Er tidsreise mulig?

ANDRZEJ WOJCICKI / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

Historier om reiser inn i fortiden og fremtiden har lenge fanget vår fantasi, men spørsmålet om tidsreise er mulig er en vanskelig en som kommer rett inn i hjertet av å forstå hva fysikere mener når de bruker ordet 'tid.'

Moderne fysikk lærer oss at tid er en av de mest mystiske aspektene ved universet vårt, selv om det til å begynne med kan virke enkelt. Einstein revolusjonerte vår forståelse av konseptet, men selv med denne reviderte forståelsen, grubler noen forskere fortsatt på spørsmålet om hvorvidt tid faktisk eksisterer eller om det bare er en 'strådig vedvarende illusjon' (som Einstein en gang kalte det). Uansett hva tiden er, har fysikere (og skjønnlitterære forfattere) funnet noen interessante måter å manipulere den for å vurdere å krysse den på uortodokse måter.

Tid og relativitet

Selv om det er referert i H.G. Wells' Tidsmaskinen (1895), kom den faktiske vitenskapen om tidsreiser ikke til før langt ut på det tjuende århundre, som en bivirkning av Albert Einstein sin teori om generell relativitetsteori (utviklet i 1915). Relativitet beskriver det fysiske stoffet i universet i form av en 4-dimensjonal romtid, som inkluderer tre romlige dimensjoner (opp/ned, venstre/høyre og foran/bak) sammen med én tidsdimensjon. Under denne teorien, som har blitt bevist av en rekke eksperimenter i løpet av det siste århundre, er tyngdekraften et resultat av bøyningen av denne romtiden som svar på tilstedeværelsen av materie. Med andre ord, gitt en viss konfigurasjon av materie, kan det faktiske romtidsstoffet til universet endres på betydelige måter.

En av de fantastiske konsekvensene av relativitetsteori er at bevegelse kan resultere i en forskjell i måten tiden går på, en prosess kjent som tidsutvidelse . Dette er mest dramatisk manifestert i klassikeren Tvillingparadoks . Med denne metoden for 'tidsreise' kan du bevege deg inn i fremtiden raskere enn normalt, men det er egentlig ingen vei tilbake. (Det er et lite unntak, men mer om det senere i artikkelen.)

Tidlig tidsreise

I 1937 brukte den skotske fysikeren W. J. van Stockum først generell relativitetsteori på en måte som åpnet døren for tidsreiser. Ved å bruke ligningen for generell relativitet på en situasjon med en uendelig lang, ekstremt tett roterende sylinder (som en endeløs barbershop-stang). Rotasjonen av et så massivt objekt skaper faktisk et fenomen kjent som 'frame dragging', som er at det faktisk drar romtiden med seg. Van Stockum fant ut at i denne situasjonen kunne du lage en bane i 4-dimensjonal romtid som begynte og sluttet på samme punkt - noe som kalles en lukket tidslignende kurve - som er det fysiske resultatet som tillater tidsreiser. Du kan sette avgårde i et romskip og reise en sti som bringer deg tilbake til nøyaktig samme øyeblikk som du startet.

Selv om dette var et spennende resultat, var dette en ganske konstruert situasjon, så det var egentlig ikke mye bekymring for at det skulle finne sted. En ny tolkning var imidlertid i ferd med å komme, som var mye mer kontroversiell.

I 1949 bestemte matematikeren Kurt Godel – en venn av Einstein og en kollega ved Princeton Universitys Institute for Advanced Study – seg for å takle en situasjon der hele universet roterer. I Godels løsninger var tidsreiser faktisk tillatt av ligningene hvis universet roterte. Et roterende univers kan selv fungere som en tidsmaskin.

Nå, hvis universet roterte, ville det vært måter å oppdage det på (lysstråler ville bøyd, for eksempel hvis hele universet roterte), og så langt er bevisene overveldende sterke på at det ikke finnes noen form for universell rotasjon. Så igjen, tidsreiser er utelukket av dette bestemte settet med resultater. Men faktum er at ting i universet roterer, og det åpner igjen muligheten.

Tidsreiser og svarte hull

I 1963 brukte New Zealand-matematiker Roy Kerr feltligningene til å analysere en roterende svart hull , kalt et Kerr-svart hull, og fant ut at resultatene tillot en vei gjennom en ormehull i det sorte hullet, mangler singulariteten i midten, og gjør det ut i den andre enden. Dette scenariet tillater også lukkede tidslignende kurver, som teoretisk fysiker Kip Thorne innså år senere.

På begynnelsen av 1980-tallet, mens Carl Sagan jobbet med sin roman fra 1985 Ta kontakt med , henvendte han seg til Kip Thorne med et spørsmål om tidsreisers fysikk, noe som inspirerte Thorne til å undersøke konseptet med å bruke et svart hull som et middel for tidsreise. Sammen med fysikeren Sung-Won Kim innså Thorne at du (i teorien) kunne ha et sort hull med et ormehull som forbinder det med et annet punkt i rommet holdt åpent av en form for negativ energi.

Men bare fordi du har et ormehull betyr det ikke at du har en tidsmaskin. La oss nå anta at du kan flytte den ene enden av ormehullet (den 'bevegelige enden). Du plasserer den bevegelige enden på et romskip, og skyter den ut i verdensrommet på nesten lysets hastighet . Tidsutvidelse starter, og tiden som den bevegelige enden opplever er mye mindre enn tiden den faste enden opplever. La oss anta at du flytter den bevegelige enden 5000 år inn i jordens fremtid, men den bevegelige enden 'aldres' bare 5 år. Så du drar i 2010 AD, si, og ankommer i 7010 AD.

Men hvis du reiser gjennom den bevegelige enden, vil du faktisk sprette ut av den faste enden i 2015 AD (siden 5 år har gått tilbake på jorden). Hva? Hvordan virker dette?

Vel, faktum er at de to endene av ormehullet er koblet sammen. Uansett hvor langt fra hverandre de er, i romtid, er de fortsatt i utgangspunktet 'nær' hverandre. Siden den bevegelige enden bare er fem år eldre enn da den forlot, vil du gå gjennom den, sende deg tilbake til det relaterte punktet på det faste ormehullet. Og hvis noen fra 2015 AD Earth går gjennom det faste ormehullet, ville de kommet ut i 7010 AD fra det bevegelige ormehullet. (Hvis noen gikk gjennom ormehullet i 2012 e.Kr., ville de havnet på romskipet et sted midt på turen og så videre.)

Selv om dette er den mest fysisk fornuftige beskrivelsen av en tidsmaskin, er det fortsatt problemer. Ingen vet om ormehull eller negativ energi eksisterer, og heller ikke hvordan de skal settes sammen på denne måten hvis de eksisterer. Men det er (i teorien) mulig.