs tiksit atpakaļ uz saistīto fiksētā tārpa cauruma punktu. Un, ja kāds no mūsu ēras 2015. gada Zemes izietu cauri fiksētajai tārpa caurumam, tas iznāktu 7010. gadā pēc mūsu ēras no pārvietojamās tārpa cauruma. (Ja kāds izietu cauri tārpa caurumam mūsu ēras 2012. gadā, viņš nonāktu kosmosa kuģī kaut kur ceļojuma vidū un tā tālāk.)

Lai gan šis ir fiziski saprātīgākais laika mašīnas apraksts, joprojām pastāv problēmas. Neviens nezina, vai tārpu caurumi vai negatīvā enerģija pastāv, kā arī to, kā tos šādā veidā apvienot, ja tie pastāv. Bet tas ir (teorētiski) iespējams.