Kas yra laikas? Augustinas Palaimintasis pasakė: „Aš žinau, koks yra laikas, kol apie tai negalvoju“. Pagal standartinį fizikos modelį, be trijų erdvinių matmenų, laikas yra ir ketvirtoji dimensija. Taigi jūs galite praeiti pro ją. Ilgus metus mokslinės fantastikos rašytojai įvairiais būdais mėgavosi kelionėmis laike. Kiekvieną šimtmetį mes įsisaviname vis daugiau naujų technologijų, atrandame naujų mokslo aspektų. Kas mums liko sužinoti apie keliones laiku, prieš pradedant jas įgyvendinti?
Turbūt pastebėjote, kad mes nuolat judame laiku. Mes judame per ją. Pagrindiniame sąvokos lygyje laikas yra visatos kitimo greitis ir, nepaisant to, ar mums tai patinka, ar ne, mes esame nuolat keičiami. Mes senstame, planetos juda aplink Saulę, daiktai sunaikinami.
- „Salik.biz“
Laiko praėjimą mes matuojame sekundėmis, minutėmis, valandomis ir metais, tačiau tai visiškai nereiškia, kad laikas teka pastoviu greičiu. Kaip ir upės vanduo, laikas skirtingose vietose praeina skirtingai. Trumpai tariant, laikas yra santykinis.
Bet kas sukelia laikinus svyravimus pakeliui nuo lopšio iki kapo? Viskas priklauso nuo laiko ir erdvės santykio. Žmogus suvokia tris dimensijas - ilgį, plotį ir gylį. Laikas papildo šią partiją kaip svarbiausią ketvirtąjį matmenį. Laikas neegzistuoja be erdvės, erdvė neegzistuoja už laiko ribų. Ir ši pora yra sujungta erdvės-laiko kontinuume. Bet koks įvykis, vykstantis Visatoje, turi apimti erdvę ir laiką.
Šiame straipsnyje apžvelgsime realiausias ir kasdienes kelionių per laiką mūsų Visatoje galimybes, taip pat į mažiau prieinamas, bet ne mažiau įmanomas keliones per ketvirtąją dimensiją.
Laikinos kelionės į ateitį
Jei norite gyventi pora metų šiek tiek greičiau nei kažkas kitas, turite susitvarkyti su erdvės laiku. Visuotiniai vietos nustatymo palydovai tai daro kiekvieną dieną, trimis milijardinėmis sekundės dalimis lenkdami natūralų laiko tėkmę. Orbitoje laikas teka greičiau, nes palydovai yra toli nuo Žemės masės. O paviršiaus paviršiuje planetos masė neša laiką ir sulėtina jį santykinai mažu mastu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šis poveikis vadinamas gravitaciniu laiko išsiplėtimu. Remiantis Einsteino bendrosios reliatyvumo teorija, gravitacija lenkia erdvės laiką, o astronomai naudojasi šia išvada tirdami šviesą, sklindančią šalia masyvių objektų.
Bet ką tai turi bendro su laiko nustatymu? Atminkite - bet koks įvykis, kuris įvyksta visatoje, apima ir erdvę, ir laiką. Gravitacija ne tik suartina erdvę, bet ir laiką.
Būdami laiko tėkmėje, vargu ar pastebėsite jo eigą. Tačiau pakankamai masyvūs objektai, pavyzdžiui, supermamos juodosios skylės alfa Šaulys, esantis mūsų galaktikos centre, rimtai deformuos laiko audinį. Jo išskirtinumo taško masė yra 4 milijonai saulės. Ši masė sulėtina laiką per pusę. Penkeri metai juodosios skylės orbitoje (nepatekdami į ją) yra dešimt metų Žemėje.
Judėjimo greitis taip pat vaidina svarbų vaidmenį mūsų laiko tėkmės greityje. Kuo arčiau maksimalus judėjimo greitis - šviesos greitis, tuo lėtesnis laikas teka. Kelionės pabaigoje greitai važiuojančio traukinio laikrodis pradės „vėluoti“sekundės milijardą. Jei traukinys pasiekia 99,999% lengvojo greičio, per vienerius metus traukinyje galite nukeliauti į dvidešimt šimtus dvidešimt trejus metus.
Tiesą sakant, hipotetinės būsimos kelionės ateityje yra paremtos šia idėja, atleisk tautologijai. Bet kaip su praeitimi? Ar galite atsukti laiką atgal?
Laikinos kelionės praeityje
Mes nustatėme, kad kelionė į ateitį vyksta visą laiką. Mokslininkai tai įrodė eksperimentiškai, o idėja yra Einsteino reliatyvumo teorijos, kuriai šiais metais sukanka 100, esmė. Visiškai įmanoma pereiti į ateitį, tik klausimas yra „kaip greitai“? Jei reikia keliauti laiku, atsakymas yra pažvelgti į naktinį dangų.
Paukščių Tako galaktika yra apie 100 000 šviesmečių pločio, o tai reiškia, kad šviesa iš tolimų žvaigždžių turi keliauti tūkstančius ir tūkstančius metų, kol ji pasieks Žemę. Sugaukite šią šviesą ir iš esmės tiesiog pažvelgsite į praeitį. Kai astronomai matuoja kosminę mikrobangų spinduliuotę, jie žvelgia į kosmosą taip, kaip buvo prieš 10 milijardų metų. Bet tai dar ne viskas.
Einsteino reliatyvumo teorijoje nėra nieko, kas užkerta kelią keliauti į praeitį, tačiau labai galimas mygtuko, kuris galėtų jus sugrąžinti į vakarykštį egzistavimą, pažeidžia priežastingumo dėsnį arba priežastį, ir pasekmę. Kai Visatoje kažkas nutinka, įvykis sukuria naują begalinę įvykių grandinę. Priežastis visada gimsta prieš efektą. Įsivaizduokite pasaulį, kuriame auka numirtų anksčiau, nei kulka pataikys į galvą. Tai yra tikrovės pažeidimas, tačiau nepaisant to, daugelis mokslininkų neatmeta galimybės keliauti į praeitį.
Pavyzdžiui, manoma, kad judėjimas greičiau nei šviesos greitis gali sugrįžti į praeitį. Jei laikas sulėtėja, kai objektas artėja prie šviesos greičio, ar gali pažeisti šią kliūtį laikas atgal? Žinoma, artėjant prie šviesos greičio auga ir reliatyvistinė objekto masė, tai yra, ji artėja prie begalybės. Pagreitinti begalinę masę atrodo neįmanoma. Teoriškai metmenų greitis, tai yra greičio deformacija, kaip tokia, gali suklaidinti visuotinį įstatymą, tačiau net ir tam reikės didelių energijos sąnaudų.
O kas, jei laiko kelionė į ateitį ir praeitį priklauso ne tiek nuo mūsų pagrindinių žinių apie kosmosą, kiek nuo esamų kosminių reiškinių? Pažvelkime į juodąją skylę.
Juodosios skylės ir Kerro žiedai
Orbita aplink juodąją skylę yra pakankamai ilga, o gravitacinis laiko išsiplėtimas įmes jus į ateitį. O kas, jei patenkate tiesiai į šio kosminio monstro žandikaulius? Mes jau rašėme apie tai, kas nutiks pasineriant į juodąją skylę, tačiau mes nepaminėjome tokios egzotiškos juodųjų skylių įvairovės kaip Kerro žiedas. Arba Kerio juodoji skylė.
1963 m. Naujosios Zelandijos matematikas Roy Kerras pasiūlė pirmą realią besisukančios juodosios skylės teoriją. Į šią sąvoką įeina neutroninės žvaigždės - masyvios griūvančios žvaigždės, kurių dydis, pavyzdžiui, yra Sankt Peterburgas, bet kartu su Žemės Saulės mase. Į paslaptingiausių Visatos objektų sąrašą įtraukėme neutronų skyles, vadindami juos magnetais. Kerras teoretikavo, kad jei mirštanti žvaigždė sugriūtų į besisukantį neutroninių žvaigždžių žiedą, jų išcentrinė jėga neleistų joms tapti išskirtinumu. Ir kadangi juodoji skylė neturės išskirtinumo taško, Kerras suprato, kad bus galima patekti į vidų, nebijant, kad centre ją suplėšys sunkio jėga.
Jei egzistuotų „Kerr“juodosios skylės, mes galėtume pro jas praeiti ir išeiti į baltąją skylę. Tai tarsi juodos skylės išmetimo vamzdis. Baltoji skylė, užuot čiulpusi viską, ką gali, atvirkščiai, išmes viską, ką gali. Gal net kitu laiku ar kitoje visatoje.
„Kerr“juodosios skylės išlieka teorija, tačiau jei jos egzistuoja, tai yra tarsi portalai, siūlantys keliones į vieną pusę į ateitį ar praeitį. Ir nors nepaprastai pažangioji civilizacija galėtų vystytis tokiu būdu ir keliauti per laiką, niekas nežino, kada išnyks „laukinės“Kerės juodoji skylė.
Sliekai (kirminai)
Teoriniai Kero žiedai nėra vienintelis būdas „trumpinti“kelius į praeitį ar ateitį. Mokslinės fantastikos filmuose - nuo „Star Trek“iki Donnie Darko - dažnai kalbama apie teorinį Einšteino-Roseno tiltą. Jums šie tiltai yra geriau žinomi kaip sliekinės skylės.
Einšteino bendroji reliatyvumo teorija leidžia egzistuoti kirmgraužoms, nes didžiojo fiziko teorija remiasi erdvės-laiko kreivumu, veikiama masės. Norėdami suprasti šį kreivumą, įsivaizduokite erdvės laiko audinį kaip baltą lapą ir sulenkite jį per pusę. Lakšto plotas išliks tas pats, jis pats nedeformuosis, tačiau atstumas tarp dviejų sąlyčio taškų bus aiškiai mažesnis nei tada, kai lakštas gulėjo ant lygaus paviršiaus.
Šiame supaprastintame pavyzdyje erdvė vaizduojama kaip dvimatė plokštuma, o ne keturių dimensijų, kokia ji yra iš tikrųjų (atsiminkite ketvirtąją dimensiją - laiką). Hipotetinės kirmgraužos veikia panašiai.
Greitai į priekį į kosmosą. Masės koncentracija dviejose skirtingose visatos dalyse erdvės laike galėtų sukurti savotišką tunelį. Teoriškai šis tunelis sujungtų du skirtingus erdvės-laiko kontinuumo segmentus. Žinoma, visiškai įmanoma, kad kai kurios fizinės ar kvantinės savybės neleidžia tokioms kirmėlėms atsirasti savaime. Na, arba jie gimsta ir iškart žūsta, būdami nestabilūs.
Pasak Stepheno Hawkingo, kirmgraužos gali egzistuoti kvantinėse putplasčiuose, mažiausiose visatos terpėse. Nuolat gimsta ir sprogo maži tuneliai, jungiantys atskiras vietas ir laiką trumpoms akimirkoms.
Kirmėlinės skylės gali būti per mažos ir trumpalaikės, kad žmogus galėtų judėti, tačiau kas būtų, jei vieną dieną jas rastume, laikytume, stabilizuotume ir padidintume? Jei Hawkingas pažymi, kad būsite pasiruošę atsiliepimams. Jei norime dirbtinai stabilizuoti erdvės ir laiko tunelį, mūsų veiksmų radiacija gali jį sunaikinti, lygiai taip pat, kaip garso reversija gali sugadinti garsiakalbį.
Kosminės stygos
Mes bandome išspausti pro juodąsias skyles ir sliekų skyles, tačiau ar yra dar vienas būdas keliauti laike naudojant teorinį kosminį reiškinį? Turėdami omenyje šias mintis, kreipiamės į fiziką J. Richardą Gottą, kuris 1991 metais išdėstė kosminės stygos idėją. Kaip rodo pavadinimas, tai yra hipotetiniai objektai, kurie galėjo susiformuoti ankstyvajame Visatos vystymosi etape.
Šios stygos prasiskverbia per visą visatą, būdamos plonesnės už atomą ir veikiamos stipriai. Natūralu, kad iš to išplaukia, kad jie suteikia gravitacinę jėgą viskam, kas eina šalia jų, o tai reiškia, kad objektai, pritvirtinti prie kosminės stygos, gali laiku keliauti neįtikėtinu greičiu. Jei traukiate dvi kosmines stygas arčiau viena kitos arba dedate vieną iš jų šalia juodosios skylės, galite sukurti tai, kas vadinama uždara savalaikė kreivė.
Naudodamas dviejų kosminių stygų (arba stygų ir juodosios skylės) sukuriamą gravitaciją, erdvėlaivis teoriškai galėtų atsitraukti laiku. Norėdami tai padaryti, jums reikės padaryti kilpą aplink kosmines stygas.
Beje, kvantinės stygos šiuo metu yra karštai diskutuojamos. Gotas pareiškė, kad norint keliauti atgal, žmogus gali apsisukti aplink stygas, turinčias pusę visos galaktikos masės energijos. Kitaip tariant, pusė galaktikos atomų turės būti naudojami kaip jūsų laiko mašinos degalai. Na, kaip visi žino, jūs negalite grįžti atgal, kol nebuvo sukurtas pats aparatas.
Be to, yra laikinų paradoksų.
Laiko kelionių paradoksai
Kaip minėjome, kelionių atgal laiką idėją šiek tiek nustelbia priežastingumo įstatymo antroji dalis. Priežastis atsiranda anksčiau nei bent jau mūsų Visatoje, o tai reiškia, kad tai gali sugadinti net labiausiai apgalvotus laiko kelionės planus.
Pirmiausia įsivaizduokite, jei keliausite 200 metų atgal, pasirodysite daug anksčiau nei gimėte. Galvok apie tai akimirką. Kurį laiką poveikis (jūs) egzistuos prieš priežastį (jūsų gimimą).
Norėdami geriau suprasti, su kuo mes susiduriame, atsižvelkite į garsiojo senelio paradoksą. Jūs esate laiko kelionių žudikas, jūsų senelis yra jūsų taikinys. Jūs šniukštinėjate per netoliese esantį kirminą ir einate link gyvo 18-mečio tėvo versijos. Jūs pakeliate pistoletą, bet kas nutinka, kai jūs traukiate gaiduką?
Pagalvok apie tai. Dar negimėte. Net tavo tėvas dar negimęs. Jei nužudysite savo senelį, jis neturės sūnaus. Šis sūnus niekada jūsų negimdys ir jūs negalėsite laiku keliauti atlikdami kruviną užduotį. Ir jūsų nebuvimas niekaip neištrauks gaiduko, taip paneigdamas visą įvykių grandinę. Mes tai vadiname nesuderinamų priežasčių kilpa.
Arba apsvarstykite nuoseklios priežasties kilpos idėją. Nors tai verčia susimąstyti, jis teoriškai pašalina laikinus paradoksus. Anot fiziko Paulo Daviso, tokia kilpa atrodo taip: matematikos profesorius eina į ateitį ir vagia sudėtingą matematikos teoremą. Tada jis atiduoda pačiam ryškiausiam studentui. Po to perspektyvus studentas auga ir mokosi tam, kad vieną dieną taptų žmogumi, iš kurio profesorius kažkada pavogė teoremą.
Be to, yra dar vienas laiko kelionių modelis, susijęs su tikimybės iškraipymu, kai artėjama prie paradoksalaus įvykio galimybės. Ką tai reiškia? Grįžkime prie tavo senelio žudiko batų. Šis laiko kelionės modelis gali praktiškai nužudyti jūsų senelį. Galite ištraukti gaiduką, tačiau pistoletas neiššaudys. Paukštis čirškia reikiamu momentu arba įvyks kažkas kita: kvantinis svyravimas neleis susidaryti paradoksaliajai situacijai.
Ir galiausiai įdomiausias dalykas. Ateitis ar praeitis, į kurią einate, gali tiesiog egzistuoti paralelinėje visatoje. Įsivaizduokime tai kaip atsiskyrimo paradoksą. Galite sunaikinti bet ką, ko norite, tačiau tai jokiu būdu neturės įtakos jūsų namų pasauliui. Jūs nužudysite savo senelį, bet neišnyksite - galbūt paraleliniame pasaulyje išnyks dar vienas „jūs“arba scenarijus vyks pagal mūsų jau svarstomus paradokso modelius. Vis dėlto gali būti, kad šio laiko kelionės bus vienkartinės ir niekada negalėsite grįžti namo.
Ar esate visiškai supainioti? Sveiki atvykę į laiko kelionių pasaulį.
Ilja Khel