De wetenschappelijke mogelijkheden van tijdreizen

Verhalen over reizen naar het verleden en de toekomst hebben lang tot onze verbeelding gesproken, maar de vraag of tijd wel is reizen is mogelijk is een netelige die recht komt tot het hart van het begrip van wat natuurkundigen bedoelen wanneer ze het woord gebruiken "tijd."

De moderne natuurkunde leert ons dat tijd een van de meest mysterieuze aspecten van ons universum is, hoewel het op het eerste gezicht misschien eenvoudig lijkt. Einstein bracht een revolutie teweeg in ons begrip van het concept, maar zelfs met dit herziene begrip denken sommige wetenschappers nog steeds na over de vraag of het wel of niettijd bestaat eigenlijk of dat het slechts een "koppig hardnekkige illusie" is (zoals Einstein het ooit noemde). Wat de tijd ook is, natuurkundigen (en fictieschrijvers) hebben echter een aantal interessante manieren gevonden om het te manipuleren om te overwegen het op onorthodoxe manieren te doorkruisen.

Hoewel gerefereerd in H.G. Wells ' De tijdmachine (1895), de werkelijke wetenschap van tijdreizen ontstond pas ver in de twintigste eeuw, als bijwerking van

Een van de verbazingwekkende gevolgen van relativiteit is dat beweging kan resulteren in een verschil in de manier waarop de tijd verstrijkt, een proces dat bekend staat als tijdsuitzetting. Dit komt het meest dramatisch tot uiting in de klassieker Twin Paradox. Met deze methode van 'tijdreizen' kun je sneller dan normaal de toekomst in, maar er is niet echt een weg terug. (Er is een kleine uitzondering, maar daarover later in het artikel meer.)

In 1937, de Schotse natuurkundige W. J. van Stockum paste eerst algemene relativiteitstheorie toe op een manier die de deur opende voor tijdreizen. Door de vergelijking van algemene relativiteitstheorie toe te passen op een situatie met een oneindig lange, extreem dichte roterende cilinder (een soort als een eindeloze kapperspaal). De rotatie van zo'n enorm object creëert eigenlijk een fenomeen dat bekend staat als "frame dragging", wat betekent dat het feitelijk ruimtetijd mee sleept. Van Stockum ontdekte dat je in deze situatie een pad kon creëren in 4-dimensionale ruimtetijd die op hetzelfde punt begon en eindigde - zoiets als een gesloten tijdige curve - wat het fysieke resultaat is dat tijdreizen mogelijk maakt. Je kunt vertrekken in een ruimteschip en een pad afleggen dat je terugbrengt naar exact hetzelfde moment waarop je begon.

Hoewel een intrigerend resultaat, dit was een redelijk gekunstelde situatie, dus er was niet echt veel bezorgdheid over dat het zou plaatsvinden. Een nieuwe interpretatie stond echter op het punt te komen, die veel controversiëler was.

In 1949, de wiskundige Kurt Godel - een vriend van Einstein en een collega in Princeton University's Institute for Advanced Study - besloten een situatie aan te pakken waarin het hele universum zich bevindt roterend. In de oplossingen van Godel was tijdreizen eigenlijk toegestaan ​​door de vergelijkingen als het universum zou roteren. Een roterend universum zou zelf kunnen functioneren als een tijdmachine.

Als het universum nu zou roteren, zouden er manieren zijn om het te detecteren (lichtstralen zouden bijvoorbeeld buigen als de hele universum draaide), en tot nu toe is het bewijs overweldigend sterk dat er geen soort universeel is rotatie. Dus nogmaals, tijdreizen is uitgesloten door deze specifieke reeks resultaten. Maar het feit is dat dingen in het universum wel roteren, en dat opent opnieuw de mogelijkheid.

In 1963 gebruikte de wiskundige Roy Kerr uit Nieuw-Zeeland de veldvergelijkingen om een ​​rotatie te analyseren zwart gat, een Kerr zwart gat genoemd, en ontdekte dat de resultaten een pad door een toestonden wormgat in het zwarte gat, mis de singulariteit in het midden en maak het aan de andere kant. Dit scenario maakt ook gesloten tijdige krommen mogelijk, zoals theoretisch natuurkundige Kip Thorne jaren later realiseerde.

In de vroege jaren 1980, terwijl Carl Sagan werkte aan zijn roman uit 1985 Contact, benaderde hij Kip Thorne met een vraag over de fysica van tijdreizen, die Thorne inspireerde om het concept van het gebruik van een zwart gat als een middel van tijdreizen te onderzoeken. Samen met de natuurkundige Sung-Won Kim besefte Thorne dat je (in theorie) een zwarte zou kunnen hebben gat met een wormgat dat het verbindt met een ander punt in de ruimte dat opengehouden wordt door een vorm van negatief energie.

Maar alleen omdat je een wormgat hebt, wil nog niet zeggen dat je een tijdmachine hebt. Laten we nu aannemen dat u het ene uiteinde van het wormgat (het 'beweegbare uiteinde') kunt verplaatsen. Je plaatst het beweegbare uiteinde op een ruimteschip en schiet het bijna de ruimte in lichtsnelheid. Tijdsvertraging begint, en de tijd die wordt ervaren door het beweegbare uiteinde is veel minder dan de tijd die wordt ervaren door het vaste uiteinde. Laten we aannemen dat u het beweegbare uiteinde 5000 jaar naar de toekomst van de aarde verplaatst, maar dat het beweegbare uiteinde slechts 5 jaar oud wordt. Dus u vertrekt bijvoorbeeld in 2010 AD en komt aan in 7010 AD.

Als je echter door het beweegbare uiteinde reist, zul je in 2015 AD uit het vaste uiteinde springen (sinds 5 jaar zijn teruggegaan op aarde). Wat? Hoe werkt dit?

Welnu, het feit is dat de twee uiteinden van het wormgat met elkaar zijn verbonden. Hoe ver ze ook uit elkaar liggen, in ruimtetijd zijn ze nog steeds in feite "bij" elkaar. Omdat het beweegbare uiteinde slechts vijf jaar ouder is dan toen het wegging, zal het er doorheen gaan u terugsturen naar het bijbehorende punt op het vaste wormgat. En als iemand uit 2015 AD Earth door het vaste wormgat stapt, zouden ze in 7010 AD uit het beweegbare wormgat komen. (Als iemand in 2012 AD door het wormgat stapte, zouden ze ergens in het midden van de reis op het ruimteschip terechtkomen, enzovoort.)

Hoewel dit de fysiek meest redelijke beschrijving van een tijdmachine is, zijn er nog steeds problemen. Niemand weet of wormgaten of negatieve energie bestaan, noch hoe ze op deze manier in elkaar te zetten als ze bestaan. Maar het is (in theorie) mogelijk.