Kaikki ei ole niin yksinkertaista
Kuvittele, että sinulla on rikki muna munaasi, ja tämä ei ole puhetta. Yritykset žongloida munien kanssa johtivat siihen, että yksi niistä putosi ja murtui päähän, ja sinun on nyt mentävä suihkuun ja vaihdettava vaatteita.
Mutta eikö olisi helpompaa kääntää aikaa taaksepäin minuutti? Loppujen lopuksi muna rikkoi vain muutamassa sekunnissa - miksi et voi tehdä samaa asiaa, päinvastoin? Laita kuori takaisin yhteen, heitä valkoinen ja keltuainen - ja siinä kaikki. Sinulla olisi siistit kasvot, puhtaat vaatteet ja ei keltuaista hiuksissa.
Se kuulostaa naurettavalta - mutta miksi? Miksi en voi peruuttaa tätä toimintoa? Itse asiassa mikään ei ole mahdotonta tässä. Ei ole mitään luonnollista lakia, joka kieltäisi tämän tekemisen.
Lisäksi fyysikot kertovat, että jokainen arkielämässä tapahtuva hetki voi tapahtua päinvastaisessa järjestyksessä milloin tahansa. Joten miksi ei "rikkoa" munia, "polttaa takaisin" ottelua tai edes "siirtää" jalkaa takaisin?
Miksi näitä asioita ei tapahdu päivittäin? Miksi tulevaisuus on erilainen kuin menneisyys? Tämä kysymys näyttää melko yksinkertaiselta, mutta vastaamiseen siihen täytyy palata takaisin maailmankaikkeuden syntyyn, kääntyä atomimaailmaan ja saavuttaa fysiikan rajat.
Kuten monet fysiikan tarinat, tämäkin juontaa juurensa suureen fyysikkoon Isaac Newtoniin. Kuplirutto söi Ison-Britannian vuonna 1666, ja juuri hän pakotti Newtonin poistumaan Cambridge Universitystä ja menemään kotiin äitinsä luo, joka asui Lincolnshiren maaseudulla. Siellä Newton kyllästyi ja eristyi ulkomaailmasta ja ryhtyi fysiikkaan.
Hän löysi kolme liikelakia, mukaan lukien kuuluisan maksimin, että jokaisella toiminnalla on oma vastakohta. Hän keksi myös selityksen, miksi painovoima toimii.
Mainosvideo:
Newtonin lait ovat uskomattoman tehokkaita kuvaamaan ympäröivää maailmaa. He osaavat selittää monia ilmiöitä, miksi omenat putoavat puista aina siihen, miksi maa pyörii auringon ympäri.
Mutta heillä on outo ominaisuus - he toimivat samalla tavalla ja päinvastoin. Jos muna rikkoutuu, Newtonin lakien mukaan se voi palata alkuperäiseen tilaansa. Tämä on selvästi väärin, mutta käytännöllisesti katsoen jokaisella tiedemiehellä, jonka tutkijat ovat kehittäneet Newtonista lähtien, on täsmälleen sama ongelma.
Fysiikan laeissa ei yksinkertaisesti oteta huomioon kuinka aika virtaa - eteenpäin tai taaksepäin. He välittävät siitä yhtä paljon kuin tietoa siitä, kirjoitatko oikealla tai vasemmalla. Mutta varmasti välität!
Alueella on tietysti nuolen, joka osoittaa suunnan, ja se on aina tulevaisuuden edessä. Voit sekoittaa itään ja länteen, mutta et koskaan sekoitu eilen ja huomenna. Fysiikan peruslait eivät kuitenkaan tee eroa menneisyyden ja tulevaisuuden välillä.
Ensimmäinen henkilö, joka kohtasi vakavasti tämän ongelman, oli itävaltalainen fyysikko Ludwig Boltzmann, joka asui 1800-luvun jälkipuolella. Noina aikoina kaikki ideat, jotka nyt hyväksytään aksioomiksi, olivat kiistanalaisia.
Erityisesti fyysikot eivät olleet yhtä vakuuttuneita kuin nykyään, että maailman kaikki on tehty hiukkasista, joita kutsutaan atomeiksi. Useimpien fyysikkojen mielestä atomien ideaa ei voitu todistaa, sitä ei voitu varmistaa käytännöllisillä menetelmillä.
Boltzmann oli vakuuttunut siitä, että atomit todella ovat olemassa, joten hän käytti tätä ajatusta selittämään kaikki arkipäivän asiat, kuten tulen liekki, keuhkojen työ ja miksi tee jäähtyy, kun puhallet sitä. Hän ajatteli voivansa ymmärtää kaikki nämä asiat käyttämällä häntä niin läheistä käsitettä - atomien teoriaa.
Jotkut fyysikot olivat vaikuttuneita Boltzmannin työstä, mutta useimmat torjuivat sen. Tiedeyhteisö hävitti hänet pian ideoistaan.
Kuitenkin hän osoitti kuinka atomit liittyvät ajan luonteeseen. Noina päivinä ilmestyi termodynamiikan teoria, joka kuvaa lämmön käyttäytymistä. Boltzmannin vastustajat vaativat, että lämmön luonnetta ei voitu kuvailla; he sanoivat, että lämpö on vain lämpöä.
Boltzmann päätti todistaa, että he olivat väärässä, ja lämmön aiheuttaa atomien kaoottinen liike. Hänellä oli oikeus, mutta hänen täytyi viettää loppuelämänsä puolustaen näkökulmaansa.
Boltzmann aloitti yrittämällä selittää jotain outoa - "entropiaa". Termodynamiikan lakien mukaan kaikessa maailmassa on tietty määrä entropiaa, ja kun tälle esineelle tapahtuu jotain, entropia kasvaa.
Jos esimerkiksi laitat jääpaloja lasilliseen vettä, ne sulavat ja lasin entropia nousee. Ja entropian kasvu eroaa kaikesta fysiikassa - prosessi liikkuu yhteen suuntaan. Fyysikot ovat pitkään miettineet, määräävätkö aikavirran tapa entropian lisääntyminen.
Kuten saatat arvata, Boltzmann otti ensimmäisenä esille tämän kysymyksen, mutta sitten monet muut tutkijat alkoivat tutkia tätä kysymystä. Seurauksena kävi selväksi, että aika voi potentiaalisesti kulkea vastakkaiseen suuntaan - mutta vain, jos entropia vähenee, mikä on yksinkertaisesti mahdotonta.
Jos aika voi kuitenkin kulkea vastakkaiseen suuntaan, on mahdollista rakentaa aikakone. Vuonna 2009 brittiläinen fyysikko S. Hawking isännöi juhlia aikamatkailijoille - temppu oli, että hän lähetti kutsut juhliin vuotta myöhemmin (kukaan vieraista ei ilmestynyt).
Joten matkaa ajassa taaksepäin on todennäköisesti mahdotonta. Vaikka tämä mahdollisuus olisi olemassa, Hawking ja muut väittävät, että et voi koskaan päästä tiettyyn ajankohtaan ennen kuin koneesi rakennettiin.
Mutta matka tulevaisuuteen? Tämä on erilainen tarina. Tietenkin, me kaikki aikamatkailijat kilpaamme aikavirralla menneisyydestä tulevaisuuteen nopeudella yksi tunti tunnissa. Mutta kuten joki, ajan virtaus virtaa eri nopeuksilla eri paikoissa. Moderni tiede tarjoaa useita tapoja tuoda tulevaisuus lähemmäksi. Tässä on yhteenveto heidän olemuksestaan.
Helpoin ja käytännöllisin tapa päästä kaukaiseen tulevaisuuteen on liikkua nopeasti. Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan, kun matkustat nopeudella, joka on lähellä valon nopeutta, aika hidastuu sinulle suhteessa ulkomaailmaan.
Se ei ole vain hypoteesi tai ajatuskokeilu - se on mittaustulos. Kahden samanlaisen atomikellojen avulla (jotkut lentävät suihkukoneella, toiset pysyivät paikallaan maapallolla) fyysikot osoittivat, että lentävät kellot osoittavat hitaammin nopeuden vuoksi.
Ilma-aluksen tapauksessa vaikutus on minimaalinen. Mutta jos olisit avaruusaluksella, joka liikkuu 90 prosentilla valon nopeudesta, aika kuluu sinulle 2,6 kertaa hitaammin kuin maan päällä. Ja mitä lähemmäksi nopeutesi lähestyy valon nopeutta, sitä äärimmäisempänä aikamatka tulee.
Suurimpana ihmisen tekniikan ansiosta saavutettua nopeutta voidaan kutsua nopeudeksi, jolla protonit pyyhkäisevät suuren hadronikopterin ympärillä - 99.9999991% valon nopeudesta. Suhteellisuusteoriaa käyttämällä voidaan laskea, että yksi sekunti protonille vastaa 27 777 778 sekuntia tai käytännössä 11 kuukautta meille.
Hiukkasfyysikot ottavat yllättäen huomioon hidastuvuuden käsitellessä hajoavia hiukkasia. Laboratoriossa kuonihiukkaset hajoavat tyypillisesti 2,2 mikrosekunnissa. Mutta nopeasti liikkuvat kuikot, joita syntyy, kun kosmiset säteet saavuttavat yläilmakehän, rappeutuvat 10 kertaa pidempään.
Seuraava menetelmä on myös Einsteinin työn inspiroima. Hänen yleisen suhteellisuusteorian teoriansa mukaan mitä hitaammin tunnet painovoimaa, sitä hitaammin aika liikkuu. Esimerkiksi kun pääset lähemmäksi maan keskustaa, painovoima kasvaa. Aika kuluu hitaammin jaloille kuin päälle.
Tämä vaikutus on jälleen mitattu. Vuonna 2010 Yhdysvaltain kansallisen standardi- ja teknologiainstituutin fyysikät sijoittivat hyllyille kaksi atomikelloa, joista toinen oli 33 cm korkeampi kuin toinen, ja mittasivat niiden tikkausnopeuden eron. Alla olevan hyllyn kello tikkasi hitaammin, koska se oli hieman enemmän painovoiman alainen.
Jotta voimme olla kaukana tulevaisuudessa, tarvitsemme vain erittäin voimakkaan painoisen paikan, kuten mustan aukon. Mitä lähemmäksi rajaa, sitä hitaammin aika siirtyy - mutta tämä on vaarallista, koska radan ylittäessä et koskaan voi palata. Joka tapauksessa vaikutus ei ole niin vahva, joten matka ei todennäköisesti ole sen arvoinen.
Oletetaan, että sinulla on tekniikka matkustaa pitkiä matkoja päästäksesi mustaan reikään (lähin on noin 3000 valovuoden päässä). Itse matkan aikana aika hidastuu paljon enemmän kuin itse mustan aukon läpi kulkevan matkan aikana.
(Interstellarissa kuvailtu tilanne, jossa tunti mustan aukon lähellä olevalla planeetalla on seitsemän vuotta maan päällä, on liian äärimmäinen ja täysin mahdoton mahdollinen maailmankaikkeudellemme, kertoo elokuvan tieteellinen neuvonantaja Kip Thorne.)
Ehkäpä hämmästyttävintä on, että GPS-järjestelmien on otettava työssään huomioon ajan dilataation vaikutukset (sekä satelliittien nopeuden että niitä käyttävän painovoiman vuoksi). Ilman näitä korjauksia puhelimen GPS ei pysty määrittämään sijaintiasi maapallolla edes useiden kilometrien säteellä.
Toinen vaihtoehto matkoille tulevaisuuteen on hidastaa ajan havaitsemista hidastamalla tai pysäyttämällä kehosi elämäprosessit ja käynnistämällä ne sitten uudelleen.
Bakteerien itiöt voivat elää miljoonia vuosia keskeytetyssä animaatiossa, kunnes oikea lämpötila, kosteus ja ruokaolosuhteet alkavat uudelleen metaboliansa. Jotkut nisäkkäät, kuten karhut ja oravat, voivat hidastaa aineenvaihduntaa lepotilan aikana, mikä vähentää huomattavasti solujen tarvetta happea ja ruokaa. Voivatko ihmiset koskaan tehdä saman?
Vaikka kehon aineenvaihdunnan täydellinen pysähtyminen ei vielä ole nykyajan tieteen alaista, jotkut tutkijat pyrkivät saavuttamaan lyhytaikaisen "lepotilan" vaikutuksen, joka kestää useita tunteja. Tämä voi olla tarpeeksi aikaa auttaa ihmistä selviytymään esimerkiksi sydämenpysähdyksen aikana ennen kuin hänet voidaan viedä sairaalaan.
Toinen tekniikka, joka saattaa kehon hypotermiseen "lepotilaan" - korvaa veren kylmällä suolaliuoksella - on toiminut sioilla, ja se on parhaillaan kliinisissä tutkimuksissa ihmisillä Pittsburghissa.
Yleinen suhteellisuusteoria mahdollistaa myös nopean matkan aika-avaruuden tunneleiden läpi, mikä voisi auttaa kattamaan miljardien valovuosien tai yksinkertaisesti eri aikojen etäisyydet.
Monet fyysikot, mukaan lukien S. Hawking, uskovat, että avaruus-aikatunnelit, joita esiintyy jatkuvasti kvanttikuoren eri paikoissa, ovat kooltaan paljon pienempiä kuin atomit.
Temppu on napata yksi ja suurentaa se ihmisen mittasuhteisiin - saavutus, joka vaatii valtavan määrän energiaa, mutta voi olla mahdollista vain teoriassa.
Yritykset todistaa tällaista menetelmää ovat epäonnistuneet lopulta johtuen yhteensopimattomuudesta yleisen suhteellisuustekijän ja kvanttimekaniikan välillä.
Perustuu lehden "Tuntematon" materiaaleihin