Cestovanie časom sa neberie vážne ako predstavivosť autorov science fiction. V skutočnosti je to jedinečný fenomén - priame odvodenie rovníc, ktoré opisujú fyziku nášho sveta. Čo môže urobiť takéto cestovanie realitou, je v našom materiáli.
Naša publicistka a fyzikka Daria Zaremba verí, že snaha o premietnutie myšlienky cestovania v čase do praxe môže prispieť k vedeckému pokroku a nekonvenčným objavom. Koniec koncov, takto sa rodia exotické látky, fotonické rakety a nové vlastnosti astrofyzikálnych objektov. Zostavila slovník mechanizmov, ktoré by teoreticky mohli ľudí poslať na cestu časom.
B - Osnovná jazda
Osnovný pohon je hypotetická technológia cestovania do budúcnosti, pri ktorej sa vplyvom deformácie plátna časopriestoru vytvorí efekt pohybu rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla.
Predstavte si, že ležíte na koberci a musíte byť bez pohybu za prednou hranou. Jedným z možných riešení je pokrčenie prednej časti koberca pod vami a potom vytiahnutím dozadu. Približne to isté sa dá urobiť s „kobercom“časopriestoru: toto je princíp používaný hypotetickou hviezdnou loďou poháňanou osnovnou jednotkou.
Komprimuje priestor pred sebou a rozširuje ho za sebou, čím vytvára ilúziu pohybu niekoľkokrát rýchlosťou svetla. V tomto prípade nebudú vo vesmírnej lodi žiadne prílivové sily a skutočné zrýchlenie sa bude rovnať nule.
Posádka môže ľahko popíjať koktaily zo slamiek alebo dokonca relaxovať v bublajúcej vírivke, zatiaľ čo hviezdna loď sa šialene „zhrabne“časopriestor pod sebou a vezme cestujúcich do útrob Galaxie.
Propagačné video:
Jedným z modelov strojového času založeného na technológii osnovného pohonu je Alcubierri Bubble, pomenovaná po svojom mexickom vynálezcovi Miguel Alcubierri.
Celá fyzika cestovania do budúcnosti na takejto „jednotke“je založená na postulátoch Osobitnej teórie relativity, ktoré hovoria, že po zastavení bubliny nájde posádka okolitý svet na mnoho rokov, pretože pre nich sa čas vo vnútri bubliny spomalil.
V tomto prípade nedôjde k porušeniu zásady absolútnosti rýchlosti svetla, pretože v tomto prípade pohyb rýchlejšie než svetlo neznamená, že sa bublina sama pohybuje takou rýchlosťou, ale že bublina dosiahne svoj cieľ rýchlejšie ako lúč svetla pohybujúci sa mimo bubliny.
Ale na vytvorenie takého efektu deformácie časopriestoru je potrebná špeciálna hmota, ktorá vykazuje nekonvenčné fyzikálne vlastnosti - „exotickú hmotu“, ktorá vytvorí okolo vesmírnej lode škrupinu (bublinu) a bude poskytovať „hrabanie“vesmíru. Aj keď pokrok vo výrobe tejto látky nebol pozorovaný, odôvodnenie vhodnosti osnovného pohonu v praxi je dosť obmedzené.
Teoretický mechanizmus osnovy.
D - Gravitácia
Gravitácia - v širšom zmysle - prejav zakrivenia časopriestoru, v užšom zmysle - sila, ktorá priťahuje objekty.
Známy zamestnanec patentového úradu - Albert Einstein pomohol otvoriť brány svetu „riadenia času“. Aby to urobil, potreboval iba dve veci: po prvé - ten priestor a čas sú neoddeliteľne spojené, po druhé - že masívne telá s ich hmotnosťou sú schopné deformovať toto vesmírne plátno a vytvárať gravitáciu.
Inými slovami, Einstein dokázal, že Zem (podobne ako iné podobné masívne telá) „ohýba“„trampolínu“vesmíru svojou hmotou (vytvára okolo seba kruhové obežné dráhy) a súčasne ohýba čas, konkrétne spomaľuje svoj priebeh, keď sa približuje na povrch (a hlbšie).
Revolučná povaha tejto myšlienky spočívala v tom, že prvýkrát sa už v klasickej mechanike nepovažovala za absolútnu hodnotu. Zistilo sa, že náramkové hodinky horníka a horolezca kliešte inak (aj keď je to v takom rozsahu nepostrehnuteľné), dvojča žijúce pri rieke je mladšie (opäť, nie výrazne) jeho brat, ktorý žije v dome na horách, a jadro Zeme je mladšie. jeho povrch.
Zistilo sa teda, že existuje spôsob, ako spomaliť „svoj“čas a tým cestovať do budúcnosti, napríklad k telu, ktorého hmota je mnohonásobne väčšia ako hmota Zeme, a potom sa vrátiť na domácu planétu a uvažovať o svete budúcnosti.
D - Čierna diera
Čierna diera je objekt v priestore, ktorý sa zrútil pod vplyvom svojich vlastných gravitačných síl do tej miery, že ani elektromagnetické žiarenie nemôže uniknúť z jeho gravitačného poľa.
Najlepším objektom na cestu do budúcnosti, ak si vyberiete gravitačný mechanizmus ovplyvňujúci čas, je určite čierna diera.
Ak sa chcete touto cestou pohybovať, budete musieť ísť priamo do vesmíru. Choďte dolu superpevným káblom, ale len aby ste neprekročili horizont udalostí - hranicu v čiernej diere nasledovanú „špagetizáciou“- natiahnutie a roztrhnutie všetkých predmetov, ktoré sa tam dostali pod vplyvom jedinečnej gravitácie.
Pokiaľ visíte v tejto polohe, čas sa vám spomalí. Zároveň je to pre vás úplne nepostrehnuteľné, pretože všetko vo vašom referenčnom rámci sa spomaľuje: metabolizmus, biologické hodiny, tlkot srdca, pohyb elektrónov v atómoch atď.
Ale ak by ste nejakým zázračným spôsobom mohli špehovať pozemšťanov z vašej čiernej diery, potom by sa vám zdalo, že sa pohybujú desaťnásobne zrýchleným tempom! A tí, ktorí sa na teba pozerajú, by si mysleli, že sledujú video so spomaleným efektom.
Váš jeden deň blízko čiernej diery teda zodpovedá takmer trojročnému životu na Zemi (záleží tiež na tom, ako blízko ste k obzoru - čas sa tam vôbec zastaví). A keď sa tak málo zavesíte a vrátite sa na svoju domovskú planétu, všimnete si, že svet je za vašej neprítomnosti dosť starý. Voila - ste v budúcnosti!
Mechanizmus cestovania do budúcnosti účinkom dilatácie času v blízkosti horizontu udalostí čiernej diery. Kužele na obrázku sú „svetelné kužele“- hypersurface časopriestoru, ktorý obmedzuje oblasti budúcnosti a minulosti vzhľadom na danú udalosť. Sklon kužeľa ukazuje zmenu času pre astronauta. Viac podrobností o štruktúre svetelného kužeľa na obrázku nižšie:
Ľahký kužeľ.
Okrem toho, že sa používajú ako „gravitačný moderátor“, môžu byť pre cestovanie do minulosti užitočné aj rotujúce čierne diery. Faktom je, že vzhľadom na svoje gravitačné pole sú schopné vytvárať takzvané „uzavreté časové krivky“, po ktorých sa môže cestovateľ pohybovať späť v čase.
Ale „užitočnosť“čiernych dier ako strojov času tam nekončí. Podľa anglického fyzika a matematika Rogera Penrose môžu niektoré čierne diery - najmä tie, ktoré majú náboj alebo rotáciu - slúžiť ako „brány“do vesmíru budúcnosti.
Podľa Penroseovho diagramu sú priestorové súradnice za horizontom udalostí zamieňané za časové.
Nezvyčajné na čiernych dierach s nábojom alebo s okamihom rotácie je, že by mali mať dva také horizonty udalostí. V súlade s tým dôjde k dvojitému nahradeniu priestorových a časových súradníc.
Ukazuje sa, že keď skočí do takej diery, astronaut najprv prekoná jeden horizont udalostí - bod bez návratu a potom druhý, za ktorým bude nasledovať vesmír budúcnosti. Je však nepravdepodobné, že by sa takéto odvážlivci našli, takže hypotéza ostáva neistá.
З - Uzavretá časová krivka
Uzavretá krivka podobná času je svetová čiara (krivka v čase v čase, ktorá opisuje pohyb tela) v štruktúre časopriestoru, ktorá vracia objekt na udalosť (bod v čase v čase), ktorú už prešla.
ZVK - jedno z matematických riešení rovnice všeobecnej relativity. Tento fyzikálny jav sa najčastejšie interpretuje ako hlavný mechanizmus cestovania do minulosti.
Podľa gravitačných rovníc sa môže vytvoriť uzavretá krivka podobná času, keď sa za ňou pohybuje hmotný objekt alebo silné gravitačné pole a doslova „ťahá“priestorový čas za ním. ZVK preto môže napríklad vytvárať iba rotujúce čierne diery - statické gravitačné pole ich nemôže vytvoriť.
Pohybujúc sa pozdĺž CEC sa objekt vracia na rovnaké priestorové súradnice, z ktorých opustil, ale s časom príchodu pred jeho výstupom. To znamená, že v skutočnosti robí výlet do minulosti.
L - Laser
Laser (zo zosilnenia svetla stimulovanou emisiou žiarenia) je zariadenie, ktoré vyžaruje intenzívny monochromatický úzky elektromagnetický lúč šírenia na veľké vzdialenosti.
Vďaka svojim vlastnostiam má laserový lúč zvýšenú hustotu energie, ktorá môže dokonca prekročiť hustotu energie jadrového výbuchu (s maximálnym znížením šírky lúča).
Autorom jedného z najjednoduchších a sofistikovaných časových strojov v implementácii je teoretický fyzik univerzity v Connecticute, Ronald Mallett.
Myšlienka vytvoriť takéto zariadenie prišla od profesora už v ranom detstve, keď jeho otec nečakane zomrel na infarkt vo veku 33 rokov. Profesor opakovane pripúšťal, že všetko, čo dosiahol v oblasti vedy, je založené na jeho nekonečnej láske k jeho otcovi a túžbe ho znova vidieť.
Po mnoho rokov Ronald pracoval na svojom modeli časového stroja, skrýval ho pred kolegami a „skrýval sa za štúdiom čiernych dier“. A vo veku asi 70 rokov sa mu podarilo dosiahnuť požadovaný výsledok.
Model spoločnosti Mallet je založený na energii laserového lúča. A jeho vznik uľahčila najslávnejšia Einsteinova rovnica - E = mc2.
Z tohto legendárneho vzorca vyplýva, že hmota je ekvivalentná energii, čo znamená, že priestorovo-časové plátno by malo byť tiež deformované pod vplyvom vysokých energií.
Teraz hovorme o energii elektromagnetického žiarenia (v užšom slova zmysle - svetlo). Ako viete, prenáša sa prostredníctvom fotónov - „častí“elektromagnetického žiarenia. Tieto majú zase energiu, ktorá sa dá vypočítať pomocou špeciálneho vzorca: E = hv, kde h je koeficient proporcionality (Planckova konštanta) a nu je fotónová frekvencia.
Ukazuje sa teda, že lúč svetla môže tiež vytvárať gravitačné pole, pretože má energiu. Práve táto myšlienka položila základy vedeckým prácam Ronalda Malleta.
Vedec vzal silný laserový lúč a pomocou systému zrkadiel ho prinútil obiehať v kruhu, čím vytvoril takzvaný laserový prsteň. Ide o to, že priestorovo-časové plátno v tomto krúžku je zdeformované a krúti sa ako vírivka.
Pri miešaní čaju lyžičkou pozorujeme to isté. Vďaka takýmto „manipuláciám“sa čas vo vnútri krúžku uzatvára do slučky, čo umožňuje presunúť objekty, ktoré sa dostali dovnútra, do minulosti.
Geometria časového stroja Ronalda Malletta.
Podľa profesora bude takáto jednotka schopná posielať kódované správy do minulosti a včas prenášať častice. Je pravda, že takáto správa bude môcť cestovať iba do vytvorenia tohto strojového zariadenia: bude slúžiť ako vysielač aj prijímač.
Napríklad bude možné varovať ľudí z minulosti o hroziacich katastrofách. Pokiaľ ide o pohyb makrobodov týmto spôsobom, vedci budú mať, ako sa hovorí, pot.
Takýto stroj času však nie je bez jeho „nástrah“. Napríklad, teóriu kritizovali Allen Everett a Ken Olum za nesprávne zvolenú geometriu časopriestoru na vytvorenie očakávanej uzavretej časovej krivky (CTC).
Vedci sa tiež trápili potrebným množstvom energie: podľa ich výpočtov musí priemer laserového prstenca podľa svojich výpočtov prekročiť veľkosť viditeľného vesmíru. A hoci sa Ronald pokúsil znížiť množstvo energie potrebnej spomalením svetelného výkonu svojho lasera, pomalé lúče sa v štúdii ukázali ako zbytočné.
O - negatívna energia
Negatívna energia je jednou z odrôd "exotických látok" (presnejšie - "energia"), získaných pomocou Casimirovho efektu, ktorý sa dá použiť na cestovanie do minulosti, ako aj na udržiavanie červích dier.
V zjednodušenej forme možno „recept“na získanie takejto energie opísať takto:
Vezmite dve nenabité kovové platiny a umiestnite ich do vákua. Dosky spájame čo najviac, ale nedotýkajte sa ich.
Pozorujeme vzájomnú príťažlivosť dosiek. Je to spôsobené skutočnosťou, že vákuum v skutočnosti obsahuje energiu - hoci neobsahuje častice, ktoré sú nám známe, stále vznikajú páry virtuálnych častíc a antičastíc, ktoré v ňom ničia (vzájomne sa ničia).
Takéto procesy vytvárajú tlak. Ale pretože sme nechali malú medzeru medzi doskami, koncentrácia antičasticových častíc je oveľa menšia ako v priestore okolo. Silnejší tlak zvonka teda začína priblížiť dosky.
Dosky pri vtiahnutí znižujú vákuovú energiu medzi nimi pod normálnym nulovým bodom, čím vytvárajú priestor negatívnej energie.
Casimirov efekt.
Fenomén výskytu negatívnej energie v dôsledku takéhoto experimentu sa nazýva Casimirov efekt - na počesť holandského fyzika Hendrika Casimira. Takáto energia môže potenciálne spôsobiť časo-časové zakrivenie potrebné na cestu do minulosti.
Množstvo takto generovanej negatívnej energie je však zanedbateľné v porovnaní s tým, koľko je potrebné na správny deformačný účinok. Ako však vedci poznamenávajú, vývoj mechanizmu je už v súčasnosti dobrý pokrok.
R - relativistické účinky
Relativistické efekty sú fyzikálne javy pozorované, keď sa objekt pohybuje rýchlosťou blízkej svetlu. Sú predmetom štúdia relativistickej mechaniky založenej na špeciálnej teórii relativity.
Medzi všetky relativistické účinky, ako je zvýšenie hmotnosti, zníženie dĺžky objektu, najzaujímavejšie a najpraktickejšie z hľadiska použitia v cestovaní v čase, je účinok dilatácie času.
Podľa Osobitnej teórie relativity pre telo, ktoré sa pohybuje rýchlosťou porovnateľnou s rýchlosťou svetla, sa čas spomaľuje v porovnaní s telami v pokoji.
Táto teória našla svoje experimentálne potvrdenie v roku 1971, keď dvaja zúfalí fyzici Hafele a Keating leteli po celom svete dvakrát so štyrmi atómovými hodinami na palube. Po pristátí zistili, že cestovné hodinky skutočne zaostávajú za zostávajúcimi hodinami v námornom observatóriu Spojených štátov.
Ako príležitosť na časovú cestu by to mohlo vyzerať takto. Povedzme, že ste našli spôsob, ako urýchliť svoju vesmírnu loď na 99,5% rýchlosti svetla. V takom prípade sa dostanete k jednej z najbližších hviezd za minútu. Na Zem pominú štyri roky.
Takže na ceste tam a späť strávite dve minúty svojho subjektívneho času - v dôsledku efektu dilatácie času v lodi a keď sa vrátite na Zem, nájdete ju o osem rokov staršiu.
Mimochodom, žehnajte veľkému Einsteinovi zakaždým, keď hľadáte obchod s hamburgermi online v online mapách: ak satelity GPS nezohľadnili tieto spomalenia času (a pohybujú sa orbitálnou rýchlosťou 14 000 km / h), značka miesta, ktoré potrebujete, sa zobrazí s kilometrovou chybou …
Zrýchlenie na rýchlosť blízku rýchlosti svetla však nie je ľahkou úlohou. Einstein zistil, že rýchlosť svetla je maximálna možná rýchlosť pohybu a dá sa dosiahnuť iba pomocou niečoho bez hmoty. Čím väčšia je hmotnosť objektu, tým menšia je pravdepodobnosť dosiahnutia rýchlosti blízkeho svetla.
Jedným z dôvodov je kolosálny nárast hmotnosti pri dosahovaní rýchlostí blízkeho svetla. Preto sa napríklad fotóny, častice svetla, ktoré nemajú pokojovú hmotu, môžu pohybovať takou rýchlosťou.
Aj keď dnes existujú nápady na vytvorenie takzvaných fotonických rakiet (napríklad raketa nórskeho profesora Hauga), zrýchlenie na tieto rýchlosti je nezlučiteľné so životom posádky v dôsledku nadmerného preťaženia. Takže teraz hovoríme o tomto spôsobe cestovania do budúcnosti iba teoreticky.
H - Červí diera
Červia diera alebo červia diera je teoretická pasáž v štruktúre spacetime, ktorá spája dve vzdialené udalosti (body v spacetime) vo vesmíre.
Červí diery sú ako priechodné čierne diery. Majú tiež horizont udalostí, ale až po jeho prejdení vás to neroztrhne pod vplyvom silnej gravitácie, ale iba „vyplivne“zo zadnej strany, už v inom bode časopriestoru (hlavnou vecou nie je zamieňať čiernu dieru s krtkom, inak namiesto cestovania do iného) čas sa presuniete „do ďalšieho sveta“).
Takéto vstupy a výstupy sa nazývajú ústa a sú spojené hrdlovým tunelom prechádzajúcim cez vesmír. Červia diera môže spájať minulé aj budúce udalosti.
Existuje predpoklad, že celý náš vesmír je pokrytý červami. Až teraz existujú vo forme „kvantovej peny“na neuveriteľne mikroskopických úrovniach: sú toľkokrát menšie, ako je atómové jadro, rovnako ako je jadro menšie ako planéta Zem (hovoríme o tzv. Pene vesmírneho času Johna Wheelera).
A existuje hypotéza, že v priebehu procesu rozširovania vesmíru by sa tieto mikroskopické červie diery mohli zväčšiť na viditeľnú veľkosť.
Vedci tiež naznačujú, že čierne diery môžu byť pre niektoré červí diery „vstupnými ústami“. Podľa známeho astrofyzika-teoretika a kozmológa Igora Novikova jadrom niektorých galaxií nemusia byť supermasívne čierne diery, ale vstup do červej dierky.
Preto, ako poznamenáva profesor, pri hľadaní červí diery by sme sa mali najprv pozrieť do stredu galaxie. Podľa vedca je celkom možné, že niektoré červie diery môžu spájať udalosti (body v časopriestore) dvoch rôznych vesmírov.
Problém s červí dierkou je však v tom, že sa zrúti skôr, ako sa ňou môže dostať čokoľvek. Na to, aby sa červí diera stala priechodnou a viac-menej stabilnou, je potrebné pole so zápornou hustotou energie, ktoré udržiava otvorené ústa.
Antigravitácia vytvorená takouto látkou bude pôsobiť proti gravitačným silám („stlačiť“) červej dierky, a tak bude možné prinútiť ju, aby zostala dlhšie v priechodnom stave, a zároveň zväčšila svoju veľkosť.
Populárny americký fyzik a astronóm Kip Thorne navrhol mechanizmus na udržiavanie červej diery umiestnením paralelných vodivých dosiek na opačné strany.
To podľa Casimirovho efektu vytvorí na oboch stranách negatívnu energiu, čo zabráni kolapsu nory. Zároveň sa pod vplyvom negatívnej energie červí diera rozšíri, čo je veľmi užitočné, ak ste zvyknutí cestovať v čase na pôsobivej kozmickej lodi (pokračovanie Thornovej hypotézy, astrofyzik z Cambridge University Luke Butcher navrhol efektívnejší spôsob vytvorenia negatívnej energie vo vnútri červej diery vytvorením veľmi červia diera bez použitia dosiek).
Množstvá tejto negatívnej energie na udržanie červí diery však musia byť obrovské. Výpočty zároveň ukazujú, že toto číslo má svoj vlastný limit, čo trochu upokojuje spisovateľov sci-fi.
Modeling by Kip Thorn vzhľadu ústia červej dierky v závislosti od jej dĺžky a šošovky.
E - Exotické látky
Exotická hmota je hmota, ktorá sa svojím spôsobom líši od klasickej a má „exotické“vlastnosti. Bude sa to považovať za hmotu, ktorá má negatívnu hmotu alebo je schopná pohybu superluminálnou rýchlosťou alebo pozostáva z častíc, ktoré sa líšia od bežných baryónov (tj protónov a neutrónov) - napríklad temnej hmoty.
V teórii cestovania v čase hrá exotická hmota jednu z kľúčových úloh pri realizácii cestovania do minulosti. Teoretici tvrdia, že ak sa vytvorí alebo objaví exotická látka, ktorá môže nekonvenčným spôsobom deformovať časopriestor, v štruktúre časopriestoru sa môže vytvoriť časová slučka, ktorá je vhodná na postupovanie v čase.
Dôkazom toho je napríklad autor jedného z najpresnejších matematických modelov časového stroja - Traversable acausal retrográdne domény v spacetime (TARDIS) - kanadský matematik a fyzik Ben Tippett:
„Efekt zakrivenia časopriestoru, ktorý poznáme, je gravitácia: ťahá nás smerom k stredu Zeme a planét smerom k Slnku.
Ale podľa Einsteinovej teórie môže zakrivenie časopriestoru vyvolať omnoho rozmanitejšie účinky: rotujúce masívne telá ťahajú blízke objekty v smere ich rotácie; Vesmír sa rýchlo rozširuje; Masívne objekty môžu spôsobiť gravitačné vlny, ktoré nedávno merala observatórium Ligo, “poznamenáva vedec.
Podľa neho vám Einsteinova teória umožňuje prepojiť rôzne typy zakrivenia časopriestoru s inou podstatou danej veci. „Naša geometria časopriestoru bola navrhnutá tak, aby umožňovala cestovanie v čase, a Einsteinova rovnica nám hovorí o druhu hmoty, ktorá ohýba vesmír týmto spôsobom svojou hmotnosťou: najmä exotickou hmotou.“
Podľa Tippetovho modelu by teda mal byť stroj času niečo ako „box“(fyzicky hmatateľná štruktúra) obklopený exotickou hmotou.
Okrem toho by negatívna hustota energie mala v tejto veci dodávať „exotiku“: inými slovami, mala by vytvárať niečo ako antigravitačné pole a ohýbať časopriestor neobvyklým spôsobom pre nás - tak, aby sa časová línia uzavrela do kruhu a vytvorila uzavretú časovo podobnú krivku.
Pohyb TARDIS Ben Tippetta v časopriestore - pozdĺž uzavretej časovej krivky.
„Stačí ho distribuovať na vonkajšej strane„ stroja “a vesmír sa podľa potreby bude ohýbať,“vysvetľuje Ben.
Ben vo svojom článku uverejnenom 31. marca 2017 v časopise Classical and Quantum Gravity uviedol všetky výpočty, ktoré preukazujú možnosť vytvorenia takéhoto časového stroja.
Na zachovanie priepustnosti červí diery je potrebná aj exotická hmota s antigravitačnými vlastnosťami. V súčasnosti sa za najvhodnejšiu exotickú hmotu považuje negatívna energia vytvorená v dôsledku Casimirovho efektu.
Zdá sa, že cestovanie v čase nie je pre vás také fantastické? V nasledujúcom článku Darie Zaremby si prečítajte o tom, čo bráni ľudstvu snívať o týchto presídleniach - o vyvrátení myšlienkových experimentov, paradoxoch cestovania do minulosti a ich riešeniach.
Daria Zaremba