Historier om reise inn i fortiden og fremtiden har lenge fanget fantasien vår, men spørsmålet om tid reise er mulig er en tornete som får rett i hjertet av å forstå hva fysikere mener når de bruker ordet "tid."
Moderne fysikk lærer oss at tid er en av de mest mystiske aspektene av universet vårt, selv om det i begynnelsen kan virke greit. Einstein revolusjonerte vår forståelse av konseptet, men selv med denne reviderte forståelsen, grubler noen forskere fortsatt på spørsmålet om hvorvidttiden eksisterer faktisk eller om det er en ren "gjenstridig vedvarende illusjon" (som Einstein en gang kalte det). Uansett hva tid er, har imidlertid fysikere (og skjønnlitterære forfattere) funnet noen interessante måter å manipulere det til å vurdere å krysse det på uortodokse måter.
Tid og relativitet
Skjønt det refereres til i H.G. Wells ' Tidsmaskinen (1895) kom den faktiske vitenskapen om tidsreiser ikke til før langt ut i det tjuende århundre, som en bivirkning av Albert Einsteinteorien om generell relativitet
(utviklet i 1915). Relativitet beskriver universets fysiske stoff i form av en 4-dimensjonal romtid, som inkluderer tre romlige dimensjoner (opp / ned, venstre / høyre og foran / bak) sammen med en tidsdimensjon. Under denne teorien, som har blitt bevist ved flere eksperimenter i løpet av det siste århundre, er tyngdekraften et resultat av bøyningen av denne romtiden som svar på tilstedeværelsen av materie. Med andre ord, gitt en viss konfigurasjon av materie, kan det faktiske romtidsstoffet i universet endres på vesentlige måter.En av de relative konsekvensene av relativitet er at bevegelse kan resultere i en forskjell i måten tiden går, en prosess kjent som tidsutvidelse. Dette kommer mest dramatisk til uttrykk i klassikeren Twin Paradox. I denne metoden for "tidsreise" kan du bevege deg fremover raskere enn normalt, men det er egentlig ingen vei tilbake. (Det er et lite unntak, men mer om det senere i artikkelen.)
Tidlig tidsreise
I 1937 kom den skotske fysikeren W. J. van Stockum brukte først generell relativitet på en måte som åpnet døren for tidsreiser. Ved å bruke ligningen av generell relativitet på en situasjon med en uendelig lang, ekstremt tett roterende sylinder (slags som en endeløs barbershopstang). Rotasjonen av en så massiv gjenstand skaper faktisk et fenomen kjent som "ramme-dra", som er at den faktisk drar i mellomrom sammen med den. Van Stockum fant ut at du i denne situasjonen kunne lage en bane i 4-dimensjonal romtid som begynte og endte på samme punkt - noe som kalles en lukket tidlig kurve - som er det fysiske resultatet som tillater tidsreise. Du kan sette av i et romskip og reise en sti som bringer deg tilbake til nøyaktig samme øyeblikk som du startet på.
Selv om et spennende resultat, var dette en ganske forfulgt situasjon, så det var egentlig ikke så mye bekymring for at det skulle finne sted. En ny tolkning var imidlertid i ferd med å komme, noe som var mye mer kontroversielt.
I 1949 kom matematikeren Kurt Godel - en venn av Einsteins og en kollega på Princeton University’s Institute for Advanced Study - bestemte seg for å takle en situasjon der hele universet er roterer. I Godels løsninger var tidsreiser faktisk tillatt av ligningene hvis universet roterte. Et roterende univers kunne selv fungere som en tidsmaskin.
Nå, hvis universet roterte, ville det være måter å oppdage det (lysstråler ville bøye, for eksempel hvis hele universet roterte), og så langt er bevisene overveldende sterke på at det ikke finnes noen form for universell rotasjon. Så igjen er tidsreiser utelukket av dette bestemte settet med resultater. Men faktum er at ting i universet roterer, og det åpner igjen muligheten.
Tidsreiser og svarte hull
I 1963 brukte New Zealand matematiker Roy Kerr feltligningene for å analysere en roterende svart hull, ringte et Kerr-svart hull, og fant ut at resultatene tillot en vei gjennom en ormehull i det sorte hullet, mangler singulariteten i sentrum, og gjør det ut den andre enden. Dette scenariet åpner også for lukkede tidlige kurver, slik teoretisk fysiker Kip Thorne innså år senere.
På begynnelsen av 1980-tallet, mens Carl Sagan arbeidet med romanen fra 1985 Ta kontakt med, han henvendte seg til Kip Thorne med et spørsmål om fysikken i tidsreiser, noe som inspirerte Thorne til å undersøke konseptet om å bruke et svart hull som et middel til tidsreise. Sammen med fysikeren Sung-Won Kim, skjønte Thorne at du (i teorien) kunne ha en svart hull med et ormehull som forbinder det til et annet punkt i rommet som holdes åpent av en eller annen form for negativ energi.
Men bare fordi du har et ormehull, betyr ikke det at du har en tidsmaskin. La oss anta at du kunne bevege den ene enden av ormhullet (den "bevegelige enden). Du plasserer den bevegelige enden på et romskip, skyter det ut i verdensrommet på nesten lysets hastighet. Tidsdilatasjonen starter og tiden som den bevegelige enden opplever er mye mindre enn den tiden den faste enden opplever. La oss anta at du flytter den bevegelige enden 5000 år inn i jordas fremtid, men den bevegelige enden bare "eldes" 5 år. Så du forlater i 2010 e.Kr., si, og ankommer i 7010 e.Kr.
Imidlertid, hvis du reiser gjennom den bevegelige enden, vil du faktisk komme ut av den faste slutten i 2015 e.Kr. (siden 5 år har gått tilbake på jorden). Hva? Hvordan virker dette?
Faktum er at de to endene av ormhullet er koblet sammen. Uansett hvor langt fra hverandre de er, i romtid, er de fremdeles i utgangspunktet "nær" hverandre. Siden den bevegelige enden bare er fem år eldre enn da den gikk, vil du gå gjennom den tilbake til det relaterte punktet på det faste ormehullet. Og hvis noen fra 2015 e.Kr. Jorden går gjennom det faste ormehullet, ville de komme ut i 7010 e.Kr. fra det bevegelige ormehullet. (Hvis noen gikk gjennom ormhullet i 2012 e.Kr., ville de havnet på romskipet et sted midt i turen og så videre.)
Selv om dette er den fysisk rimeligste beskrivelsen av en tidsmaskin, er det fortsatt problemer. Ingen vet om ormhull eller negativ energi eksisterer, og heller ikke hvordan de kan settes sammen på denne måten hvis de eksisterer. Men det er (i teorien) mulig.