Aikamatkan tieteelliset mahdollisuudet

Tarinat matkustamisesta menneisyyteen ja tulevaisuuteen ovat kauan vallanneet mielikuvituksen, mutta kysymys siitä, onko aika matka on mahdollista, on hankala, joka saa sydämen ymmärtämään, mitä fyysikot tarkoittavat, kun he käyttävät sanaa "aika."

Nykyaikainen fysiikka opettaa meille, että aika on yksi maailmankaikkeuden salaperäisimmistä puolista, vaikka se voi aluksi vaikuttaa yksinkertaiselta. Einstein mullisti käsitettämme käsityksestämme, mutta jopa tämän tarkistetun käsityksen kanssa jotkut tutkijat pohtivat edelleen kysymystä siitä,aika on todella olemassa vai onko se pelkkä "itsepäisesti jatkuva illuusio" (kuten Einstein kerran kutsui). Mikä tahansa aika on, fyysikot (ja fiktiokirjailijat) ovat kuitenkin löytäneet mielenkiintoisia tapoja manipuloida sitä harkitakseen sen kulkemista epätavallisilla tavoilla.

Vaikka viitattu julkaisuun H. G. Wells ' Aikakone (1895), todellinen aikamatkailualan tiede syntyi vasta 1900-luvulle saakka, koska Albert Einsteinteoria

Yksi suhteellisuussuhteen hämmästyttävistä seurauksista on, että liike voi johtaa eroihin ajan kulumisessa, prosessi, joka tunnetaan nimellä ajan dilaatio. Tämä näkyy dramaattisesti klassikossa Twin Paradox. Tässä "aikamatkan" menetelmässä voit siirtyä tulevaisuuteen normaalia nopeammin, mutta paluuta ei oikeastaan ​​ole. (Pieni poikkeus on, mutta lisää siitä myöhemmin artikkelissa.)

Vuonna 1937 skotlantilainen fyysikko W. J. van Stockum sovelsi ensin yleistä suhteellisuusteoriaa tavalla, joka avasi oven aikamatkalle. Soveltamalla yleisen suhteellisuuden yhtälö tilanteeseen, jossa on äärettömän pitkä, erittäin tiheä pyörivä sylinteri (sellainen kuin loputon parturi-sauva). Tällaisen massiivisen esineen kierto luo itse asiassa ilmiön, joka tunnetaan nimellä "kehyksen vetäminen", eli se vetää avaruusaikaa sen mukana. Van Stockum totesi, että tässä tilanteessa voit luoda polun 4-ulotteisessa avaruusajassa, joka alkoi ja päättyi samaan kohtaan - jotain nimeltään suljettu ajoittainen käyrä - mikä on fyysinen tulos, joka sallii aikamatkan. Voit lähteä avaruusaluksella ja kulkea polkua, joka vie sinut takaisin juuri sinä hetkellä, kun aloit.

Vaikka tilanne oli kiehtova, tilanne oli melko haastava, joten sen tapahtumisesta ei ollut kovin huolta. Uusi tulkinta oli kuitenkin tulossa, mikä oli paljon kiistanalaisempaa.

Vuonna 1949 matemaatikko Kurt Godel - Einsteinin ystävä ja kollega Princetonissa Yliopiston syventävän tutkimuksen instituutti - päätti puuttua tilanteeseen, jossa koko maailmankaikkeus on pyörivä. Godelin ratkaisuissa yhtälöt todella sallivat aikamatkan, jos maailmankaikkeus pyörii. Pyörivä maailmankaikkeus voisi itsessään toimia aikakoneena.

Nyt, jos maailmankaikkeus pyörisi, olisi olemassa tapoja havaita se (valonsäteet taipuisivat esimerkiksi, jos koko maailmankaikkeus pyörii), ja toistaiseksi todisteita on ylivoimaisesti vahva, ettei mitään universaalia ole kierto. Joten aikataulut on suljettu pois tämän erityisen tuloksen perusteella. Mutta tosiasia on, että maailmankaikkeuden asiat kiertyvät, ja se avaa jälleen mahdollisuuden.

Vuonna 1963 Uuden-Seelannin matemaatikko Roy Kerr käytti kenttäyhtälöitä pyörivän arvon analysoimiseksi musta aukko, jota kutsutaan Kerr-mustana reikäksi, ja havaitsi, että tulokset sallivat polun a: n läpi madonreikä mustassa aukossa, puuttuen singulaarisuus keskeltä, ja tee se toisesta päästä. Tämä skenaario mahdollistaa myös suljetut ajoitetut käyrät, kuten teoreettinen fyysikko Kip Thorne tajusi vuosia myöhemmin.

1980-luvun alkupuolella, kun Carl Sagan työskenteli 1985-romaaninsa parissa Ottaa yhteyttä, hän lähestyi Kip Thornea kysymyksellä aikamatkailun fysiikasta, joka inspiroi Thornea tutkimaan ajatusta mustan aukon käytöstä aikamatkalla. Yhdessä fyysikon Sung-Won Kimin kanssa Thorne tajusi, että sinulla voisi olla (teoriassa) musta reikä, jossa madonreikä yhdistää sen toiseen pisteeseen tilassa, jota pitää jonkinlainen negatiivinen muoto auki energiaa.

Mutta vain se, että sinulla on madonreikä, ei tarkoita, että sinulla olisi aikakone. Oletetaan nyt, että voit liikuttaa madonreiän toista päätä ("siirrettävää päätä"). Sijoita siirrettävä pää avaruusalukseen ja ampuu sen avaruuteen melkein valonnopeus. Ajan dilaatio alkaa, ja liikkuvan pään kokema aika on paljon vähemmän kuin kiinteän pään kokema aika. Oletetaan, että siirrät siirrettävää päätä 5000 vuotta maan tulevaisuuteen, mutta liikkuva pää "ikää" vain 5 vuotta. Joten lähdet esimerkiksi vuonna 2010 jKr. Ja saavut vuonna 7010 jKr.

Jos kuitenkin matkustat liikkuvan pään läpi, hyppäät todella kiinteästä päästä vuonna 2015 jKr (koska viisi vuotta on kulunut takaisin maan päälle). Mitä? Miten tämä toimii?

Tosiasia on, että madonreiän kaksi päätä on kytketty toisiinsa. Ei väliä kuinka kaukana toisistaan ​​he ovat, avaruuden aikana, he ovat edelleen periaatteessa "lähellä" toisiaan. Koska siirrettävä pää on vain viisi vuotta vanhempi kuin silloin, kun se lähti, sen läpi meneminen vie sinut takaisin kiinteään matoreiän vastaavaan pisteeseen. Ja jos joku vuodesta 2015 AD Earth astuu kiinteän madonreiän läpi, he tulevat ulos vuonna 7010 AD liikkuvasta madonreiästä. (Jos joku astui madonreiän läpi vuonna 2012 jKr, he päätyivät avaruusalukseen jossain keskellä matkaa ja niin edelleen.)

Vaikka tämä on fyysisesti järkevin kuvaus aikakoneesta, ongelmia on edelleen. Kukaan ei tiedä, onko madonreikiä tai negatiivista energiaa, eikä siitä, kuinka koota ne tällä tavalla, jos niitä on. Mutta se on (teoriassa) mahdollista.