Potovanje po času ne jemlje resneje kot domišljija pisateljev znanstvene fantastike. V resnici gre za edinstven pojav - neposredno izpeljavo enačb, ki opisujejo fiziko našega sveta. Kaj lahko takšna potovanja uresničijo, je razvidno iz našega gradiva.
Naša kolumnistka in fizičarka Daria Zaremba verjame, da lahko prizadevanje za prenos ideje o potovanju časa v prakso prispeva k znanstvenemu napredku in nekonvencionalnim odkritjem. Navsezadnje se tako rojevajo eksotične zadeve, fotonske rakete in nove lastnosti astrofizičnih objektov. Sestavila je slovar mehanizmov, ki bi teoretično lahko pošiljali ljudi na potovanje skozi čas.
B - Warp pogon
Warp pogon je hipotetična tehnologija potovanja v prihodnost, pri kateri zaradi deformacije platna prostora-časa nastane učinek gibanja s hitrostjo, ki presega hitrost svetlobe.
Predstavljajte si, da ležite na preprogi in morate, ne da bi se premikali, biti onstran njenega sprednjega roba. Ena od možnih rešitev je, da zmečkate sprednji del preproge pod seboj in nato potegnete s potegom na hrbtu. Približno enako lahko storimo s "preprogo" vesolja in časa: to je načelo, ki ga uporablja hipotetični zvezdni brod, ki ga poganja warp pogon.
Stisne prostor pred seboj in ga razširi zadaj, ustvarja iluzijo gibanja s hitrostjo večkratno hitrostjo svetlobe. V tem primeru v vesoljski ladji ne bo nobenih silnic plimovanja, dejanski pospešek pa bo enak nič.
Posadka zlahka srka koktajle iz slame ali se celo sprosti v napihnjenem jacuzziju, medtem ko bo zvezdni vesolj noro "zaplaval" v vesoljski čas pod seboj in popotnike popeljal v črevesje Galaksije.
Promocijski video:
Eden od modelov časovnega stroja, ki temelji na tehnologiji osnove, je Alcubierri Bubble, ki je dobil ime po mehiškem izumitelju Miguelu Alcubierriju.
Celotna fizika potovanja v prihodnost na takšni "enoti" temelji na postulatih posebne teorije relativnosti, ki pravijo, da bo posadka po tem, ko se bo mehurček ustavil, našla zunanji svet, star več let, saj se je zanje čas znotraj mehurčka upočasnil.
V tem primeru ne bo kršitev načela absolutnosti hitrosti svetlobe, ker v tem primeru gibanje hitreje od svetlobe ne pomeni, da se sam mehurček giblje s tako hitrostjo, ampak da mehurček doseže svoj cilj hitreje kot žarek svetlobe, ki se giblje zunaj mehurčka.
Toda za ustvarjanje takega učinka deformacije vesolja in časa je potrebna posebna zadeva, ki ima nekonvencionalne fizične lastnosti - "eksotična snov", ki bo ustvarila lupino (mehurček) okoli vesoljske ladje in zagotovila zelo "grabljenje" prostora. Medtem ko napredka pri proizvodnji take snovi ni opaziti, so razlogi o primernosti osnove v praksi precej omejeni.
Teoretični mehanizem warp pogona.
D - Gravitacija
Gravitacija - v širšem smislu - manifestacija ukrivljenosti prostora-časa, v ožjem smislu - sila, ki privlači predmete.
Znani uslužbenec patentnega urada - Albert Einstein je pomagal odpreti vrata v svet "upravljanja s časom". Da bi to storil, je moral vzpostaviti samo dve stvari: prvo - da sta prostor in čas neločljivo povezana, drugič - da so masivna telesa s svojo maso sposobna deformirati to vesoljsko-časovno platno in ustvariti gravitacijo.
Z drugimi besedami, Einstein je dokazal, da Zemlja (tako kot druga podobna masivna telesa), "upogiba" vesoljski trampolin s svojo maso (ustvarja krožne orbite okoli sebe), hkrati upogiba čas, namreč upočasni svoj potek, ko se približuje na površje (in globlje).
Revolucionarnost te ideje je bila, da prvič v klasični mehaniki prvič ni bilo več dojeto kot absolutna vrednost. Ugotovljeno je bilo, da ročna ura rudarja in plezalca tika drugače (čeprav je neopazen v takem merilu), brat dvojček, ki živi ob reki, je mlajši (spet ne bistveno) brat, ki živi v hiši na gori, središče Zemlje pa je mlajše njegova površina.
Tako je bilo mogoče najti način, kako upočasniti "svoj čas" in s tem potovati v prihodnost, na primer približati se telesu, katerega masa je večkrat večja od mase Zemlje, in se nato vrniti na matični planet ter razmisliti o svetu prihodnosti.
D - Črna luknja
Črna luknja je predmet v vesolju, ki se je pod vplivom lastnih gravitacijskih sil zrušil do te mere, da celo elektromagnetno sevanje ne more uiti iz svojega gravitacijskega polja.
Najboljši predmet za potovanje v prihodnost, če izberete gravitacijski mehanizem za vplivanje na čas, je vsekakor črna luknja.
Če se želite pomakniti po takšni poti, se boste morali odpraviti v vesolje neposredno do nje. Spustite se tja po super močnem kablu, vendar le zato, da ne bi prestopili obzorja dogodkov - mejo v črni luknji, čemur bi sledilo "špagetiranje" - raztezanje in trganje vseh predmetov, ki so tja prišli pod vplivom singularne gravitacije.
Dokler visite v tem položaju, se čas upočasni za vas. Hkrati je povsem neopazno zase, saj se vse v vašem referenčnem okviru upočasni: metabolizem, biološka ura, srčni utrip, gibanje elektronov v atomih ipd.
Če pa bi na neki čudežni način lahko iz svoje črne luknje vohunili zemljo, potem se vam zdi, da se premikajo z desetkratno pospešeno hitrostjo! In oni, gledajoč na vas, bi mislili, da gledajo video s počasnim učinkom.
Tako vaš en dan v bližini črne luknje ustreza skoraj trem letom življenja na Zemlji (odvisno je tudi od tega, kako blizu ste obzorju - čas se tam sploh ustavi). In ko se boste, tako malo obesili, vrnili na svoj domači planet, boste opazili, da je svet v vaši odsotnosti dovolj star. Voila - v prihodnosti ste!
Mehanizem potovanja v prihodnost s pomočjo časovne širitve blizu obzorja črne luknje. Stožci na sliki so "svetlobni stožci" - hipsurvacija prostora-časa, ki omejuje področja prihodnosti in preteklosti glede na določen dogodek. Nagib stožca kaže na spremembo časa astronavta. Več podrobnosti o strukturi svetlobnega stožca na spodnji sliki:
Svetlobni stožec.
Poleg tega, da se uporabljajo kot "gravitacijski moderator", so vrtljive črne luknje lahko koristne za potovanje v preteklost. Dejstvo je, da lahko zaradi svojega gravitacijskega polja ustvarijo tako imenovane "zaprte časovne krivulje", ki se premikajo po katerih se potnik lahko pomakne nazaj v čas.
Toda "uporabnost" črnih lukenj kot časovnih strojev se tudi tu ne konča. Po besedah angleškega fizika in matematika Rogerja Penrosea lahko nekatere črne luknje - in sicer tiste z nabojem ali vrtenjem - služijo kot "vrata" v vesolje prihodnosti.
Po Penrosovem diagramu so prostorske koordinate zunaj obzorja dogodkov zamenjene s časovnimi.
Nenavadno pri črnih luknjah z nabojem ali s trenutkom vrtenja je, da bi morali imeti dva takšna obzorja dogodkov. V skladu s tem bo tudi dvakrat prišlo do zamenjave prostorskih in časovnih koordinat.
Izkaže se, da bo astronavt, skočil v takšno luknjo, najprej premagal eno obzorje dogodkov - točko vrnitve, nato pa drugo, ki mu bo sledilo vesolje prihodnosti. Toda takšnih drznij verjetno ni mogoče najti, zato hipoteza ostaja pretresljiva.
З - Zaprta časovna krivulja
Zaprta časovna krivulja je svetovna črta (krivulja v prostoru-času, ki opisuje gibanje telesa) v strukturi prostora-časa, ki predmet vrne dogodku (točki v prostoru-času), ki ga je že prešel.
ZVK - ena od matematičnih rešitev enačbe splošne relativnosti. Prav ta fizični pojav se najpogosteje razlaga kot glavni mehanizem potovanja v preteklost.
Po gravitacijskih enačbah lahko nastane zaprta časovna krivulja, kjer se giblje masiven predmet ali močno gravitacijsko polje in dobesedno "vleče" prostor-čas za seboj. Zato lahko na primer samo vrtljive črne luknje ustvarijo ZVK - statično gravitacijsko polje jih ne more oblikovati.
Z gibanjem po CEC se predmet vrne v enake prostorske koordinate, iz katerih je odšel, vendar s časom prihoda pred izhodom. Se pravi, da dejansko naredi potovanje v preteklost.
L - laser
Laser (od ojačanja svetlobe s stimulirano emisijo sevanja) je naprava, ki oddaja močan monokromatičen ozek elektromagnetni žarek širjenja na dolge razdalje.
Zaradi svojih značilnosti ima laserski žarek povečano energijsko gostoto, ki lahko celo preseže energijsko gostoto jedrske eksplozije (z največjim zmanjšanjem širine žarka).
Avtor enega najbolj preprostih in najbolj izpopolnjenih časovnih strojev pri izvajanju je teoretični fizik z univerze v Connecticutu Ronald Mallett.
Zamisel o ustvarjanju take naprave je pri profesorju prišla v zgodnjem otroštvu, ko je njegov oče nepričakovano umrl zaradi srčnega napada v starosti 33 let. Profesor je že večkrat priznal, da vse, kar je dosegel na področju znanosti, temelji na njegovi neskončni ljubezni do očeta in želji, da bi ga spet videli.
Ronald je dolga leta delal svoj model časovnega stroja, ga skrival pred kolegi in se "skrival" za proučevanjem črnih lukenj. In pri približno 70 letih mu je uspelo doseči želeni rezultat.
Malletov model temelji na energiji laserskega žarka. In njegovo ustvarjanje je olajšala najbolj znana Einsteinova enačba - E = mc2.
Iz te legendarne formule izhaja, da je masa enakovredna energiji, kar pomeni, da je treba pod vplivom visokih energij izkriviti tudi prostorno-časovno platno.
Zdaj pa govorimo o energiji elektromagnetnega sevanja (v ožjem smislu - svetloba). Kot veste, se prenaša s pomočjo fotonov - "delov" elektromagnetnega sevanja. Slednje imajo energijo, ki jo je mogoče izračunati po posebni formuli: E = hv, kjer je h koeficient sorazmernosti (Planckova konstanta), nu pa frekvenca fotona.
Tako se izkaže, da lahko žarek svetlobe ustvari tudi gravitacijsko polje, saj ima energijo. Prav ta misel je postavila temelje znanstvenim delom Ronalda Malleta.
Znanstvenik je vzel močan laserski žarek in s pomočjo sistema ogledal naredil kroženje v krogu in ustvaril tako imenovani laserski obroč. Ideja je, da se prostorno-časovno platno znotraj tega obroča popači in se zvije kot vrtinec.
Približno enako opazimo, ko čaj mešamo z žlico. Zaradi takšnih "manipulacij" se čas znotraj prostora v obroču zapre v zanko, kar omogoča premikanje predmetov, ki so se dobili v notranjosti.
Geometrija časovnega stroja Ronald Mallett.
Takšna enota bo po besedah profesorja lahko kodirano sporočilo pošiljala v preteklost in delce prenesla pravočasno. Res je, da bo takšno sporočilo lahko potovalo le do nastanka tega časovnega stroja: služilo bo tako kot oddajnik kot sprejemnik.
Tako bo mogoče na primer opozoriti ljudi iz preteklosti na bližajoče se katastrofe. Kar zadeva gibanje makro objektov na ta način, se bodo znanstveniki, kot pravijo, znojili.
A takšen časovni stroj tudi ni brez svojih "pasti". Na primer, Allen Everett in Ken Olum sta teorijo kritizirala zaradi nepravilno izbrane prostorsko-časovne geometrije za oblikovanje pričakovane zaprte časovne krivulje (CTC).
Znanstvenike je sramovala tudi količina potrebne energije: po njihovih izračunih, da bi sprožil SEC v vesolju in času, mora premer laserskega obroča presegati velikost vidnega Vesolja. In čeprav je Ronald poskušal zmanjšati količino potrebne energije z upočasnjevanjem svetlobe svojega laserja, so počasni žarki v študiji postali neuporabni.
O - negativna energija
Negativna energija je ena od vrst "eksotične snovi" (natančneje - "energije"), pridobljena s učinkom Casimir, ki se lahko uporablja za potovanje v preteklost, pa tudi za vzdrževanje črvičja.
V poenostavljeni obliki lahko "recept" za pridobivanje takšne energije opišemo na naslednji način:
Vzemite dve nepolnjeni kovinski platini in jih položite v vakuum. Plošče združimo čim več, vendar tako, da se ne dotikajo.
Opazujemo privlačnost plošč med seboj. To je posledica dejstva, da ima vakuum dejansko energijo - čeprav ne vsebuje delcev, ki so nam znani, v njej nenehno nastajajo in se uničujejo pari navideznih delcev in anti delcev (medsebojno uničujejo).
Takšni procesi ustvarjajo pritisk. A ker smo med ploščami pustili majhen razmik, je koncentracija delcev protidrugih delcev tam precej manjša kot v prostoru naokoli. Zato začne močnejši pritisk od zunaj plošče zbližati.
Med vlečenjem plošče zmanjšajo energijo vakuuma med normalno ničelno točko in tako ustvarijo prostor negativne energije.
Casimirjev učinek.
Pojav pojava negativne energije kot rezultat takega poskusa se imenuje učinek Casimir - v čast nizozemskega fizika Hendrika Casimirja. Takšna energija lahko potencialno povzroči prostorsko-časovno ukrivljenost, potrebno za potovanje v preteklost.
Količina negativne energije, ustvarjene na ta način, je zanemarljiva v primerjavi s količino potrebne za ustrezen učinek deformacije. A kot ugotavljajo znanstveniki, je razvoj mehanizma že dober napredek.
R - Relativistični učinki
Relativistični učinki so fizični pojavi, ki jih opazimo, ko se predmet premika s skoraj svetlobno hitrostjo. So predmet preučevanja v relativistični mehaniki, ki temelji na Posebni teoriji relativnosti.
Med vsemi relativističnimi učinki, kot so povečanje mase, zmanjšanje dolžine predmeta, je najbolj zanimiv in praktičen z vidika uporabe v časovnem potovanju učinek časovne širitve.
Po posebni teoriji relativnosti se čas telesa, ki se giblje s hitrostjo, ki je primerljiva s svetlobno hitrostjo, upočasni glede na telesa v mirovanju.
Ta teorija je našla eksperimentalno potrditev leta 1971, ko sta dva obupana fizika Hafele in Keating dvakrat letela po svetu s štirimi atomskimi urami na krovu. Po pristanku so odkrili, da je potovalna ura resnično zaostajala za ostalimi urami na mornariškem observatoriju ZDA.
Kot priložnost za potovanje po času lahko izgleda tako. Recimo, da ste našli način, kako pospešiti svojo vesoljsko ladjo na 99,5 odstotka hitrosti svetlobe. V tem primeru lahko v eni minuti pridete do ene od najbližjih zvezd. Na Zemlji bodo minila štiri leta.
Tako boste na poti naprej in nazaj porabili dve minuti svojega subjektivnega časa - zaradi učinka časovne dilatacije na ladji, in ko se boste vrnili na Zemljo, ga boste našli osem let starejšega.
Mimogrede, blagoslovite velikega Einsteina vsakič, ko v spletnih zemljevidih iščete bližnjo trgovino z burgerji: če GPS sateliti ne bi upoštevali teh hitrostnih upočasnjevanj časa (in se premikajo z orbitalno hitrostjo 14.000 km / h), bi se oznaka lokacije, ki jo potrebujete, prikazala s kilometrsko napako …
Vendar pospeševanje do hitrosti, ki je blizu hitrosti svetlobe, ni lahka naloga. Einstein je ugotovil, da je hitrost svetlobe največja možna hitrost gibanja in jo lahko doseže le nekaj brez mase. Večja kot je masa predmeta, manjša je verjetnost doseganja skoraj svetlobne hitrosti.
Eden od razlogov za to je kolosalni porast mase pri doseganju skoraj svetlobnih hitrosti. Zato se lahko na primer fotoni, delci svetlobe, ki nimajo mase počitka, premikajo s tako hitrostjo.
Čeprav danes obstajajo ideje za ustvarjanje tako imenovanih fotonskih raket (kot je raketa norveškega profesorja Haug), pospeševanje do takšnih hitrosti za posadko zaradi prevelikih preobremenitev ni združljivo z življenjem. Zaenkrat torej o takšnem načinu potovanja v prihodnost govorimo le v teoriji.
H - pelin
Črviška luknja ali luknjača je teoretični prehod v strukturi vesoljskega časa, ki povezuje dva oddaljena dogodka (točke v vesolju) v vesolju.
Wormholes so kot prehodne črne luknje. Imajo tudi obzorje dogodkov, vendar vas šele po prehodu skozi to ne raztrga pod vplivom močne gravitacije, ampak le "izpljune" z nasprotne strani, že na drugi točki v vesolju-času (glavna stvar je, da črne luknje ne zamenjate z molom, sicer ne namesto da potujete v drugo čas se boste premaknili "na naslednji svet").
Takšni vhodi in izstopi se imenujejo ustja, povezani pa so skozi predor skozi grlo, ki poteka skozi vesolje. Odroda lahko poveže pretekle in prihodnje dogodke.
Obstaja domneva, da je celotno naše Vesolje obsijano s črvičjami. Šele zdaj obstajajo v obliki "kvantne pene" na neverjetno mikroskopskih nivojih: tolikokrat so manjši od atomskega jedra, kolikor je jedro manjše od planeta Zemlje (govorimo o tako imenovani peni vesolja-časa Johna Wheelerja).
In obstaja hipoteza, da bi se lahko v procesu širjenja vesolja te mikroskopske črvičke povečale do opazne velikosti.
Znanstveniki tudi domnevajo, da so črne luknje lahko "vhodna usta" za nekatere črvičke. Po besedah znanega astrofizičnega teoretika in kozmologa Igorja Novikova jedra nekaterih galaksij morda niso supermasivne črne luknje, ampak vhod v črvičico.
Zato je treba, kot ugotavlja profesor, pri iskanju črvičk najprej pogledati središče galaksije. Po mnenju znanstvenika je povsem mogoče, da lahko nekatere črvičke povežejo dogodke (točke v vesolju in času) dveh različnih vesoljev.
Težava črvotočne luknje pa je, da se zruši, preden lahko karkoli preide skozinjo. In da bi bil črviček prehoden in bolj ali manj stabilen, je potrebno polje z negativno energijsko gostoto, ki bo usta odprlo.
Antigravitacija, ustvarjena s takšno snovjo, bo delovala proti sili gravitacije ("stiskanju") črvične luknje in tako jo bo mogoče prisiliti, da ostane dlje v prehodnem stanju in hkrati poveča svojo velikost.
Priljubljeni ameriški fizik in astronom Kip Thorne je predlagal mehanizem za vzdrževanje črvičke, tako da je na nasprotnih straneh postavil vzporedno prevodne plošče.
To bo, glede na učinek Casimirja, ustvarilo negativno energijo na obeh straneh, kar bo preprečilo, da bi se burja propadla. Hkrati se bo pod vplivom negativne energije črvičja luknja razširila, kar je zelo koristno, če ste navajeni potovati v času na impresivno vesoljsko ladjo (nadaljevanje Thornove hipoteze, astrofizik z univerze v Cambridgeu Luke Butcher je predlagal učinkovitejši način za ustvarjanje negativne energije znotraj črvičke z ustvarjanjem njegova zelo luknjača, brez uporabe plošč).
Količine te negativne energije za vzdrževanje črvičke morajo biti ogromne. Hkrati izračuni kažejo, da ima to število svojo mejo, kar pisce znanstvene fantastike nekoliko pomiri.
Kip Thorn modelira videz ustja pelina, odvisno od njegove dolžine in leče.
E - eksotična snov
Eksotična snov je tista, ki se tako ali drugače razlikuje od klasične in ima "eksotične" lastnosti. Velja za snov, ki ima negativno maso ali se je sposobna premikati s superluminalno hitrostjo ali sestavljena iz delcev, ki se razlikujejo od običajnih barionov (to so protoni in nevtroni) - kot temna snov.
V teoriji potovanja po času eksotičnost igra eno ključnih vlog pri uresničevanju potovanja v preteklost. Teoretiki trdijo, da če se ustvari ali odkrije eksotična snov, ki lahko deformira vesolje in čas na nekonvencionalen način, se lahko v časovni strukturi vesoljsko-časovnega kontinuuma tvori časovna zanka, primerna za premikanje nazaj v čas.
O tem priča na primer avtor enega najbolj natančnih matematičnih modelov časovnega stroja - premične akauzijske retrogradne domene v vesolju (TARDIS) - kanadski matematik in fizik Ben Tippett:
Učinek ukrivljenosti vesolja in časa, ki ga najbolj poznamo, je gravitacija: nas potegne proti središču Zemlje in planetov proti Soncu.
Toda v Einsteinovi teoriji lahko ukrivljenost prostora in časa ustvari veliko bolj raznolikih učinkov: vrteča se masivna telesa vlečejo bližnje predmete v smeri njihovega vrtenja; Vesolje se hitro širi; ogromni predmeti lahko povzročijo gravitacijske valove, ki jih je nedavno meril observatorij Ligo, ugotavlja znanstvenik.
Po njegovem mnenju Einsteinova teorija omogoča povezovanje različnih vrst ukrivljenosti prostora in časa z drugačno naravo vpletene snovi. "Naša vesoljsko-geometrijska geometrija je bila zasnovana tako, da omogoča potovanje po času. Einsteinova enačba nam pove vrsto snovi, ki bo na svoj način tako upognila vesolje s svojo težo: predvsem eksotičnost."
Torej naj bi bil po Tippetovem modelu časovni stroj nekaj takega kot "škatla" (fizično oprijemljiva struktura), obdana z eksotičnimi snovmi.
Poleg tega naj bi negativna gostota energije tej zadevi prinesla "eksotičnost": z drugimi besedami, ustvarila bi nekaj podobnega kot antigravitacijsko polje in prostor-čas upognila na nenavaden način - tako da se časovna črta zapre v obroč in tvori zaprto časovno krivo.
TARDIS gibanje Bena Tippetta v vesolju in času - vzdolž zaprte časovne krivulje.
"Dovolj je, da ga porazdelimo na zunanjo stran" stroja ", in vesolje se bo upognilo po želji," razlaga Ben.
Ben je vse izračune, ki dokazujejo možnost ustvarjanja takšnega časovnega stroja, predstavil v svojem članku, objavljenem 31. marca 2017 v reviji Classical and Quantum Gravity.
Za ohranjanje prepustnosti črvičja je potrebna tudi eksotična snov, ki ima protigravitacijske lastnosti. Danes najprimernejša vrsta eksotičnih snovi velja za negativno energijo, ki nastane zaradi učinka Casimir.
Potovanje s časom se vam ne zdi tako fantastično? V naslednjem članku Daria Zaremba preberite, kaj preprečuje človeštvu, da bi sanjal o teh premikih - o zavračanju miselnih eksperimentov, paradoksih potovanja v preteklost in njihovih rešitvah.
Daria Zaremba