Je cestovanie v čase možné?

ANDRZEJ WOJCICKI / KNIŽNICA VEDECKÝCH FOTOGRAFIÍ / Getty Images

Príbehy o cestovaní do minulosti a budúcnosti už dlho zaujali našu predstavivosť, ale otázka, či je cestovanie v čase možné, je chúlostivá, ktorá sa dostáva priamo k jadru pochopenia toho, čo fyzici znamenajú, keď použijú slovo „čas“.

Moderná fyzika nás učí, že čas je jedným z najzáhadnejších aspektov nášho vesmíru, hoci sa to na prvý pohľad môže zdať jednoduché. Einstein spôsobil revolúciu v našom chápaní tohto konceptu, ale aj s týmto revidovaným chápaním niektorí vedci stále uvažujú nad otázkou, či čas skutočne existuje alebo či ide len o „tvrdohlavo pretrvávajúcu ilúziu“ (ako to kedysi nazval Einstein). Nech je čas akýkoľvek, fyzici (a spisovatelia beletrie) našli niekoľko zaujímavých spôsobov, ako s ním manipulovať, aby zvážili jeho prechod neortodoxnými spôsobmi.

Čas a relativita

Hoci sa na to odkazuje v H.G. Wells Stroj času (1895), skutočná veda o cestovaní v čase vznikla až hlboko v dvadsiatom storočí, ako vedľajší účinok Albert Einstein teória všeobecná relativita (vyvinutý v roku 1915). Relativita popisuje fyzickú štruktúru vesmíru v podmienkach 4-rozmerného časopriestoru, ktorý zahŕňa tri priestorové dimenzie (hore/dole, vľavo/vpravo a pred/vzadu) spolu s jednou časovou dimenziou. Podľa tejto teórie, ktorá bola dokázaná mnohými experimentmi v minulom storočí, je gravitácia výsledkom ohýbania tohto časopriestoru v reakcii na prítomnosť hmoty. Inými slovami, pri určitej konfigurácii hmoty môže byť skutočná časopriestorová štruktúra vesmíru zmenená významným spôsobom.

Jedným z úžasných dôsledkov relativity je, že pohyb môže mať za následok rozdiel v spôsobe, akým plynie čas, proces známy ako dilatácia času . Najdramatickejšie sa to prejavuje v klasike Paradox dvojčiat . V tejto metóde „cestovania v čase“ sa môžete presunúť do budúcnosti rýchlejšie ako normálne, ale v skutočnosti neexistuje žiadna cesta späť. (Existuje malá výnimka, ale o tom neskôr v článku.)

Cestovanie v ranom čase

V roku 1937 škótsky fyzik W. J. van Stockum prvýkrát aplikoval všeobecnú teóriu relativity spôsobom, ktorý otvoril dvere cestovaniu v čase. Aplikovaním rovnice všeobecnej relativity na situáciu s nekonečne dlhým, extrémne hustým rotujúcim valcom (niečo ako nekonečný holičský stĺp). Rotácia takého masívneho objektu v skutočnosti vytvára jav známy ako „ťahanie snímky“, čo znamená, že v skutočnosti so sebou ťahá aj časopriestor. Van Stockum zistil, že v tejto situácii môžete vytvoriť cestu v 4-rozmernom časopriestore, ktorá začína a končí v rovnakom bode – niečo nazývané uzavretá časová krivka - čo je fyzikálny výsledok, ktorý umožňuje cestovanie v čase. Môžete sa vydať na vesmírnu loď a prejsť cestou, ktorá vás privedie späť presne do toho istého okamihu, v ktorom ste začali.

Hoci to bol zaujímavý výsledok, bola to dosť vykonštruovaná situácia, takže v skutočnosti nebolo veľa obáv z toho, že sa to stane. Chystala sa však nová interpretácia, ktorá bola oveľa kontroverznejšia.

V roku 1949 sa matematik Kurt Godel – Einsteinov priateľ a kolega z Inštitútu pre pokročilé štúdium Princetonskej univerzity – rozhodol riešiť situáciu, keď sa celý vesmír otáča. V Godelových riešeniach v skutočnosti rovnice umožňovali cestovanie v čase, ak sa vesmír otáčal. Rotujúci vesmír by sám o sebe mohol fungovať ako stroj času.

Ak by sa vesmír otáčal, existovali by spôsoby, ako to odhaliť (napríklad, ak by sa celý vesmír otáčal, svetelné lúče by sa ohýbali) a zatiaľ sú dôkazy o tom, že neexistuje žiadna univerzálna rotácia. Takže opäť, cestovanie v čase je vylúčené týmto konkrétnym súborom výsledkov. Faktom však je, že veci vo vesmíre sa otáčajú a to opäť otvára možnosť.

Cestovanie v čase a čierne diery

V roku 1963 novozélandský matematik Roy Kerr použil rovnice poľa na analýzu rotácie čierna diera , nazvaný Kerrova čierna diera a zistil, že výsledky umožnili cestu cez a červiu dieru v čiernej diere, pričom chýba singularita v strede, a urobte to na druhom konci. Tento scenár tiež umožňuje uzavreté krivky podobné času, ako si po rokoch uvedomil teoretický fyzik Kip Thorne.

Začiatkom osemdesiatych rokov, kým Carl Sagan pracoval na svojom románe z roku 1985 Kontakt , oslovil Kip Thorne s otázkou o fyzike cestovania v čase, ktorá inšpirovala Thorna k preskúmaniu konceptu využitia čiernej diery ako prostriedku cestovania v čase. Spoločne s fyzikom Sung-Won Kimom si Thorne uvedomil, že by ste mohli (teoreticky) mať čiernu dieru s červou dierou, ktorá by ju spájala s iným bodom vo vesmíre, ktorý je otvorený nejakou formou negatívnej energie.

Ale to, že máte červiu dieru, neznamená, že máte stroj času. Teraz predpokladajme, že by ste mohli pohnúť jedným koncom červej diery („pohyblivý koniec“). Pohyblivý koniec umiestnite na vesmírnu loď a vystrelíte ju do vesmíru takmer na rýchlosť svetla . Začína sa dilatácia času a čas, ktorý zažíva pohyblivý koniec, je oveľa kratší ako čas, ktorý zažíva pevný koniec. Predpokladajme, že posuniete pohyblivý koniec o 5 000 rokov do budúcnosti Zeme, ale pohyblivý koniec „starne“ iba o 5 rokov. Takže odídete povedzme v roku 2010 nášho letopočtu a prídete v roku 7010 nášho letopočtu.

Ak však cestujete cez pohyblivý koniec, skutočne vyskočíte z pevného konca v roku 2015 nášho letopočtu (keďže na Zemi uplynulo 5 rokov). Čo? Ako to funguje?

Faktom je, že dva konce červej diery sú spojené. Bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba, v časopriestore sú stále v podstate „blízko“ seba. Keďže pohyblivý koniec je len o päť rokov starší, ako keď odišiel, prechod cez neho vás pošle späť do súvisiaceho bodu na pevnej červej diere. A ak niekto z roku 2015 nášho letopočtu prejde cez pevnú červiu dieru, vyšiel by v roku 7010 nášho letopočtu z pohyblivej červej diery. (Ak by niekto v roku 2012 nášho letopočtu prekročil červiu dieru, skončil by na vesmírnej lodi niekde uprostred cesty a tak ďalej.)

Aj keď ide o fyzicky najrozumnejší popis stroja času, stále existujú problémy. Nikto nevie, či existujú červie diery alebo negatívna energia, ani ako ich takto spojiť, ak existujú. Ale je to (teoreticky) možné.