Tidsreiser blir ikke tatt mer alvorlig enn fantasien til science fiction-forfattere. Faktisk er dette et unikt fenomen - den direkte avledningen av ligninger som beskriver fysikken i vår verden. Hva som kan gjøre slike reiser til virkelighet, ligger i vårt materiale.
Vår spaltist og fysiker Daria Zaremba mener at det å forsøke å oversette ideen om tidsreiser til praksis i praksis kan bidra til vitenskapelig fremgang og ukonvensjonelle funn. Tross alt er det slik eksotiske saker, fotoniske raketter og nye egenskaper til astrofysiske gjenstander blir født. Hun samlet en ordbok med mekanismer som teoretisk sett kunne sende mennesker på en reise gjennom tid.
B - Warp drive
Et varpdrev er en hypotetisk teknologi for å reise fremover, der på grunn av deformasjonen av rom-tid-lerretet blir effekten av bevegelse skapt med en hastighet som overskrider lysets hastighet.
Se for deg at du ligger på et teppe og at du trenger å bevege deg utenfor forkanten uten å bevege deg. En mulig løsning er å krumme fronten på teppet under deg og deretter trekke ut ved å trekke på baksiden. Omtrent det samme kan gjøres med romtidens "teppe": dette er prinsippet som brukes av et hypotetisk stjerneskip drevet av et varpdrev.
Han komprimerer plassen foran seg og utvider den bak, og skaper illusjonen av bevegelse med en hastighet flere ganger lysets hastighet. I dette tilfellet vil det ikke være tidevannskrefter inne i romskipet, og den faktiske akselerasjonen vil være lik null.
Mannskapet kan lett nippe til cocktailer fra sugerør eller til og med slappe av i det boblende boblebadet, mens stjerneskipet vil gal "rake" romtid under seg selv og ta reisende inn i tarmen til Galaxy.
Salgsfremmende video:
En modell av tidsmaskin basert på varpdrivteknologi er Alcubierri Bubble, oppkalt etter sin meksikanske oppfinner, Miguel Alcubierri.
Hele fysikken i å reise til fremtiden på en slik "enhet" er basert på postulatene til den spesielle teorien om relativitet, som sier at etter at boblen stopper, vil mannskapet finne omverdenen i alderen år, fordi for dem ble tiden inne i boblen redusert.
I dette tilfellet vil det ikke være brudd på prinsippet om absolutthet for lysets hastighet, fordi i dette tilfellet, bevegelse raskere enn lys ikke betyr det at selve boblen beveger seg med en slik hastighet, men at boblen når sin destinasjon raskere enn en lysstråle som beveger seg utenfor boblen.
Men for å skape en slik effekt av deformasjon av rom-tid, kreves det en spesiell sak som viser ukonvensjonelle fysiske egenskaper - "eksotisk materie", som vil skape et skall (boble) rundt romskipet og gi selve "raking" av rommet. Selv om det ikke er observert fremskritt i produksjonen av slikt materiale, er begrunnelsen om egnetheten til et varpdrev i praksis ganske begrenset.
Den teoretiske mekanismen til varpdrevet.
D - Tyngdekraft
Tyngdekraft - i bred forstand - en manifestasjon av romtidens krumning, i en smal forstand - kraften som tiltrekker gjenstander.
Den kjente ansatte ved patentkontoret - Albert Einstein bidro til å åpne portene for verden av "tidsstyring". For å gjøre dette, trengte han å etablere bare to ting: for det første - at rom og tid er uløselig knyttet sammen, for det andre - at massive kropper med deres masse er i stand til å deformere dette rom-tid lerretet og skape tyngdekraft.
Med andre ord beviste Einstein at Jorden (som andre lignende massive kropper), "bøyer" romets "trampoline" med sin masse (skaper sirkulære baner rundt seg selv), samtidig som den bøyer tiden, nemlig bremser forløpet når den nærmer seg til overflaten (og dypere).
Den revolusjonerende karakteren av denne ideen var at den for første gang ikke lenger ble oppfattet som en absolutt verdi i klassisk mekanikk. Det ble funnet at armbåndsuret til en gruvearbeider og en klatrer tikker annerledes (selv om det er umerkelig i en slik skala), en tvillingbror som bor ved elven er yngre (igjen, ikke nevneverdig) sin bror som bor i et hus på et fjell, og jordens kjerne er yngre overflaten.
Dermed ble det funnet en måte å bremse "ens" tid og derigjennom reise til fremtiden, nærmer seg for eksempel et legeme hvis masse er mange ganger større enn jordens masse, for deretter å vende tilbake til hjemmeplaneten og tenke på fremtidens verden.
D - Svart hull
Et svart hull er et objekt i rommet som har kollapset under påvirkning av sine egne gravitasjonskrefter i en slik grad at selv elektromagnetisk stråling ikke kan slippe ut av gravitasjonsfeltet.
Det beste objektet å reise til fremtiden, hvis du velger gravitasjonsmekanismen for å påvirke tiden, er definitivt et svart hull.
For å bla gjennom en slik reise, må du gå ut i verdensrommet direkte til henne. Gå ned dit på en supersterk kabel, men bare for ikke å krysse hendelseshorisonten - grensen i et svart hull, etterfulgt av "spaghettification" - tøyning og riving av alle gjenstander som har kommet dit under påvirkning av singular gravitation.
Så lenge du henger i denne stillingen, bremser tiden for deg. Samtidig er det helt umerkelig for deg selv, fordi alt i referanserammen din bremser: metabolisme, biologisk klokke, hjerterytme, bevegelse av elektroner i atomer og så videre.
Men hvis du på en eller annen mirakuløs måte kan spionere på jordplanter fra det svarte hullet ditt, vil det se ut som om de beveger seg med en tidoblet akselerert hastighet! Og de, ser på deg, ville tro at de ser på en video med langsom bevegelseseffekt.
Dermed tilsvarer din ene dag i nærheten av et svart hull nesten tre års liv på jorden (det avhenger også av hvor nær du er mot horisonten - tiden stopper i det hele tatt). Og når du, når du henger så lite, kommer tilbake til hjemplaneten din, vil du legge merke til at verden er gammel nok i ditt fravær. Voila - du er i fremtiden!
Mekanismen for å reise til fremtiden gjennom effekten av tidsutvidelse nær hendelseshorisonten til et svart hull. Kjeglene i bildet er "lyskjegler" - overflaten av rom-tid som begrenser fremtidens og fortidens områder i forhold til en gitt hendelse. Vinkelen til kjeglen viser tidens endring for astronauten. Flere detaljer om strukturen på lyskeglen på bildet nedenfor:
Lett kjegle.
I tillegg til å bli brukt som en "gravitasjonsmoderator", kan roterende sorte hull være nyttig for å reise inn i fortiden. Faktum er at de på grunn av sitt gravitasjonsfelt er i stand til å lage såkalte "lukkede tidlige kurver", og bevege seg langs den, og den reisende kan bevege seg tilbake i tid.
Men "nytten" av sorte hull som tidsmaskiner slutter heller ikke der. I følge den engelske fysikeren og matematikeren Roger Penrose, kan noen sorte hull - nemlig de med lading eller rotasjon - tjene som "porter" til fremtidens universer.
I følge Penrose-diagrammet byttes romlige koordinater utover hendelseshorisonten med tidsmessige.
Det uvanlige med svarte hull med en ladning eller med et rotasjonsøyeblikk er at de skal ha to slike hendelseshorisonter. Følgelig vil erstatning av romlige og tidsmessige koordinater også skje to ganger.
Det viser seg at astronauten, som hopper inn i et slikt hull, først vil overvinne den ene hendelseshorisonten - poenget med ingen retur, og deretter den andre, etterfulgt av fremtidens univers. Men det er lite sannsynlig at slike vågestier blir funnet, så hypotesen er fortsatt skjelven.
З - Lukket tidaktig kurve
En lukket tidlignende kurve er en verdenslinje (en kurve i rom-tid som beskriver bevegelsen til et legeme) i strukturen i rom-tid, som returnerer et objekt til en hendelse (et punkt i rom-tid) som det allerede har passert.
ZVK - en av de matematiske løsningene av ligningen General Relativity. Det er dette fysiske fenomenet som oftest blir tolket som den viktigste mekanismen for å reise inn i fortiden.
I henhold til gravitasjonsligninger kan det dannes en lukket tidlignende kurve der en massiv gjenstand eller et kraftig gravitasjonsfelt beveger seg og bokstavelig talt "trekker" rom-tid bak seg. Det er grunnen til at bare roterende svarte hull kan skape ZVK - det statiske gravitasjonsfeltet kan ikke danne dem.
Når du beveger seg langs CEC, går objektet tilbake til de samme romlige koordinatene som den dro fra, men med ankomsttidspunktet før den kommer ut. Det vil si at den faktisk gjør en tur inn i fortiden.
L - Laser
En laser (fra lysforsterkning ved stimulert utstråling av stråling) er en enhet som avgir en intens monokromatisk smal elektromagnetisk stråle med lang rekkeviddeutbredelse.
På grunn av dens egenskaper har laserstrålen en økt energitetthet, som til og med kan overstige energitettheten til en kjernefysisk eksplosjon (med en maksimal reduksjon i strålens bredde).
Forfatteren av en av de mest enkle og sofistikerte tidsmaskinene i implementeringen er den teoretiske fysikeren ved University of Connecticut, Ronald Mallett.
Ideen om å lage et slikt apparat kom fra professoren i tidlig barndom, da faren uventet døde av et hjerteinfarkt i en alder av 33 år. Professoren har gjentatte ganger innrømmet at alt han har oppnådd innen vitenskapen er basert på hans uendelige kjærlighet til faren og ønsket om å se ham igjen.
I mange år jobbet Ronald med sin modell av en tidsmaskin, gjemte den for kolleger og "gjemte seg bak" studiet av sorte hull. Og i en alder av rundt 70 år klarte han å få ønsket resultat.
Mallet sin modell er basert på energien fra en laserstråle. Og det ble tilrettelagt av den mest berømte Einsteins ligning - E = mc2.
Fra denne legendariske formelen følger det at masse tilsvarer energi, noe som betyr at rom-tid-lerretet også skal forvrenges under påvirkning av høye energier.
La oss snakke om energien til elektromagnetisk stråling (i smal forstand - lys). Det overføres som kjent ved hjelp av fotoner - "deler" av elektromagnetisk stråling. De siste har på sin side energi som kan beregnes ved å bruke en spesiell formel: E = hv, hvor h er proporsjonalitetskoeffisienten (Plancks konstant), og nu er fotonfrekvensen.
Dermed viser det seg at en lysstråle også kan skape et gravitasjonsfelt, siden den har energi. Det var denne tanken som la grunnlaget for de vitenskapelige verkene til Ronald Mallet.
Forskeren tok en kraftig laserstråle og ved hjelp av et speilsystem fikk den til å sirkulere i en sirkel, og skapte en såkalt laserring. Tanken er at rom-tid lerretet inne i denne ringen er forvrengt, kronglete som et boblebad.
Vi observerer omtrent det samme når du rører te med en skje. På grunn av slike "manipulasjoner", sammen med plass, lukkes tiden inne i ringen i en løkke, noe som gjør det mulig å flytte gjenstander som har kommet inn i fortiden.
Geometrien til Ronald Mallett tidsmaskin.
I følge professoren vil en slik enhet kunne sende kodede meldinger inn i fortiden og overføre partikler i tide. Det er sant at en slik melding bare kan reise frem til denne tidsmaskinen ble opprettet: den vil fungere både som sender og mottaker.
Dermed vil det være mulig for eksempel å advare folk fra fortiden om forestående katastrofer. Når det gjelder bevegelse av makroobjekter på denne måten, vil forskere her som sagt svette.
Men en slik tidsmaskin er heller ikke uten sine "fallgruver". For eksempel ble teorien kritisert av Allen Everett og Ken Olum for feil valgt romtidsgeometri for dannelsen av den forventede lukkede tidlige kurven (TLC).
Forskere var også flau over mengden energi som kreves: i henhold til beregningene deres, for å provosere SEC i romtid, må diameteren på laserringen overstige størrelsen på det synlige universet. Og selv om Ronald prøvde å redusere energimengden som kreves ved å bremse lysutgangen på laseren hans, viste de langsomme bjelkene seg ubrukelige i studien.
O - negativ energi
Negativ energi er en av variantene av "eksotisk materie" (eller rettere sagt "energi"), oppnådd gjennom Casimir-effekten, som kan brukes til å reise inn i fortiden, samt for å opprettholde ormer.
I en forenklet form kan "oppskriften" for å oppnå slik energi beskrives som følger:
Ta to uladede metallplatina og sett dem i vakuum. Vi tar platene sammen så mye som mulig, men slik at de ikke berører.
Vi ser på tiltrekningen av platene for hverandre. Dette skyldes det faktum at vakuumet faktisk har energi - selv om det ikke inneholder partikler som er kjent for oss, oppstår det konstant par virtuelle partikler og antipartikler og utslettes (gjensidig utslett) i det.
Slike prosesser genererer press. Men fordi vi etterlot et lite gap mellom platene, er konsentrasjonen av partikkelpartikler der mye mindre enn i rommet rundt. Derfor begynner sterkere trykk fra utsiden å bringe platene nærmere hverandre.
Når du trekker inn reduserer platene vakuumenergien mellom dem under det normale nullpunktet, og skaper dermed et rom med negativ energi.
Casimir-effekt.
Fenomenet med utseendet på negativ energi som et resultat av et slikt eksperiment kalles Casimir-effekten - til ære for den nederlandske fysikeren Hendrik Casimir. Slik energi kan potensielt forårsake den rom-tid krumning som er nødvendig for å reise inn i fortiden.
Mengden negativ energi som genereres på denne måten er imidlertid ubetydelig sammenlignet med hvor mye det trengs for riktig deformasjonseffekt. Men, som forskere bemerker, utviklingen av en mekanisme er allerede en god fremgang.
R - Relativistiske effekter
Relativistiske effekter er fysiske fenomener som observeres når et objekt beveger seg i nær lyshastigheter. De er gjenstand for studie i relativistisk mekanikk basert på den spesielle relativitetsteorien.
Blant alle relativistiske effekter, for eksempel en økning i masse, en nedgang i lengden på et objekt, er den mest interessante og praktiske, sett fra brukens synspunkt i tidsreiser, effekten av tidsutvidelse.
I henhold til den spesielle relativitetsteorien, for et kropp som beveger seg i en hastighet som kan sammenlignes med lysets hastighet, bremser tiden i forhold til kroppene i ro.
Denne teorien fant sin eksperimentelle bekreftelse i 1971, da to desperate fysikere Hafele og Keating fløy verden rundt to ganger med fire atomur om bord. Ved landing oppdaget de at reisevakta faktisk henger etter de resterende timene ved United States Naval Observatory.
Som en tidsreisemulighet kan det se slik ut. La oss si at du har funnet en måte å akselerere romskipet til 99,5 prosent lysets hastighet. I dette tilfellet kan du komme til en av de nærmeste stjernene i, si, et øyeblikk. Fire år vil gå på jorden.
På vei frem og tilbake vil du bruke to minutter av den subjektive tiden din - på grunn av effekten av tidsutvidelse i skipet, og når du kommer tilbake til Jorden, vil du finne den åtte år eldre.
Velsign forresten den store Einstein hver gang du leter etter en nærliggende burgerbutikk på nettkart: hvis GPS-satellitter ikke tok hensyn til disse hastighetsnedgangene i tid (og de beveger seg med en omløpshastighet på 14 000 km / t), vil markøren for stedet du trenger vises med en kilometerfeil …
Å akselerere til en hastighet nær lysets hastighet er imidlertid ingen enkel oppgave. Einstein slo fast at lysets hastighet er den maksimale mulige bevegelseshastigheten og bare kan oppnås med noe uten masse. Jo større masse en gjenstand har, jo mindre sannsynlig er det å nå nær lyshastighet.
En av grunnene til dette er den kolossale økningen i masse når man når nær lyshastigheter. Det er grunnen til at for eksempel fotoner, lyspartikler som ikke har en hvilemasse, kan bevege seg med en slik hastighet.
Selv om det i dag finnes ideer for opprettelse av såkalte fotoniske raketter (som for eksempel raketten til den norske professor Haug), er akselerasjon til slike hastigheter uforenlig med livet for mannskapet på grunn av overdreven overbelastning. Så foreløpig snakker vi om denne måten å reise til fremtiden bare i teorien.
H - Ormehull
Et ormhull, eller ormhull, er en teoretisk passasje i romtidsstrukturen som forbinder to fjerne hendelser (punkter i romtid) i universet.
Ormehull er som kryssbare sorte hull. De har også en hendelseshorisont, men bare etter at de har passert den, rives den ikke fra hverandre under påvirkning av sterk tyngdekraft, men bare "spytter ut" fra motsatt side, allerede på et annet tidspunkt i romtiden (det viktigste er ikke å forvirre et svart hull med en føflekk, ellers i stedet for å reise til en annen tid vil du flytte "til neste verden").
Slike innganger og utganger kalles munn, og de er forbundet med en halstunnel som går gjennom universet. Et ormehull kan koble sammen både tidligere og fremtidige hendelser.
Det er en antagelse at hele universet vårt er strødd av ormehull. Først nå eksisterer de i form av "kvanteskum" på utrolig mikroskopiske nivåer: de er like mange ganger mindre enn atomkjernen, like mye som kjernen er mindre enn planeten Jorden (vi snakker om det såkalte skummet fra John Wheelers romtid).
Og det er en hypotese om at i prosessen med å utvide universet, kunne disse mikroskopiske ormer ha økt til en merkbar størrelse.
Forskere antyder også at sorte hull kan være "inngangsmunnen" for noen ormehull. I følge den berømte astrofysiker-teoretikeren og kosmologen Igor Novikov er kanskje ikke kjernen i noen galakser supermassive sorte hull, men inngangen til et ormhull.
Det er grunnen til at man, som professoren konstaterer, når man søker etter ormehull først skal se på sentrum av galaksen. I følge forskeren er det ganske mulig at noen ormehull kan koble sammen hendelser (punkter i rom-tid) om to forskjellige universer.
Problemet med et ormhull er imidlertid at det kollapser før noe kan passere gjennom det. Og for å gjøre et ormehull farbart og mer eller mindre stabilt, trengs et felt med negativ energitetthet, som vil holde munnen åpen.
Antigraviteten som er skapt av slikt materiale vil virke mot tyngdekraften ("klemme") av ormhullet, og dermed vil det være mulig å tvinge den til å holde seg i en akseptabel tilstand lenger, og samtidig øke størrelsen.
Den populære amerikanske fysikeren og astronomen Kip Thorne foreslo en mekanisme for å opprettholde et ormhull ved å plassere parallelle ledende plater på motsatte sider av det.
Dette, ifølge Casimir-effekten, vil skape negativ energi på begge sider, noe som vil forhindre at hulen kollapser. På samme tid, under påvirkning av negativ energi, vil ormhullet utvide seg, noe som er veldig nyttig hvis du er vant til å reise i tid i et imponerende romskip (fortsetter Thornes hypotese, antydet astrofysiker fra Cambridge University Luke Butcher en mer effektiv måte å skape negativ energi i et ormhull ved å generere det er veldig ormhull, uten bruk av plater).
Mengdene med denne negative energien for å opprettholde et ormhull må imidlertid være enorme. Samtidig viser beregninger at dette tallet har sin egen grense, noe som beroliger science fiction-forfattere litt.
Modellering av Kip Thorn for utseendet på munnen til et ormhull avhengig av lengde og linsing.
E - Eksotisk materie
Eksotisk materie er materie som på en eller annen måte skiller seg fra den klassiske og har "eksotiske" egenskaper. Dette vil bli betraktet som materie som har en negativ masse, eller som er i stand til å bevege seg i superluminal hastighet, eller som består av partikler som er forskjellige fra de vanlige baryoner (det vil si protoner og nøytroner) - som mørk materie, for eksempel.
I teorien om tidsreiser spiller eksotisk materie en av nøkkelrollene i å realisere reise til fortiden. Teoretikere sier at hvis det opprettes eller oppdages et eksotisk stoff som kan deformere rom-tid på en ukonvensjonell måte, kan det dannes en tidssløyfe i strukturen til rom-tid kontinuum, egnet for å bevege seg bakover i tid.
Dette viser seg for eksempel av forfatteren av en av tidsmaskinens mest nøyaktige matematiske modeller - Traversable acausal retrograde domains in space time (TARDIS) - Kanadisk matematiker og fysiker Ben Tippett:
Den krumningseffekten av rom-tid som vi er mest kjent med, er tyngdekraften: den drar oss mot jordens sentrum og planetene mot solen.
Men i Einsteins teori kan romtidens krumning gi mange flere forskjellige effekter: roterende massive kropper trekker nærliggende gjenstander i retning av rotasjonen; Universet ekspanderer raskt; massive gjenstander kan forårsake gravitasjonsbølger som nylig ble målt ved Ligo-observatoriet,”konstaterer forskeren.
Ifølge ham lar Einsteins teori deg koble forskjellige typer krumning av rom-tid med en annen art av saken det dreier seg om. "Vår romtidsgeometri var designet for å tillate tidsreiser, og Einsteins ligning forteller oss hvilken type materie som vil bøye universet på denne måten med dets vekt: spesielt eksotisk materie."
Så ifølge Tippets modell, bør tidsmaskinen være noe som en "boks" (en fysisk håndgripelig struktur) omgitt av eksotiske stoffer.
Dessuten bør negativ energitetthet gi "eksotisme" til denne saken: med andre ord, den skal skape noe som et gravitasjonsfelt og bøye rom-tid på en uvanlig måte for oss - slik at tidslinjen lukkes inn i en ring og danner en lukket tidlignende kurve.
Ben Tippetts TARDIS-bevegelse i rom-tid - langs en lukket tidlig kurve.
"Det er nok å distribuere den på utsiden av 'maskinen', og universet vil bøye seg som ønsket som svar på dets tilstedeværelse," forklarer Ben.
Ben presenterte alle beregningene som beviser muligheten for å lage en slik tidsmaskin i sin artikkel publisert 31. mars 2017 i tidsskriftet Classical and Quantum Gravity.
Eksotiske stoffer med tyngdekraftegenskaper er også nødvendig for å opprettholde permeabiliteten til ormehull. I dag anses den mest egnede typen eksotiske stoffer å være negativ energi generert på grunn av Casimir-effekten.
Tidsreiser virker ikke så fantastisk for deg? I den neste artikkelen av Daria Zaremba, les om hva som hindrer menneskeheten i å drømme om disse forskyvningene - om å tilbakevise tankeeksperimenter, paradokser om å reise til fortiden og deres løsninger.
Daria Zaremba
