Călătoria în timp, un ghid pentru începători: de la viteza luminii la găurile negre și conjectura lui Hawking. Plus paradoxuri
Învață cum funcționează Universul conform teoriei relativității lui Einstein și descoperă de ce nimic din știință nu neagă posibilitatea călătoririi în timp. Bonus: niște paradoxuri interesante.
Oricine poate călători în timp. O faci indiferent dacă vrei sau nu într-un ritm constant de o secundă pe secundă. Ai putea crede că nu există nicio asemănare între călătoritul într-unul dintre cele trei spații dimensionale cu, să zicem, un metru pe secundă, cu călătoritul în timp.
Însă, potrivit teoriei relativității lui Einstein, trăim într-un continuum patru dimensional – spațiu-timp– în care spațiul și timpul sunt interschimbabile.
Einstein a descoperit că viteza de deplasare în spațiu o afectează pe cea cu care te miști în timp; mai exact: cu cât te miști mai repede în spațiu, cu atât mai lent o faci în timp. Cu alte cuvinte, îmbătrânești mai lent.
Viteza luminii
Una dintre ideile cheie din teoria relativității este că nimic nu se poate deplasa mai repede decât viteza luminii de aproximativ 300.000 de kilometri pe secundă sau un an-lumină pe an.
Însă te poți apropia foarte mult de ea.
Dacă o navă spațială ar zbura cu 99% din viteza luminii ai vedea-o călătorind o distanță de un an-lumină într-o perioadă de timp de puțin peste un an.
Asta este evident foarte rapid dar aici intervine partea ciudată: pentru astronauții de la bordul navei călătoria ar dura doar 7 săptămâni, o consecință a relativității numită dilatarea timpului.
În practică asta înseamnă că astronauții au „sărit” cu aproximativ 10 luni în viitor.
Însă nu doar deplasarea cu viteze foarte rapide poate provoca dilatarea timpului. Câmpurile gravitaționale produc un efect similar – chiar și câmpul relativ slab al Pământului.
Noi nu observăm asta fiindcă ne petrecem toată viața aici însă la o înălțime de peste 20.000 de kilometri gravitația este măsurabil mai slabă și timpul trece mai încet, cu aproximativ 45 de microsecunde pe zi.
Asta este mai important decât ai crede fiindcă altitudinea respectivă este cea la care sateliții GPS orbitează în jurul planetei noastre și ceasurile lor trebuie să fie sincronizate perfect cu cele de la sol pentru ca sistemul să funcționeze cum trebuie.
FOTO: Andrey Armyagov / Alamy / Profimedia Images
Obiecte exotice
Însă pentru efecte mai dramatice trebuie să ne uitâm la câmpuri gravitaționale mai puternice, precum cele din jurul găurilor negre care care pot distorsiona spațiu-timpul atât de mult încât acesta se pliază înapoi asupra sa.
Rezultatul este o așa numită gaură de vierme (wormhole), un concept familiar fanilor filmelor sci-fi dar care de fapt își are originea în teoria relativității lui Einstein.
O gaură de vierme este o scurtătură între două puncte ale timp-spațiului. Intri într-o gaură neagră și ieși din alta altundeva.
Din păcate aceasta nu este o modalitate de transport atât de practică pe cât o face Hollywood-ul să pară fiindcă gravitația găurii negre te-ar dezintegra pe măsură ce te apropii de ea. Dar găurile de vierme sunt cu adevărat posibile la nivel teoretic.
Iar întrucât vorbim despre spațiu-timp, nu doar spațiu, ieșirea găurii de vierme ar putea fi într-o instanță mai timpurie decât intrarea; asta înseamnă că ai ajunge în trecut în loc de viitor.
Traiectoriile din spațiu-timp care se întorc în trecut sunt numite „curbe temporale închise” (closed timelike curves). Dacă ai curiozitatea să cauți termenul prin reviste științifice serioase vei găsi o grămadă de referințe la ele – cu mult mai multe decât la „călătoritul în timp”.
Dar în realitate aceste curbe temporale despre exact asta sunt – călătoritul în timp.
Mai există o modalitate de a crea o curbă temporală închisă care nu implică lucruri atât de exotice precum o gaură neagră sau o gaură de vierme: ai nevoie doar de un simplu cilindru rotativ făcut dintr-un material super-dens.
Așa numitul Cilindru Tipler este cel mai apropiat lucru pe care fizica din lumea reală îl poate propune care să aducă a mașină a timpului veritabilă.
Însă cel mai probabil acesta nu va fi construit niciodată. Așadar, la fel ca găurile de vierme, Cilindrul Tipler este mai degrabă o curiozitate academică decât un proiect viabil de inginerie.
FOTO: Ramond Andrada 3Dciencia / Sciencephoto / Profimedia Images
Conjectura protecției cronologice
Oricât de implauzibile sau extravagante ar părea aceste lucruri în termeni practici, nu există niciun motiv științific fundamental – pe care să-l cunoaștem în prezent – care să spună că ele sunt imposibile.
Aceasta este o situație care dă de gândit fiindcă, după cum îi place fizicianului Michio Kaku să spună, „tot ce nu este interzis este obligatoriu” (replică împrumutată din romanul lui T.H. White „The Once And Future King”).
Kaku nu se referă la faptul că peste tot trebuie să aibă loc călătoriile în timp ci sugerează că Universul este atât de vast încât acestea ar trebui să se întâmple cel puțin ocazional în unele locuri.
Poate că o civilizație extrem de avansată dintr-o altă galaxie știe cum să construiască o mașină a timpului funcțională sau poate că, în anumite condiții rare, curbele temporale închise pot apărea în mod natural.
Iar de aici apar probleme de o altă natură – nu de știință sau inginerie ci de logică de bază.
Dacă legile fizicii permit călătoritul în timp, atunci ne putem imagina o întreagă gamă de scenarii paradoxale. Unele din acestea par atât de lipsite de logică încât este greu să ne imaginăm că ele ar putea avea loc vreodată.
Însă dacă nu o pot face, ce le oprește?
Astfel de gânduri l-au făcut pe Stephen Hawking, care mereu a fost sceptic cu privire la ideea de călătorit în timp, să formuleze „conjectura protecției cronologice” – noțiunea că o lege a fizicii încă nedescoperită împiedică formarea curbelor temporale închise.
Însă conjectura este doar o supoziție și până când ea nu va fi susținută de dovezi puternice putem trage o singură concluzie: călătoritul în timp este posibil.
FOTO: PxHere
O petrecere pentru călători și săgeata timpului
Hawking era sceptic cu privire la fezabilitatea călătoriilor în timp în trecut nu fiindcă demonstrase că acestea nu pot avea loc ci fiindcă era contrariat de paradoxurile logice pe care ele le creează.
Acesta a presupus în conjectura protecției cronologice că fizicienii vor descoperi în cele din urmă o breșă în teoria curbelor temporale închise care va demonstra că ele sunt imposibile iar în 2009 s-a gândit la o metodă amuzantă de a-și testa ideea.
Hawking a organizat o petrecere difuzată de emisiunea sa de pe Discovery Channel dar i-a făcut reclamă doar după ce a avut loc.
Raționamentul său a fost că dacă mașinile de călătorit în timp devin vreodată practice, cineva din viitor ar putea citi despre petrecere și s-ar întoarce în trecut să participe. Însă nimeni nu a făcut-o și Hawking a rămas singur cu șampania.
Experimentul său nu demonstrează imposibilitatea călătoritului în timp dar sugerează că el nu devine niciodată comun aici pe Pământ.
Unul dintre lucrurile distinctive cu privire la timp este că acesta are o direcție – din trecut înspre viitor.
O cană de cafea fierbinte lăsată la temperatura camerei se va răci mereu; nu se încălzește niciodată. Bateria telefonul tău smart se descarcă atunci când îl folosești; ea nu se încarcă niciodată (dacă nu folosești încărcătorul, evident).
Acestea sunt exemple ale entropiei, esențialmente o măsură a energiei „nefolositoare” în opoziție față de cea „utilă”.
Entropia unui sistem închis crește întotdeauna și ea este un factor cheie pentru a stabili săgeata timpului. De fapt, entropia este singurul lucru care face o distincție clară între trecut și viitor.
Însă în alte domenii ale fizicii precum relativitatea sau teoria cuantică, timpul nu are o direcție preferată. Nimeni nu știe de unde vine săgeata timpului.
Este posibil ca ea să se aplice doar sistemelor complexe mari, caz în care particulele subatomice s-ar putea să nu fie influențate de săgeata timpului.
FOTO: Lwp Kommunikáció / Flickr
Paradoxuri ale călătoritului în timp
Dacă este posibil să călătorim înapoi în trecut – chiar și teoretic – acest lucru naște o serie de paradoxuri care îi lasă perplecși chiar și pe cei mai renumiți oamenii de știință și filozofi.
Uciderea lui Hitler. Un călător în timp ar putea decide să se întoarcă în trecut să îl ucidă înainte de a deveni conducătorul Germaniei naziste. Însă dacă reușește să facă asta, cărțile de istorie nici măcar nu l-ar menționa pe Hitler, așadar care ar fi motivația sa de a se întoarce în timp pentru a-l ucide?
Uciderea bunicului. În loc să îl ucidă pe un Hitler tânăr, un călător în timp ar putea să-l ucidă din greșeală pe unul dintre strămoșii săi când era foarte tânăr. Dar atunci călătorul nu s-ar fi născut niciodată. Așadar nu s-ar fi putut întoarce în timp să-l ucidă, prin urmare s-ar fi născut până la urmă și așa mai departe…
O buclă de timp închisă. Să presupunem că schițele pentru o mașină a timpului se materializează brusc pe biroul tău. Petreci câteva zile construind-o iar apoi folosești mașina, trimițând planurile înapoi unei „versiuni” anterioare ale tale. Însă de unde au provenit acele schițe? De nicăieri – ele doar se învârt într-o buclă infinită a timpului.
Sursă: Live Science
Aceasta a fost o ediție specială a Nerd Alert, de săptămâna viitoare revenim la formatul obișnuit cu știri din domeniile care ne plac. În caz că vrei să citește rubrica de săptămâna trecută, o găsești aici:
INTERVIURILE HotNews.ro