Cestování časem se nebere vážněji než představivost spisovatelů sci-fi. Ve skutečnosti se jedná o jedinečný jev - přímé odvození rovnic, které popisují fyziku našeho světa. Co může učinit takové cestování skutečností, je v našem materiálu.
Naše publicistka a fyzik Daria Zaremba věří, že snaha převést myšlenku cestování v čase do praxe může přispět k vědeckému pokroku a nekonvenčním objevům. Koneckonců, tak se rodí exotické záležitosti, fotonické rakety a nové vlastnosti astrofyzikálních objektů. Sestavila slovník mechanismů, které by teoreticky mohly poslat lidi na cestu časem.
B - Warp drive
Osnovní pohon je hypotetická technologie pro cestování do budoucnosti, ve které je v důsledku deformace plátna časoprostoru efekt pohybu vytvářen rychlostí převyšující rychlost světla.
Představte si, že ležíte na koberci a musíte být bez pohybu za hranou. Jedním z možných řešení je zmačknout přední část koberce pod vámi a poté vytáhnout zatažením za záda. Přibližně to samé lze udělat s „kobercem“časoprostoru: toto je princip používaný hypotetickou hvězdnou lodí poháněnou warpovou jednotkou.
Stlačuje prostor před sebou a rozšiřuje ho za sebou, čímž vytváří iluzi pohybu rychlostí několikrát rychlostí světla. V tomto případě nebudou uvnitř kosmické lodi žádné přílivové síly a skutečné zrychlení bude rovno nule.
Posádka může snadno popíjet koktejly ze slámek nebo si dokonce odpočinout v bublající jacuzzi, zatímco hvězdná loď se šíleně „nahrabává“časoprostor pro sebe a vezme cestovatele do útrob galaxie.
Propagační video:
Jedním modelem strojního času založeného na technologii warp drive je Alcubierri Bubble, pojmenovaná po mexickém vynálezci Miguel Alcubierri.
Celá fyzika cestování do budoucnosti na takové „jednotce“je založena na postulátech Zvláštní teorie relativity, která říká, že po zastavení bubliny najde posádka vnější svět ve věku po mnoho let, protože pro ně se čas uvnitř bubliny zpomalil.
V tomto případě nedojde k porušení zásady absolutnosti rychlosti světla, protože v tomto případě pohyb rychleji než světlo neznamená, že se bublina sama pohybuje takovou rychlostí, ale že bublina dosáhne svého cíle rychleji než paprsek světla pohybující se mimo bublinu.
K vytvoření takového efektu deformace časoprostoru je však nutná zvláštní záležitost, která vykazuje nekonvenční fyzikální vlastnosti - „exotická hmota“, která vytvoří kolem vesmírné lodi skořápku (bublinu) a poskytne samotné „hrabání“prostoru. I když pokrok ve výrobě této látky nebyl pozorován, zdůvodnění vhodnosti warpového pohonu je v praxi spíše omezené.
Teoretický mechanismus osnovy.
D - Gravitace
Gravitace - v širokém smyslu - projev zakřivení časoprostoru, v užším smyslu - síla, která přitahuje objekty.
Známý zaměstnanec patentového úřadu - Albert Einstein pomohl otevřít brány světu „time managementu“. Aby toho dosáhl, potřeboval založit pouze dvě věci: za prvé - ten prostor a čas jsou neoddělitelně spjaty, za druhé - že masivní těla s jejich hmotou jsou schopna deformovat toto časoprostorové plátno a vytvářet gravitaci.
Jinými slovy, Einstein dokázal, že Země (stejně jako jiná podobná masivní těla) „ohýbá“„trampolínu“prostoru svou hmotou (vytvářející kruhové oběžné dráhy kolem sebe), zároveň ohýbá čas, konkrétně zpomaluje svůj průběh, když se přibližuje na povrch (a hlouběji).
Revoluční povahou této myšlenky bylo to, že poprvé nebylo v klasické mechanice vnímáno jako absolutní hodnota. Bylo zjištěno, že náramkové hodinky horníka a horolezec klíštěte jinak (i když nepostřehnutelně v takovém měřítku), dvojče bratra žijícího u řeky je mladší (opět, ne významně) jeho bratr žijící v domě na hoře a jádro Země je mladší jeho povrch.
Bylo tedy nalezeno způsob, jak zpomalit „svůj čas“, a tím cestovat do budoucnosti, přiblížit se například tělu, jehož hmotnost je mnohonásobně větší než hmotnost Země, a poté se vrátit na domovskou planetu a uvažovat o světě budoucnosti.
D - Černá díra
Černá díra je objekt v prostoru, který se zhroutil pod vlivem svých vlastních gravitačních sil do takové míry, že ani elektromagnetické záření nemůže uniknout ze svého gravitačního pole.
Nejlepším objektem do budoucnosti, pokud zvolíte gravitační mechanismus ovlivňující čas, je určitě černá díra.
Chcete-li procházet takovou cestou, musíte do ní jít přímo do vesmíru. Jděte tam super silným kabelem, ale jen proto, abyste nepřekročili horizont události - hranici v černé díře, následovanou „spaghettifikací“- natahování a trhání všech objektů, které se tam dostaly pod vlivem singulární gravitace.
Dokud visíte v této poloze, čas se vám zpomalí. Zároveň je to pro sebe zcela nepostřehnutelné, protože vše ve vašem referenčním rámci se zpomaluje: metabolismus, biologické hodiny, tlukot srdce, pohyb elektronů v atomech atd.
Ale pokud byste nějak zázračně mohli špehovat pozemšťany ze své černé díry, pak by se vám zdálo, že se pohybují desetinásobně zrychlenou rychlostí! A při pohledu na vás by si mysleli, že sledují video se zpomaleným efektem.
Váš jeden den poblíž černé díry tedy odpovídá téměř třem letům života na Zemi (záleží také na tom, jak blízko jste k horizontu - čas se zastaví vůbec). A když se tak málo visíte, vrátíte se na svou domovskou planetu, všimnete si, že svět je ve vaší nepřítomnosti dost starý. Voila - jste v budoucnosti!
Mechanismus cestování do budoucnosti prostřednictvím dilatace času v blízkosti horizontu události černé díry. Kužely na obrázku jsou „kužely světla“- hypersurface časoprostoru, který omezuje oblasti budoucnosti a minulosti vzhledem k dané události. Sklon kužele ukazuje změnu času pro astronauta. Další podrobnosti o struktuře světelného kužele na obrázku níže:
Lehký kužel.
Kromě toho, že se používají jako „gravitační moderátor“, mohou být pro cestování do minulosti užitečné rotující černé díry. Skutečnost je taková, že díky svému gravitačnímu poli jsou schopni vytvářet tzv. „Uzavřené časové křivky“, po kterých se může cestovatel pohybovat zpět v čase.
Ale „užitečnost“černých děr jako časových strojů tam nekončí. Podle anglického fyzika a matematika Rogera Penrose mohou některé černé díry - zejména ty, které mají náboj nebo rotaci - sloužit jako „brány“do vesmíru budoucnosti.
Podle Penroseova diagramu, za horizontem události, jsou prostorové souřadnice zaměněny za časové.
Neobvyklá věc o černých dírách s nábojem nebo s momentem rotace je, že by měly mít dva takové horizonty událostí. Nahrazení prostorových a časových souřadnic bude tedy také probíhat dvakrát.
Ukazuje se, že, když skočí do takové díry, astronaut nejprve překoná jeden horizont událostí - bod bez návratu a potom druhý, následovaný vesmírem budoucnosti. Je však nepravděpodobné, že by se takové odvážlivci našli, takže hypotéza zůstává nejistá.
З - Uzavřená časová křivka
Uzavřená časová křivka je světová čára (křivka v časoprostoru, která popisuje pohyb těla) ve struktuře časoprostoru, která vrací objekt na událost (bod v časoprostoru), kterou již prošel.
ZVK - jedno z matematických řešení rovnice obecné relativity. Právě tento fyzický jev je nejčastěji interpretován jako hlavní mechanismus cestování do minulosti.
Podle gravitačních rovnic se může tvořit uzavřená časová křivka, kde se masivní objekt nebo silné gravitační pole pohybuje a doslova „táhne“časoprostor za ním. ZVK tedy může například vytvořit pouze rotující černé díry - statické gravitační pole je nemůže vytvořit.
Pohybující se podél CEC se objekt vrací ke stejným prostorovým souřadnicím, ze kterých opustil, ale s časem příjezdu před jeho výstupem. To znamená, že to vlastně dělá cestu do minulosti.
L - Laser
Laser (od zesílení světla stimulovanou emisí záření) je zařízení, které vydává intenzivní monochromatický úzký elektromagnetický paprsek šíření na velké vzdálenosti.
Díky svým vlastnostem má laserový paprsek zvýšenou hustotu energie, která může dokonce překročit hustotu energie jaderného výbuchu (s maximálním snížením šířky paprsku).
Autorem jednoho z nejjednodušších a sofistikovaných časových strojů v implementaci je teoretický fyzik z University of Connecticut, Ronald Mallett.
Myšlenka na vytvoření takového zařízení přišla od profesora v raném dětství, když jeho otec nečekaně zemřel na infarkt ve věku 33 let. Profesor opakovaně připustil, že vše, co dosáhl v oblasti vědy, je založeno na jeho nekonečné lásce k jeho otci a touze ho znovu vidět.
Po mnoho let Ronald pracoval na svém modelu časového stroje, schovával jej před kolegy a „schovával se“za studiem černých děr. A ve věku asi 70 let se mu podařilo dosáhnout požadovaného výsledku.
Model Mallet je založen na energii laserového paprsku. A jeho vytvoření usnadnila nejslavnější Einsteinova rovnice - E = mc2.
Z tohoto legendárního vzorce vyplývá, že hmota je ekvivalentní energii, což znamená, že by se vesmírné plátno mělo také pod vlivem vysokých energií zkreslovat.
Nyní pojďme mluvit o energii elektromagnetického záření (v úzkém smyslu - světlo). Jak víte, přenáší se pomocí fotonů - „částí“elektromagnetického záření. Ten má zase energii, kterou lze vypočítat pomocí speciálního vzorce: E = hv, kde h je koeficient proporcionality (Planckova konstanta) a nu je fotonová frekvence.
Ukazuje se tedy, že paprsek světla může také vytvořit gravitační pole, protože má energii. Právě tato myšlenka položila základy vědeckých prací Ronalda Malleta.
Vědec vzal silný laserový paprsek a pomocí systému zrcadel ho nechal cirkulovat v kruhu a vytvořil takzvaný laserový prsten. Myšlenka je taková, že časoprostorové plátno uvnitř tohoto prstence je zdeformované a krouceno jako vířivá vana.
Při míchání čaje lžičkou pozorujeme to samé. Díky těmto „manipulacím“se spolu s prostorem čas uvnitř kruhu uzavírá do smyčky, což umožňuje přesouvat objekty, které se dovnitř dostaly do minulosti.
Geometrie časového stroje Ronalda Malletta.
Podle profesora bude taková jednotka schopna posílat kódované zprávy do minulosti a včas přenášet částice. Je pravda, že taková zpráva bude schopna cestovat pouze do vytvoření tohoto časového stroje: bude sloužit jako vysílač i příjemce.
Tak bude například možné varovat lidi z minulosti o hrozících katastrofách. Pokud jde o pohyb makro-objektů tímto způsobem, budou mít vědci, jak se říká, pot.
Takový stroj času však není bez jeho „nástrah“. Například, teorie byla kritizována Allen Everett a Ken Olum pro nesprávně zvolenou geometrii časoprostoru pro vytvoření očekávané uzavřené časové křivky (CTC).
Vědci byli také zahanbeni potřebným množstvím energie: podle svých výpočtů musí průměr laserového prstence přesahovat velikost viditelného vesmíru, aby vyprovokoval SEC ve vesmíru. A i když se Ronald pokusil snížit množství energie potřebné zpomalením světelného výkonu svého laseru, pomalé paprsky se ve studii ukázaly jako zbytečné.
O - negativní energie
Negativní energie je jednou z odrůd „exotické hmoty“(přesněji „energie“), získávané Casimirovým efektem, který lze použít k cestování do minulosti ak udržení červí díry.
Ve zjednodušené formě lze „recepturu“pro získání takové energie popsat takto:
Vezměte dvě nenabité kovové platiny a umístěte je do vakua. Desky spojujeme co nejvíce, ale nedotýkají se jich.
Pozorujeme vzájemnou přitažlivost desek. To je způsobeno skutečností, že vakuum skutečně má energii - ačkoli neobsahuje částice, které jsou nám známé, neustále vznikají páry virtuálních částic a antičástic, které v sobě ničí (vzájemně se ničí).
Takové procesy vytvářejí tlak. Ale protože jsme nechali malou mezeru mezi deskami, koncentrace částic antičástic je mnohem menší než v prostoru kolem. Silnější tlak zvenčí proto začíná přibližovat desky k sobě.
Desky při zatahování snižují vakuovou energii mezi nimi pod normální nulový bod, čímž vytváří prostor negativní energie.
Casimirův efekt.
Fenomén výskytu negativní energie v důsledku takového experimentu se nazývá Casimirův efekt - na počest nizozemského fyzika Hendrika Casimira. Taková energie může potenciálně způsobit časo-časové zakřivení nezbytné pro cestování do minulosti.
Množství takto generované negativní energie je však zanedbatelné ve srovnání s tím, kolik je potřeba pro vlastní deformační účinek. Jak však vědci poznamenávají, vývoj mechanismu je již dobrým pokrokem.
R - relativistické účinky
Relativistické efekty jsou fyzické jevy pozorované, když se objekt pohybuje rychlostí blízkého světla. Jsou předmětem studia relativistické mechaniky založené na Speciální teorii relativity.
Mezi všechny relativistické účinky, jako je zvýšení hmotnosti, snížení délky objektu, nejzajímavější a nejpraktičtější z hlediska použití v cestování v čase, je účinek časové dilatace.
Podle Zvláštní teorie relativity pro tělo pohybující se rychlostí srovnatelnou s rychlostí světla se čas zpomaluje relativně k tělům v klidu.
Tato teorie našla své experimentální potvrzení v roce 1971, kdy dva zoufalí fyzici Hafele a Keating letěli po celém světě dvakrát se čtyřmi atomovými hodinami na palubě. Po přistání zjistili, že cestovní hodinky skutečně zaostávají za zbývajícími hodinami na námořní observatoři Spojených států.
Jako příležitost pro cestování v čase by to mohlo vypadat takto. Řekněme, že jste našli způsob, jak urychlit svou kosmickou loď na 99,5 procent rychlosti světla. V tomto případě se můžete dostat k jedné z nejbližších hvězd, řekněme za minutu. Na Zemi uběhnou čtyři roky.
Cestou tam a zpět budete tedy trávit dvě minuty svého subjektivního času - kvůli dilataci času v lodi a když se vrátíte na Zemi, najdete ji o osm let starší.
Mimochodem, žehnej velkému Einsteinovi pokaždé, když hledáte online hamburger v online mapách: pokud satelity GPS nezohlednily tato rychlostní zpomalení času (a pohybují se orbitální rychlostí 14 000 km / h), značka místa, které potřebujete, se zobrazí s kilometrovou chybou …
Zrychlení na rychlost blízkou rychlosti světla však není snadné. Einstein prokázal, že rychlost světla je maximální možná rychlost pohybu a lze ji dosáhnout pouze něčím bez hmoty. Čím větší je hmotnost objektu, tím menší je pravděpodobnost dosažení rychlosti blízkého světla.
Jedním z důvodů je kolosální nárůst hmotnosti při dosažení rychlosti blízkého světla. Proto se například fotony, částice světla, které nemají zbytkovou hmotu, mohou pohybovat s takovou rychlostí.
Ačkoli dnes existují nápady na vytvoření takzvaných fotonických raket (jako je raketa norského profesora Hauga), zrychlení na takové rychlosti je neslučitelné se životem posádky kvůli přílišnému přetížení. Takže zatím mluvíme o tomto způsobu cestování do budoucnosti pouze teoreticky.
H - červí díra
Červí díra nebo červí díra je teoretická pasáž ve struktuře spacetime, která spojuje dvě vzdálené události (body v spacetime) ve vesmíru.
Červí díry jsou jako posuvné černé díry. Mají také horizont událostí, ale až po jeho průchodu vás to neroztrhne pod vlivem silné gravitace, ale pouze „vyplivne“z opačné strany, už v jiném bodě časoprostoru (hlavní věcí není zaměnit černou díru s krtek, jinak místo cestování do jiného) čas se přesunete „do dalšího světa“).
Tyto vchody a východy se nazývají ústa a jsou propojeny hrdlovým tunelem procházejícím vesmírem. Červí díra může propojovat minulé i budoucí události.
Existuje předpoklad, že celý náš vesmír je posílen červími dírami. Teprve nyní existují ve formě „kvantové pěny“na neuvěřitelně mikroskopických úrovních: jsou tolikrát menší než atomové jádro, stejně jako je jádro menší než planeta Země (mluvíme o takzvané pěně časoprostoru od Johna Wheelera).
A existuje hypotéza, že v průběhu expanze vesmíru by se tyto mikroskopické červí díry mohly zvětšit na znatelnou velikost.
Vědci také naznačují, že černé díry mohou být pro některé červí díry „vstupními ústy“. Podle slavného astrofyzika-teoretika a kosmologa Igor Novikov nemusí být jádrem některých galaxií supermasivní černé díry, ale vstup do červí díry.
Proto, jak poznamenává profesor, při hledání červí díry bychom se měli nejprve podívat do středu galaxie. Podle vědce je docela možné, že některé červí díry mohou spojovat události (body v časoprostoru) dvou různých vesmírů.
Problém s červí dírou je však v tom, že se zhroutí dříve, než skrze ni může něco projít. A aby se červí díra stala průchodnou a víceméně stabilní, je zapotřebí pole se zápornou hustotou energie, které udrží jeho ústa otevřená.
Antigravitace vytvořená takovou hmotou bude působit proti gravitačním silám („mačkání“) červí díry, a tak bude možné donutit ji, aby zůstala déle v průchodném stavu, a současně zvětšovat její velikost.
Populární americký fyzik a astronom Kip Thorne navrhl mechanismus pro udržování červí díry umístěním rovnoběžných vodivých desek na opačné strany.
To podle Casimirova efektu vytvoří na obou stranách negativní energii, což zabrání kolapsu doupě. Zároveň se pod vlivem negativní energie červí díra rozšíří, což je velmi užitečné, pokud jste zvyklí cestovat v čase v působivé vesmírné lodi (pokračování Thornovy hypotézy, astrofyzik z Cambridge University Luke Butcher navrhl efektivnější způsob, jak vytvořit negativní energii uvnitř červí díry generováním jeho červí díra, bez použití desek).
Množství této negativní energie k udržení červí díry však musí být obrovské. Výpočty zároveň ukazují, že toto číslo má svůj vlastní limit, což spisovatele sci-fi trochu uklidňuje.
Modeling Kip Thorn vzhledu červí díry v závislosti na jeho délce a objektivu.
E - Exotická hmota
Exotická hmota je hmota, která se svým způsobem liší od klasické a má „exotické“vlastnosti. To bude považováno za hmotu, která má zápornou hmotnost nebo je schopna se pohybovat superluminální rychlostí, nebo sestávající z částic, které se liší od obvyklých baryonů (tj. Protonů a neutronů) - například tmavé hmoty.
V teorii cestování časem hraje exotická hmota jednu z klíčových rolí při realizaci cestování do minulosti. Teoretici říkají, že pokud je vytvořena nebo objevena exotická látka, která může nekonvenčním způsobem deformovat časoprostor, může se ve struktuře časoprostorového kontinua vytvořit časová smyčka, která je vhodná pro pohyb zpět v čase.
O tom svědčí například autor jednoho z nejpřesnějších matematických modelů časového stroje - Traversable acausal retrográdní domény v spacetime (TARDIS) - kanadský matematik a fyzik Ben Tippett:
"Efekt zakřivení časoprostoru, s nímž jsme nejznámější, je gravitace: táhne nás směrem ke středu Země a planetám směrem ke Slunci."
Ale v Einsteinově teorii může zakřivení časoprostoru vyvolat mnohem rozmanitější efekty: rotující masivní těla přitahují blízké objekty ve směru jejich rotace; Vesmír se rychle rozšiřuje; masivní objekty mohou způsobit gravitační vlny nedávno měřené observatoř Ligo, “poznamenává vědec.
Podle něj vám Einsteinova teorie umožňuje propojit různé typy zakřivení časoprostoru s jinou povahou dané záležitosti. "Naše geometrie časoprostoru byla navržena tak, aby umožňovala cestování časem, a Einsteinova rovnice nám říká typ hmoty, která ohýbá vesmír tímto způsobem svou hmotností: zejména exotická hmota."
Podle Tippetova modelu by tedy měl být stroj času něco jako „box“(fyzicky hmotná struktura) obklopený exotickou hmotou.
Navíc by negativní hustota energie měla v této záležitosti propůjčit „exotiku“: jinými slovy, měla by vytvořit něco jako antigravitační pole a ohýbat časoprostor neobvyklým způsobem pro nás - tak, aby se časová linie uzavřela do prstence a vytvořila uzavřenou časovou křivku.
Pohyb TARDIS Ben Tippetta ve vesmírném čase - podél uzavřené časové křivky.
"Stačí jej distribuovat na vnější stranu 'stroje' a vesmír se bude ohýbat podle potřeby v závislosti na jeho přítomnosti," vysvětluje Ben.
Ben ve svém článku zveřejněném 31. března 2017 v časopise Classical and Quantum Gravity představil všechny výpočty, které prokazují možnost vytvoření takového časového stroje.
K udržení propustnosti červích děr je také zapotřebí exotická hmota s antigravitačními vlastnostmi. Dnes je nejvhodnější typ exotické hmoty považován za negativní energii generovanou v důsledku Casimirova efektu.
Cestování časem se vám nezdá tak fantastické? V dalším článku Darie Zaremby si přečtěte o tom, co brání lidstvu snít o těchto přemístěních - o vyvracení myšlenkových experimentů, paradoxech cestování do minulosti a jejich řešení.
Daria Zaremba