Mitä on aika? Siunattu Augustine sanoi: "Tiedän, mikä on aika, kunnes ajattelen sitä." Fysiikan vakiomallin mukaan aika on neljäs ulottuvuus kolmen alueellisen ulottuvuuden lisäksi. Joten voit kulkea sen läpi. Tieteiskirjailijat ovat vuosien ajan kunnioittaneet aikamatkan mahdollisuuksia monin eri tavoin. Joka vuosisata hallitsemme yhä enemmän uusia tekniikoita, löydämme uusia tieteen näkökohtia. Mitä meillä on jäljellä aikamatkojen oppimisesta ennen kuin ryhdymme tekemään siitä todellisuutta?
Olet ehkä huomannut, että siirrymme jatkuvasti ajoissa. Me liikumme sen läpi. Konseptin perustasolla aika on maailmankaikkeuden muutosnopeus, ja riippumatta siitä pidämme siitä vai ei, meillä on jatkuvia muutoksia. Vanhenemme, planeetat liikkuvat Auringon ympäri, asiat tuhoutuvat.
Mittaamme ajan kulumista sekunneissa, minuutteina, tunneina ja vuosina, mutta tämä ei tarkoita ollenkaan, että aika virtaa vakionopeudella. Kuten joki vesi, aika kulkee eri tavoin eri paikoissa. Lyhyesti sanottuna, aika on suhteellinen.
Mutta mikä aiheuttaa väliaikaisia vaihteluita matkalla kehtoon hautaan? Se kaikki johtuu ajan ja tilan välisestä suhteesta. Ihminen kykenee havaitsemaan kolme ulottuvuutta - pituuden, leveyden ja syvyyden. Aika täydentää tätä juhlaa tärkeimmänä neljäntenä ulottuvuutena. Aika ei ole olemassa ilman tilaa, tilaa ei ole ajan ulkopuolella. Ja tämä pari on kytketty avaruus-ajan jatkuvuuteen. Jokaisen maailmankaikkeudessa tapahtuvan tapahtuman on sisällettävä tilaa ja aikaa.
Tässä artikkelissa tarkastellaan todellisimpia ja päivittäisiä mahdollisuuksia kulkea ajassa läpi maailmankaikkeuden, samoin kuin vähemmän saatavissa olevia, mutta ei vähemmän mahdollisia polkuja neljännen ulottuvuuden läpi.
Väliaikainen matka tulevaisuuteen
Jos haluat elää pari vuotta hieman nopeammin kuin joku muu, sinun on käsiteltävä avaruus-aikaa. Globaalit paikannussatelliitit tekevät tämän joka päivä, kolme miljardia sekuntia ennen luonnollista ajan kulkua. Kiertoradalla aika virtaa nopeammin, koska satelliitit ovat kaukana Maan massasta. Ja pinnalla planeetan massa kantaa aikaa ja hidastaa sitä suhteellisen pienessä mittakaavassa.
Mainosvideo:
Tätä vaikutusta kutsutaan painovoima-ajan dilaatioksi. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatio taipuu avaruusaikaan, ja tähtitieteilijät käyttävät tätä seurausta tutkiessaan valoa, joka kulkee massiivisten esineiden lähellä.
Mutta mitä sillä on tekemistä ajoituksen kanssa? Muista - kaikki maailmankaikkeudessa tapahtuvat tapahtumat sisältävät sekä tilan että ajan. Painovoima ei vain vetä yhdessä tilaa, vaan myös aikaa.
Ajan virtauksen ollessa tuskin huomaat muutosta sen kulussa. Mutta tarpeeksi massiiviset esineet - kuten supermassiivinen musta aukko Alpha Jousimies, joka sijaitsee galaksiamme keskellä - vääntävät vakavasti ajan kangasta. Sen singulaarisuuspisteen massa on 4 miljoonaa aurinkoa. Tämä massa hidastaa aikaa puoleen. Viisi vuotta mustan aukon kiertoradalla (putomatta siihen) on kymmenen vuotta maan päällä.
Liikkeen nopeudella on myös tärkeä rooli aikamme virtauksen nopeudessa. Mitä lähemmäksi pääset liikkeen enimmäisnopeuteen - valon nopeuteen -, sitä hitaampi aika kuluu. Matkan loppuun mennessä nopeasti liikkuvan junan kello alkaa olla myöhässä miljardilla sekunnilla. Jos juna saavuttaa 99,999%: n valonopeuden, voit matkustaa vuodessa junavaunussa kaksisataa kaksikymmentäkolme vuotta tulevaisuuteen.
Itse asiassa hypoteettiset tulevaisuuden matkat perustuvat tähän ajatukseen, anteeksi tautologialle. Entä menneisyys? Voitko kääntää aikaa takaisin?
Väliaikainen matka aiemmin
Huomasimme, että matka tulevaisuuteen tapahtuu koko ajan. Tutkijat ovat todistaneet tämän kokeellisesti, ja idea on Einsteinin suhteellisuusteorian ydin, joka tänä vuonna täyttää 100 vuotta. On täysin mahdollista siirtyä tulevaisuuteen, ainoa kysymys on "kuinka nopeasti"? Kun ajatellaan ajassa taaksepäin, vastaus on katsoa yötaivaalle.
Linnunradan galaksi on noin 100 000 valovuotta leveä, mikä tarkoittaa, että etäisten valtojen valon on kuljettava tuhansia ja tuhansia vuosia ennen kuin se saavuttaa maan. Ota tämä valo, ja pohjimmiltaan sinä vain katsot menneisyyteen. Kun tähtitieteilijät mittaavat kosmista mikroaaltosäteilyä, he katsovat kosmokseen sellaisena kuin se oli 10 miljardia vuotta sitten. Mutta se ei ole kaikki.
Einsteinin suhteellisuusteoriassa ei ole mitään, joka sulkee pois mahdollisuuden matkustaa menneisyyteen, mutta painikkeen, joka voisi tuoda sinut takaisin eilen, mahdollinen olemassaolo rikkoo kausaalisuuslakia tai syytä ja seurausta. Kun jotain tapahtuu maailmankaikkeudessa, tapahtuma tuottaa uuden loputtoman tapahtumaketjun. Syy syntyy aina ennen vaikutusta. Kuvittele vain maailma, jossa uhri kuolee ennen kuin luoti osuu päähänsä. Tämä rikkoo todellisuutta, mutta tästä huolimatta monet tutkijat eivät sulje pois mahdollisuutta matkustaa menneisyyteen.
Esimerkiksi uskotaan, että valon nopeutta nopeampi liikkuminen voi palata menneisyyteen. Jos aika hidastuu objektin lähestyessä valon nopeutta, voiko tämän esteen rikkominen kääntää aikaa taaksepäin? Tietenkin, kun lähestytään valon nopeutta, myös kohteen relativistinen massa kasvaa, eli lähestyy äärettömyyttä. Vaikuttaa mahdotonta kiihdyttää ääretöntä massaa. Teoriassa loimen nopeus, toisin sanoen nopeuden muodonmuutos, voi harhauttaa universaalia lakia, mutta jopa tämä vaatii valtavia energiakustannuksia.
Entä jos aikamatka tulevaisuuteen ja menneisyyteen riippuu paitsi avaruutta koskevista perustiedoista vaan myös nykyisistä kosmisista ilmiöistä? Katsotaanpa mustaa reikää.
Mustat reikät ja Kerr-renkaat
Kiertää mustan aukon ympärillä riittävän kauan, ja painovoima-ajan dilaatio heittää sinut tulevaisuuteen. Mutta entä jos putoat suoraan tämän kosmisen hirviön leukoihin? Olemme jo kirjoittaneet siitä, mitä tapahtuu, kun uppoutuu mustaan reikään, mutta emme maininneet niin eksoottista monenlaista mustaa reikää kuin Kerr-rengas. Tai Kerrin musta aukko.
Uusi-Seelannin matemaatikko Roy Kerr ehdotti vuonna 1963 ensimmäistä realistista teoriaa pyörivästä mustasta aukosta. Konseptiin sisältyy neutronitähtiä - massiivisia romahtavia tähtiä, esimerkiksi Pietarin kokoisia, mutta joiden maapallon auringon massa on suuri. Olemme sisällyttäneet neutronireikiä maailmankaikkeuden salaperäisimpien esineiden luetteloon kutsuen niitä magnetaareiksi. Kerr teoriassa, että jos kuoleva tähti romahtaisi pyörivään neutronitähtien renkaaseen, niiden keskipakopäivä estäisi niitä tulemasta singulaarisuudeksi. Ja koska mustalla aukolla ei ole ainutlaatuisuuspistettä, Kerr arvasi, että pääsy olisi mahdollista sisälle ilman pelkoa siitä, että keskellä painovoima hajoaa.
Jos Kerrin mustia reikiä on, voimme kulkea niiden läpi ja poistua valkoiseen reikään. Se on kuin mustan aukon pakoputki. Sen sijaan, että imee kaiken, mitä pystyy, valkoinen reikä päinvastoin heittää kaiken pois. Ehkä jopa toisena aikana tai toisessa maailmankaikkeudessa.
Kerr-mustat aukot ovat edelleen teoria, mutta jos niitä on, ne ovat eräänlaisia portaaleja, jotka tarjoavat yksisuuntaisen matkan tulevaisuuteen tai menneisyyteen. Ja vaikka erittäin edistynyt sivilisaatio voisi kehittyä tällä tavalla ja kulkea ajan myötä, kukaan ei tiedä milloin "villi" Kerr-musta aukko katoaa.
Madonreikiä (madonreikiä)
Kerr-teoreettiset renkaat eivät ole ainoa tapa mahdollisesti "oikotie" polkuja menneisyyteen tai tulevaisuuteen. Tieteiskirjailmat - Star Trekistä Donnie Darkoon - käsittelevät usein teoreettista Einstein-Rosen-siltaa. Teille nämä sillat tunnetaan paremmin madonrei'inä.
Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria sallii madonreikien olemassaolon, koska suuren fyysikon teoria perustuu avaruus-ajan kaarevuuteen massan vaikutuksen alaisena. Ymmärtääksesi tämän kaarevuuden kuvittele avaruuden ajan kangas valkoisena arkkiona ja taita se puoliksi. Arkin pinta-ala pysyy samana, se ei vääristy itseään, mutta kahden kosketuspisteen välinen etäisyys on selvästi pienempi kuin silloin, kun arkki makasi tasaisella pinnalla.
Tässä yksinkertaistetussa esimerkissä tilaa kuvataan kaksiulotteisena tasona eikä neliulotteisena, mikä se todellisuudessa on (muista neljäs ulottuvuus - aika). Hypoteettiset madonreikät toimivat samalla tavalla.
Nopeasti eteenpäin avaruuteen. Massan keskittyminen kahteen maailmankaikkeuden eri osaan voisi luoda eräänlaisen tunnelin avaruus-ajassa. Teoriassa tämä tunneli yhdistäisi kaksi eri tilaa avaruuden ja ajan jatkuvuudesta toisiinsa. Tietenkin on täysin mahdollista, että jotkut fysikaaliset tai kvanttiominaisuudet estävät tällaisten madonreikien syntymisen yksinään. No, tai he syntyvät ja menehtyvät heti epävakaiksi.
Stephen Hawkingin mukaan madonreiät voivat esiintyä kvanttivaahdossa, joka on maailmankaikkeuden pienin väliaine. Pieniä tunneleita syntyy jatkuvasti ja halkeamia, jotka yhdistävät erilliset paikat ja ajat lyhyisiin hetkiin.
Matoreiät voivat olla liian pieniä ja lyhytaikaisia ihmisen liikkumiseksi, mutta entä jos voimme jonain päivänä löytää ne, pitää ne kiinni, vakauttaa ja suurentaa? Edellyttäen, Hawking toteaa, että olet valmis palautteeseen. Jos haluamme vakauttaa tilan ja ajan tunnelin keinotekoisesti, toimintamme säteily voi tuhota sen, samoin kuin äänen palautuminen voi vahingoittaa kaiutinta.
Kosmiset jouset
Yritämme puristua mustien reikien ja madonreikien läpi, mutta onko olemassa toinen tapa aikamatkalle käyttämällä teoreettista kosmista ilmiötä? Näitä ajatuksia ajatellen käännymme fyysikko J. Richard Gottin puoleen, joka hahmotti kosmisen kielen ajatusta vuonna 1991. Kuten nimestä voi päätellä, nämä ovat hypoteettisia esineitä, jotka ovat saattaneet muodostua maailmankaikkeuden kehityksen varhaisessa vaiheessa.
Nämä jouset läpäisevät koko maailmankaikkeuden, ovat ohuempia kuin atomi ja ovat voimakkaassa paineessa. Tämä merkitsee luonnollisesti sitä, että ne antavat painovoiman kaikelle, joka kulkee lähellä niitä, mikä tarkoittaa, että kosmisiin naruihin kiinnitetyt esineet voivat kulkea ajassa uskomattoman nopeudella. Jos vedät kaksi kosmista merkkijonoa lähemmäksi toisiaan tai sijoitat yhden mustan aukon viereen, voit luoda ns. Suljetun ajoittaisen käyrän.
Käyttämällä kahden kosmisen merkkijonon (tai merkkijono ja musta reikä) tuottamaa painovoimaa, avaruusalus voisi teoreettisesti lähettää itsensä taaksepäin. Tämän tekemiseksi sinun on tehtävä silmukka kosmisten jousien ympärille.
Muuten, kvanttijonoista keskustellaan kuumasti juuri nyt. Gott totesi, että ajallisesti taaksepäin kiertämiseksi merkkijonoa, joka sisältää puolet koko galaksin massaenergiasta. Toisin sanoen, puolta galaksin atomeista olisi käytettävä polttoaineena aikakoneellesi. Kuten kaikki tietävät, et voi palata ajassa taaksepäin ennen koneen itse luomista.
Lisäksi on väliaikaisia paradokseja.
Aikamatkan paradoksit
Kuten totesimme, syy-lain toinen osa varjostaa hieman ajalle taaksepäin ajamisen. Syy tapahtuu ennen vaikutusta, ainakin maailmankaikkeudessamme, mikä tarkoittaa, että se voi pilata kaikkein harkittuimmat aikamatkasuunnitelmat.
Aluksi kuvittele, jos matkustat 200 vuotta taaksepäin, sinut ilmestyy kauan ennen syntymääsi. Ajattele sitä hetkeksi. Jonkin aikaa vaikutus (sinä) on olemassa ennen syytä (syntymääsi).
Mieti kuuluisan isoisän paradoksia, jotta ymmärrät paremmin asioita. Olet aikamatkaaja salamurhaaja, oma isoisäsi on sinun tavoitteesi. Liipat lähellä olevan madonreiän läpi ja kävelet elävän 18-vuotiaan version isäsi isästä kohti. Nostat pistooliasi, mutta mitä tapahtuu, kun vedät liipaisinta?
Ajattele sitä. Et ole vielä syntynyt. Jopa isäsi ei ole vielä syntynyt. Jos tappaa isoisäsi, hänellä ei ole poikaa. Tämä poika ei koskaan synnytä sinua, etkä voi matkustaa ajassa taaksepäin verisen tehtävän kanssa. Ja poissaolosi ei vedä liipaisinta millään tavalla, kieltäen siten koko tapahtumaketjun. Kutsumme tätä silmukkaan yhteensopimattomia syitä.
Harkitse vaihtoehtoisesti ajatusta peräkkäisestä syy-silmukasta. Vaikka se saa ajattelemaan, se eliminoi teoreettisesti ajalliset paradoksidit. Fyysikko Paul Davisin mukaan samanlainen silmukka näyttää tältä: matematiikan professori menee tulevaisuuteen ja varastaa monimutkaisen matemaattisen lauseen. Sitten hän antaa sen loistavimmalle opiskelijalle. Sen jälkeen lupaava opiskelija kasvaa ja oppii saadakseen yhdeksi päiväksi miehen, jolta professori kerran varasti lauseen.
Lisäksi on toinenkin aikamatkamalli, johon liittyy todennäköisyyden vääristyminen lähestyessä paradoksaalisen tapahtuman mahdollisuutta. Mitä tämä tarkoittaa? Palataan takaisin isoisäsi tappajan kenkiin. Tällä kertaa matkamalli voi käytännössä tappaa isoisäsi. Voit vetää liipaisimen, mutta ase ei tule. Lintu kirisee oikeaan aikaan, tai tapahtuu jotain muuta: kvanttivaihtelu ei salli paradoksaalisen tilanteen syntymistä.
Ja lopuksi mielenkiintoisin asia. Tulevaisuus tai menneisyys, johon menette, voi yksinkertaisesti olemassa rinnakkaisuniversumissa. Kuvailkaamme tämä erottelun paradokseksi. Voit tuhota mitä haluat, mutta se ei vaikuta kotimaailmaan millään tavalla. Tappaat isoisäsi, mutta et katoa - ehkä toinen “sinä” katoaa rinnakkaismaailmassa tai skenaario noudattaa paradoksikuvioita, joita olemme jo pohtineet. On kuitenkin mahdollista, että tämä aikamatka on kertaluonteinen matka, etkä koskaan voi palata kotiin.
Oletko täysin sekava? Tervetuloa aikamatkailuun.
Ilja Khel