Vědecké možnosti cestování v čase

Příběhy týkající se cestování do minulosti a budoucnosti už dlouho zachytily naši představivost, ale otázku, zda čas cestování je možné, je to trnité, které se dostane přímo do srdce pochopení toho, co fyzici myslí, když používají slovo "čas."

Moderní fyzika nás učí, že čas je jedním z nejzáhadnějších aspektů našeho vesmíru, i když se to na první pohled může zdát jednoduché. Einstein revolucionizoval naše chápání konceptu, ale i s tímto revidovaným porozuměním někteří vědci stále přemýšlejí o otázce, zdačas skutečně existuje nebo zda se jedná o pouhou „tvrdohlavou přetrvávající iluzi“ (jak to Einstein kdysi nazýval). Ať už je však jakýkoli čas, fyzici (a spisovatelé beletrie) našli několik zajímavých způsobů, jak s nimi manipulovat, aby zvážili jejich překročení netradičními způsoby.

Ačkoli odkazoval se na v H.G. Wells ' Stroj času (1895), skutečná věda o cestování času nevznikla až do dvacátého století, jako vedlejší účinek Albert Einsteinteorie teorie obecná relativita

Jedním z úžasných důsledků relativity je to, že pohyb může mít za následek rozdíl ve způsobu, jakým čas plyne, proces známý jako časová dilatace. To se nejvíce dramaticky projevuje v klasice Twin Paradox. V této metodě „cestování časem“ se můžete do budoucnosti pohybovat rychleji, než je obvyklé, ale ve skutečnosti neexistuje cesta zpět. (Existuje malá výjimka, ale více k tomu později v článku.)

V roce 1937 skotský fyzik W. J. van Stockum nejprve aplikoval obecnou relativitu způsobem, který otevřel dveře pro cestování časem. Aplikováním rovnice obecné relativity na situaci s nekonečně dlouhým, extrémně hustým rotujícím válcem (něco jako nekonečný holičský pól). Rotace takového masivního objektu ve skutečnosti vytváří jev známý jako „přetahování snímků“, což znamená, že s ním ve skutečnosti táhne časoprostor. Van Stockum zjistil, že v této situaci byste mohli vytvořit cestu ve 4-dimenzionálním časoprostoru, který začal a končil ve stejném bodě - něco, co se nazývá uzavřená časová křivka - což je fyzický výsledek, který umožňuje cestování v čase. Můžete se vydat na vesmírnou loď a cestovat po cestě, která vás přivede zpět do stejného okamžiku, ve kterém jste vyrazili.

Ačkoli to byl zajímavý výsledek, jednalo se o docela vymyšlenou situaci, takže se toho opravdu nedělo velké obavy. Chystala se však nová interpretace, která byla mnohem kontroverznější.

V roce 1949 matematik Kurt Godel - přítel Einsteina a kolega v Princetonu Univerzitní institut pro pokročilé studium - rozhodl se řešit situaci, kdy je celý vesmír rotující. V Godelově řešení bylo cestování časem ve skutečnosti umožněno rovnicemi, pokud se vesmír otáčel. Rotující vesmír by mohl sám fungovat jako stroj času.

Teď, kdyby se vesmír otáčel, existovaly by způsoby, jak to detekovat (světelné paprsky by se ohýbaly, například, kdyby celý vesmír rotoval), a zatím jsou důkazy naprosto silné, že neexistuje žádný univerzální otáčení. Z tohoto konkrétního souboru výsledků je tedy opět vyloučeno cestování v čase. Faktem však je, že věci ve vesmíru se točí a to opět otevírá možnost.

V roce 1963 použil matematik Nového Zélandu Roy Kerr rovnice pole k analýze rotace Černá díra, nazvali Kerrovu černou díru a zjistili, že výsledky umožňují cestu skrz červí díra v černé díře, postrádající singularitu ve středu a rozeznat ji na druhý konec. Tento scénář umožňuje také uzavřené časové křivky, jak si teoretický fyzik Kip Thorne uvědomil o roky později.

Na počátku osmdesátých let, zatímco Carl Sagan pracoval na svém románu z roku 1985 Kontakt, on se přiblížil Kip Thorne s otázkou o fyzice cestování času, který inspiroval Thorne zkoumat koncept použití černé díry jako prostředek cestování času. Thorne si spolu s fyzikem Sung-Won Kim uvědomil, že teoreticky můžete mít černou díra s červí dírou, která ji spojuje s jiným bodem v prostoru otevřeným nějakou formou negativu energie.

Ale to, že máte červí díru, neznamená, že máte stroj času. Předpokládejme, že byste mohli přesunout jeden konec červí díry („pohyblivý konec“). Umístíte pohyblivý konec na kosmickou loď a vystřelíte ji do vesmíru téměř na rychlost světla. Dilatace času se rozběhne a doba, kterou zažívá pohyblivý konec, je mnohem kratší než doba, kterou zažívá pevný konec. Předpokládejme, že přesunete pohyblivý konec 5 000 let do budoucnosti Země, ale pohyblivý konec pouze „stárne“ 5 let. Takže odejdete v roce 2010 nl, řekněme, a dorazíte v roce 7010 nl.

Pokud však cestujete pohyblivým koncem, v roce 2015 nl skutečně vyskočíte z pevného konce (protože na Zemi uplynulo 5 let). Co? Jak to funguje?

Faktem je, že oba konce červí díry jsou spojeny. Bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe, v časoprostoru jsou stále v podstatě „blízko“ navzájem. Vzhledem k tomu, že pohyblivý konec je pouze o pět let starší než v okamžiku, kdy odešel, pošlete jej zpět do souvisejícího bodu na pevné červí díře. A pokud někdo z roku 2015 nl Země prochází pevnou červí dírou, vyšli v roce 7010 nl z pohyblivé červí díry. (Pokud někdo prošel červí dírou v roce 2012 nl, skončili by na vesmírné lodi někde uprostřed cesty atd.)

I když se jedná o fyzicky nejrozumnější popis časového stroje, stále existují problémy. Nikdo neví, jestli existují červí díry nebo negativní energie, ani jak je tímto způsobem spojit, pokud existují. Ale je to (teoreticky) možné.