Vad är tid? Augustin den välsignade sa: "Jag vet vad klockan är tills jag tänker på det." Enligt fysikens standardmodell är tiden den fjärde dimensionen, utöver de tre rumsliga dimensionerna. Så du kan gå igenom det. I flera år har science-fictionförfattare tyckt om möjligheterna till tidsresor på olika sätt. Varje sekel behärskar vi mer och mer ny teknik, upptäcker nya aspekter av vetenskapen. Vad återstår för oss att lära oss om tidsresor innan vi börjar göra det verklighet?
Du kanske har lagt märke till att vi ständigt rör oss i tid. Vi går igenom det. På konceptets grundnivå är tiden hastigheten på universums förändring, och oavsett om vi gillar det eller inte, är vi föremål för ständiga förändringar. Vi blir gamla, planeterna rör sig runt solen, saker förstörs.
Vi mäter tidens gång i sekunder, minuter, timmar och år, men det betyder inte alls att tiden flyter med konstant hastighet. Liksom vatten i en flod går tiden på olika sätt på olika platser. Kort sagt är tiden relativ.
Men vad orsakar tillfälliga fluktuationer på väg från vagga till grav? Allt handlar om förhållandet mellan tid och rum. Människan kan uppfattas i tre dimensioner - längd, bredd och djup. Tiden kompletterar detta parti som den viktigaste fjärde dimensionen. Tid existerar inte utan utrymme, rymden finns inte utanför tiden. Och det här paret är anslutna i ett rymdkontinuum. Varje händelse som äger rum i universum måste involvera utrymme och tid.
I den här artikeln kommer vi att överväga de mest verkliga och vardagliga möjligheterna att resa genom tiden i vårt universum, såväl som mindre tillgängliga, men inte mindre möjliga vägar genom den fjärde dimensionen.
Tillfällig resa till framtiden
Om du vill leva ett par år lite snabbare än någon annan måste du ta itu med rymden. Globala positioneringssatelliter gör detta varje dag, tre miljarder sekund före den naturliga tiden. I omloppsbana flyter tiden snabbare eftersom satelliterna är långt ifrån jordens massa. Och på ytan bär planetens massa tid och bromsar den i relativt liten skala.
Kampanjvideo:
Denna effekt kallas gravitationstidsutvidgning. Enligt Einsteins teori om allmän relativitet, böjer tyngdkraften rymdtid, och astronomer använder detta resultat när de studerar ljus som passerar nära massiva föremål.
Men vad har detta att göra med timing? Kom ihåg - varje händelse som inträffar i universum involverar både rum och tid. Tyngdekraften drar inte bara ihop rymden utan också tiden.
När du befinner dig i tidflödet kommer du knappast att märka en förändring i dess gång. Men föremål som är tillräckligt massiva - som det supermassiva svarta hålet alpha Skytten, som ligger i mitten av vår galax - kommer allvarligt att vrida tidens tyg. Mängden av dess singularitetspunkt är 4 miljoner solar. Denna massa bromsar tiden i hälften. Fem år i ett svart hålets bana (utan att falla ned i det) är tio år på jorden.
Rörelsens hastighet spelar också en viktig roll i hastigheten på vår tids flöde. Ju närmare du når den maximala rörelseshastigheten - ljusets hastighet - desto långsammare tid flyter. I slutet av resan börjar klockan på ett snabbt rörande tåg bli "sent" med en miljardstund av en sekund. Om ett tåg når 99.999% lätt hastighet, kan du på ett år i en tågvagn åka tvåhundra tjugotre år in i framtiden.
Faktum är att hypotetiska framtida resor i framtiden bygger på denna idé, förlåt tautologin. Men hur är det med det förflutna? Kan du vända tillbaka tiden?
Tillfällig resa tidigare
Vi fann att resan in i framtiden händer hela tiden. Forskare har bevisat detta experimentellt, och idén är kärnan i Einsteins relativitetsteori, som fyller 100 år i år. Det är fullt möjligt att flytta in i framtiden, den enda frågan är "hur snabbt"? När det gäller att resa tillbaka i tiden är svaret att titta på natthimlen.
Milky Way Galaxy är ungefär 100 000 ljusår över, vilket betyder att ljus från avlägsna stjärnor måste resa tusentals och tusentals år innan den når jorden. Fånga detta ljus, och i huvudsak kommer du helt enkelt att titta in i det förflutna. När astronomer mäter kosmisk mikrovågsstrålning tittar de in i kosmos som för 10 miljarder år sedan. Men det är inte allt.
Det finns ingenting i Einsteins relativitetsteori som utesluter möjligheten att resa till det förflutna, men den mycket möjliga existensen av en knapp som kan återvända dig till igår bryter mot kausalitetslagen eller orsak och verkan. När något händer i universum, genererar händelsen en ny oändlig kedja av händelser. Orsaken föds alltid före effekten. Föreställ dig en värld där offret skulle dö innan kulan träffar hennes huvud. Detta är en kränkning av verkligheten, men trots detta utesluter många forskare inte möjligheten att resa till det förflutna.
Till exempel antas att rörelse snabbare än ljusets hastighet kan skicka tillbaka in i det förflutna. Om tiden saktar ner när ett objekt närmar sig ljusets hastighet, kan brytning av denna barriär vända tillbaka tiden? Naturligtvis, när man närmar sig ljusets hastighet, växer naturligtvis också objektets relativistiska massa, det vill säga, det närmar sig oändlighet. Det verkar omöjligt att påskynda en oändlig massa. I teorin kan varphastighet, det vill säga deformation av hastighet som sådan, lura universell lag, men till och med detta kommer att kräva kolossala energikostnader.
Vad händer om tidsresor till framtiden och det förflutna inte beror så mycket på vår grundläggande kunskap om rymden, utan mer av befintliga kosmiska fenomen? Låt oss titta på ett svart hål.
Svarta hål och Kerr-ringar
Omloppsbana runt det svarta hålet tillräckligt länge, och gravidationstidsutvidgning kommer att kasta dig in i framtiden. Men vad händer om du faller rätt i käftarna på detta kosmiska monster? Vi har redan skrivit om vad som kommer att hända när man kastade sig in i ett svart hål, men vi nämnde inte en sådan exotisk variation av svarta hål som Kerr-ringen. Eller Kerrs svarta hål.
1963 föreslog Nya Zeelands matematiker Roy Kerr den första realistiska teorin om ett roterande svart hål. Konceptet inkluderar neutronstjärnor - till exempel massiva kollapsande stjärnor på St Petersburg men med jordens solmassa. Vi har inkluderat neutronhål i listan över de mest mystiska föremål i universum och kallar dem magnetar. Kerr teoretiserade att om en döende stjärna kollapsade i en roterande ring av neutronstjärnor, skulle deras centrifugalkraft hindra dem från att bli en singularitet. Och eftersom det svarta hålet inte kommer att ha en singularitetspunkt, tänkte Kerr att det skulle vara möjligt att komma in, utan rädsla för att rivas isär av tyngdkraften i mitten.
Om Kerr svarta hål finns, kan vi passera genom dem och gå ut i det vita hålet. Det är som en svart hål. Istället för att suga in allt det kan, kommer det vita hålet tvärtom att slänga ut allt det kan. Kanske till och med i en annan tid eller ett annat universum.
Kerr svarta hål förblir en teori, men om de existerar, är de portaler av olika slag, som erbjuder enkelriktad resa till framtiden eller förflutna. Och medan en extremt avancerad civilisation kan utvecklas på detta sätt och resa genom tiden, vet ingen när det "vilda" Kerr svarta hålet kommer att försvinna.
Maskhål (maskhål)
Teoretiska Kerr-ringar är inte det enda sättet att möjligen "genväga" vägar till det förflutna eller framtiden. Science fiction-filmer - från Star Trek till Donnie Darko - behandlar ofta den teoretiska Einstein-Rosen-bron. För dig är dessa broar bättre kända som maskhål.
Einsteins allmänna relativitetsteori tillåter existens av maskhål, eftersom teorin för den stora fysikern bygger på rymdtidens krökning under påverkan av massa. För att förstå denna krökning, föreställ dig rymdtidens tyg som ett vitt ark och vik det i hälften. Arket på arket kommer att förbli detsamma, det deformeras inte själv, men avståndet mellan de två kontaktpunkterna kommer klart att vara mindre än när arket låg på en plan yta.
I detta förenklade exempel avbildas rymden som ett tvådimensionellt plan och inte fyra-dimensionellt, vilket det faktiskt är (kom ihåg den fjärde dimensionen - tid). Hypotetiska maskhål fungerar på liknande sätt.
Snabb framåt till rymden. Masskoncentrationen i två olika delar av universum kan skapa en slags tunnel i rymden. I teorin skulle denna tunnel ansluta två olika segment av rymdtidskontinuumet med varandra. Naturligtvis är det ganska möjligt att vissa fysiska eller kvanteegenskaper förhindrar sådana maskhål att dyka upp på egen hand. Tja, eller så föds de och försvinner omedelbart och är instabila.
Enligt Stephen Hawking kan maskhål existera i kvantskum, universumets minsta medium. Små tunnlar födas och spricker ständigt och kopplar samman olika platser och tider för korta stunder.
Maskhål kan vara för små och kortlivade för att en person ska kunna flytta, men om vi en dag kan hitta, hålla, stabilisera och förstora dem? Förutsatt Hawking, att du kommer att vara redo för feedback. Om vi artificiellt vill stabilisera rymdtidstunneln kan strålningen från våra handlingar förstöra den, precis som ljudåtergång kan skada en högtalare.
Kosmiska strängar
Vi försöker pressa oss genom svarta hål och maskhål, men finns det ett annat sätt att resa med ett teoretiskt kosmiskt fenomen? Med dessa tankar i åtanke vänder vi oss till fysikern J. Richard Gott, som redogjorde för idén om en kosmisk sträng 1991. Som namnet antyder är dessa hypotetiska föremål som kan ha bildats i de tidiga stadierna av universums utveckling.
Dessa strängar genomsyrar hela universum och är tunnare än en atom och under starkt tryck. Naturligtvis följer det av detta att de ger gravitationskraft till allt som passerar nära dem, vilket innebär att föremål som är kopplade till den kosmiska strängen kan resa i tid med otrolig hastighet. Om du drar två kosmiska strängar närmare varandra eller placerar en av dem bredvid ett svart hål, kan du skapa det som kallas en stängd tidlik kurva.
Med hjälp av tyngdkraften som produceras av två kosmiska strängar (eller en snöre och ett svart hål), kunde rymdskeppet teoretiskt skicka sig själv tillbaka i tiden. För att göra detta, måste du göra en slinga runt de kosmiska strängarna.
Förresten, kvantsträngar diskuteras hett just nu. Gott uppgav att för att resa tillbaka i tiden skulle man slinga runt en sträng som innehåller hälften av massanergin i en hel galax. Med andra ord, hälften av atomerna i galaxen måste användas som bränsle för din tidsmaskin. Som alla vet kan du inte gå tillbaka i tiden innan själva maskinen skapades.
Dessutom finns det tillfälliga paradoxer.
Tidsresor-paradoxer
Som sagt är tanken på att resa tillbaka i tiden svagt fördunklar av den andra delen av kausalitetslagen. Orsak kommer före verkan, åtminstone i vårt universum, vilket innebär att det kan förstöra även de mest genomtänkta tidsresor.
Till att börja med, föreställ dig om du reser 200 år tillbaka i tiden, du kommer att visas långt innan du föddes. Tänk på det en stund. Under en tid kommer effekten (du) att finnas före orsaken (din födelse).
För att bättre förstå vad vi har att göra med, tänk på den berömda farfarparadoxen. Du är en mördare för tidsresor, din egen farfar är ditt mål. Du smyger dig genom ett närliggande maskhål och går upp till en levande 18-årig version av din fars far. Du höjer din pistol, men vad händer när du drar i avtryckaren?
Tänk på det. Du är inte född ännu. Även din far har inte fötts ännu. Om du dödar din farfar får han inte en son. Den här sonen kommer aldrig att föda dig, och du kan inte resa tillbaka i tiden med en blodig uppgift. Och din frånvaro kommer inte att dra på avtryckaren på något sätt och därmed förneka hela händelsekedjan. Vi kallar detta en slinga av oförenliga orsaker.
Tänk alternativt på idén om en sekventiell kausal loop. Även om det får en att tänka eliminerar det teoretiska paradoxer teoretiskt. Enligt fysiker Paul Davis ser en sådan slinga ut så här: en matematikprofessor går in i framtiden och stjäl en komplex matematisk teorem. Sedan ger han den till den mest lysande studenten. Därefter växer den lovande studenten och lär sig för att en dag bli den man som professorn en gång stal ett teorem från.
Dessutom finns det en annan modell av tidsresor som innebär en snedvridning av sannolikheten när man närmar sig möjligheten till en paradoxal händelse. Vad betyder det här? Låt oss gå tillbaka till skorna på din farfar. Denna tidsresemodell kan praktiskt taget döda din farfar. Du kan dra i avtryckaren, men pistolen kommer inte att skjutas. Fågeln kvittrar i rätt ögonblick, eller så händer något annat: en kvantfluktuation tillåter inte en paradoxisk situation att äga rum.
Och slutligen det mest intressanta. Framtiden eller det förflutna som du går till kan helt enkelt existera i ett parallellt universum. Låt oss föreställa oss detta som separationenens paradox. Du kan förstöra allt du vill, men det kommer inte att påverka din hemvärld på något sätt. Du kommer att döda din farfar, men du kommer inte att försvinna - kanske kommer en annan "du" att försvinna i en parallell värld, eller scenariot kommer att följa de paradoxmönster som vi redan har övervägt. Det är dock möjligt att denna tidsresa blir en engångsresa och att du aldrig kommer att kunna återvända hem.
Är du helt förvirrad? Välkommen till tidsresor.
Ilya Khel