De videnskabelige muligheder for tidsrejser

Historier om rejser til fortiden og fremtiden har længe fanget vores fantasi, men spørgsmålet om tid rejse er muligt er en torneret, der kommer helt ind i hjertet af at forstå, hvad fysikere mener, når de bruger ordet "tid."

Moderne fysik lærer os, at tid er en af ​​de mest mystiske aspekter af vores univers, selvom det i første omgang kan virke ligetil. Einstein revolutionerede vores forståelse af konceptet, men selv med denne reviderede forståelse overvejer nogle forskere stadig spørgsmålet om, hvorvidttiden eksisterer faktisk eller om det er en ren "stædigt vedvarende illusion" (som Einstein engang kaldte det). Uanset hvad tid er, har fysikere (og fiktionforfattere) imidlertid fundet nogle interessante måder at manipulere det til at overveje at krydse det på uortodokse måder.

Skønt der henvises til i H.G. Wells ' Tidsmaskinen (1895) kom den faktiske videnskab om tidsrejser først op til langt ind i det tyvende århundrede, som en bivirkning af Albert Einstein's teori om

En af de relative konsekvenser af relativitet er, at bevægelse kan resultere i en forskel i den tid, tiden går, en proces, der kaldes tidsudvidelse. Dette manifesteres mest dramatisk i klassikeren Twin Paradox. I denne metode til "tidsrejse" kan du gå hurtigere ind i fremtiden end normalt, men der er ikke rigtig nogen vej tilbage. (Der er en lille undtagelse, men mere om det senere i artiklen.)

I 1937 kom den skotske fysiker W. J. van Stockum anvendte først generel relativitet på en måde, der åbnede døren til tidsrejser. Ved at anvende ligningen med generel relativitet på en situation med en uendelig lang, ekstremt tæt roterende cylinder (slags som en endeløs barbershop-stang). Rotationen af ​​en sådan massiv genstand skaber faktisk et fænomen kendt som "rammetrækning", hvilket er, at det faktisk trækker rumtid sammen med det. Van Stockum fandt ud af, at du i denne situation kunne oprette en sti i 4-dimensionel rumtid, der begyndte og sluttede på samme punkt - noget kaldet en lukket tidlig kurve - hvilket er det fysiske resultat, der tillader tidsrejser. Du kan rejse i et rumskib og rejse en sti, der bringer dig tilbage til det nøjagtige samme øjeblik, som du startede kl.

Selvom et spændende resultat var dette en ret forfulgt situation, så var der ikke rigtig meget bekymret over, at det fandt sted. En ny fortolkning var dog ved at komme med, hvilket var meget mere kontroversielt.

I 1949 matematikeren Kurt Godel - en ven af ​​Einsteins og en kollega på Princeton University's Institute for Advanced Study - besluttede at tackle en situation, hvor hele universet er rotere. I Godels løsninger var tidsrejser faktisk tilladt af ligningerne, hvis universet roterede. Et roterende univers kunne selv fungere som en tidsmaskine.

Nu, hvis universet roterede, ville der være måder at detektere det (lysstråler ville bøje for eksempel, hvis hele universet roterede), og indtil videre er beviset overvældende stærk, at der ikke er nogen form for universel rotation. Så igen er tidsrejsen udelukket af dette særlige sæt resultater. Men faktum er, at ting i universet roterer, og det åbner igen muligheden.

I 1963 brugte New Zealand matematiker Roy Kerr feltligningerne til at analysere en roterende sort hul, kaldte et Kerr-sort hul, og fandt, at resultaterne muliggjorde en sti gennem en ormehul i det sorte hul, mangler singulariteten i midten og gør det ud i den anden ende. Dette scenarie giver også mulighed for lukkede tidlige kurver, som teoretisk fysiker Kip Thorne indså år senere.

I de tidlige 1980'ere, mens Carl Sagan arbejdede med sin roman fra 1985 Kontakt, han henvendte sig til Kip Thorne med et spørgsmål om fysik i tidsrejser, som inspirerede Thorne til at undersøge begrebet at bruge et sort hul som et middel til tidsrejser. Sammen med fysikeren Sung-Won Kim indså Thorne, at du (i teorien) kunne have en sort hul med et ormehul, der forbinder det til et andet punkt i rummet, der holdes åbent af en eller anden form for negativ energi.

Men bare fordi du har et ormehul, betyder det ikke, at du har en tidsmaskine. Lad os nu antage, at du kunne flytte den ene ende af ormhullet (den "bevægelige ende). Du placerer den bevægelige ende på et rumskib og skyder det ud i rummet på næsten lysets hastighed. Tidsdilatation starter, og den tid, der opleves af den bevægelige ende, er meget mindre end den tid, der opleves af den faste ende. Lad os antage, at du flytter den bevægelige ende 5.000 år ind i Jordens fremtid, men den bevægelige ende kun "eldes" 5 år. Så du forlader i 2010 e.Kr., siger og ankommer i 7010 e.Kr.

Hvis du rejser gennem den bevægelige ende, springer du faktisk ud af den faste ende i 2015 e.Kr. (siden 5 år er gået tilbage på Jorden). Hvad? Hvordan virker det?

Faktum er, at de to ender af ormhullet er forbundet. Ligegyldigt hvor langt fra hinanden de befinder sig i rumtiden, er de stadig dybest set "tæt på" hinanden. Da den bevægelige ende kun er fem år ældre, end da den gik væk, sender du dig tilbage til det relaterede punkt på det faste ormehul. Og hvis nogen fra 2015 e.Kr. Jorden træder gennem det faste ormehul, ville de komme ud i 7010 e.Kr. fra det bevægelige ormehul. (Hvis nogen trådte gennem ormhullet i 2012 e.Kr., ville de ende på rumskibet et eller andet sted midt i turen osv.)

Selvom dette er den mest fysisk rimelige beskrivelse af en tidsmaskine, er der stadig problemer. Ingen ved, om der findes ormehuller eller negativ energi, heller ikke hvordan man sætter dem sammen på denne måde, hvis de findes. Men det er (i teorien) muligt.