Tidsrejse tages ikke mere alvorligt end fantasien fra science fiction-forfattere. Faktisk er dette et unikt fænomen - den direkte afledning af ligninger, der beskriver fysik i vores verden. Hvad der kan gøre sådanne rejser til virkelighed er i vores materiale.
Vores spaltist og fysiker Daria Zaremba mener, at stræben efter at oversætte ideen om tidsrejser til praksis i praksis kan bidrage til videnskabelig fremgang og ukonventionelle opdagelser. Det er trods alt sådan, hvordan eksotiske anliggender, fotoniske raketter og nye egenskaber ved astrofysiske genstande bliver født. Hun udarbejdede en ordbog over mekanismer, der teoretisk kunne sende mennesker på en rejse gennem tiden.
B - Warp drev
Et varpdrev er en hypotetisk teknologi til at rejse til fremtiden, hvor på grund af deformation af rumtidens lærred skabes virkningen af bevægelse med en hastighed, der overstiger lysets hastighed.
Forestil dig, at du ligger på et tæppe, og at du skal være uden forkanten uden at bevæge dig. En mulig løsning er at sammenkræbe den forreste del af tæppet under dig og derefter trække ud ved at trække på bagsiden. Cirka det samme kan gøres med rumtids "tæppet": dette er det princip, der bruges af et hypotetisk stjerneskib drevet af et varpdrev.
Han komprimerer rummet foran sig og udvider det bagved og skaber illusionen af bevægelse med en hastighed flere gange lysets hastighed. I dette tilfælde vil der ikke være tidevandskræfter inde i rumskibet, og den faktiske acceleration vil være lig med nul.
Besætningen kan nemt sippe cocktails fra sugerør eller endda slappe af i den boblende jacuzzi, mens stjerneskibet vanvittigt vil "ryse ind" rumtid for sig selv og tage rejsende ind i tarmene i Galaxy.
Salgsfremmende video:
En model af tidsmaskine baseret på varpdrivteknologi er Alcubierri Bubble, opkaldt efter sin mexicanske opfinder, Miguel Alcubierri.
Hele fysikken med at rejse til fremtiden på en sådan "enhed" er baseret på postulaterne af den særlige relativitetsteori, der siger, at efter boblen er stoppet, vil besætningen finde omverdenen alderen i mange år, for for dem aftager tiden inde i boblen.
I dette tilfælde vil der ikke være nogen krænkelser af princippet om frigivelse af lysets hastighed, fordi i dette tilfælde bevægelse hurtigere end lys ikke betyder, at selve boblen bevæger sig med en sådan hastighed, men at boblen når sin destination hurtigere end en lysstråle, der bevæger sig uden for boblen.
Men for at skabe en sådan virkning af deformation af rum-tid, kræves et specielt anliggende, der udviser ukonventionelle fysiske egenskaber - "eksotisk stof", som vil skabe en skal (boble) omkring rumskibet og give selve "raking" af rummet. Selvom der ikke er observeret fremskridt med produktionen af sådant stof, er begrundelsen for egnetheden af et varpdrev i praksis temmelig begrænset.
Den teoretiske mekanisme af kædetrækket.
D - Tyngdekraft
Tyngdekraft - i bred forstand - en manifestation af rumtidens krumning, i en snæver forstand - kraften, der tiltrækker genstande.
Den velkendte medarbejder ved patentkontoret - Albert Einstein hjalp med at åbne portene for verdenen af "tidsstyring". For at gøre dette havde han brug for kun at etablere to ting: for det første - at rum og tid er uløseligt forbundet, for det andet - at massive kroppe med deres masse er i stand til at deformere dette rum-tid lærred og skabe tyngdekraft.
Med andre ord beviste Einstein, at Jorden (som andre lignende massive kroppe), "bøjede" rumets "trampolin" med sin masse (skaber cirkulære kredsløb omkring sig selv), samtidig bøjer tiden, nemlig bremser sit løb, når det nærmer sig til overfladen (og dybere).
Den revolutionerende karakter af denne idé var, at den for første gang ikke længere blev opfattet som en absolut værdi i klassisk mekanik. Det blev fundet, at armbåndsuret fra en minearbejder og en klatrer tikker forskelligt (selvom det er umærkeligt i en sådan skala), en tvillingebror, der bor ved floden, er yngre (igen, ikke markant) sin bror, der bor i et hus på et bjerg, og jordens kerne er yngre dens overflade.
Således blev der fundet en måde til at bremse "ens" tid og derved rejse til fremtiden, nærmer sig for eksempel et legeme, hvis masse er mange gange større end jordens masse og derefter vende tilbage til hjemmeplaneten og overveje fremtidens verden.
D - sort hul
Et sort hul er et objekt i rummet, der er kollapset under påvirkning af dets egne tyngdekræfter i en sådan grad, at selv elektromagnetisk stråling ikke kan undslippe fra dens gravitationsfelt.
Det bedste objekt at rejse til fremtiden, hvis du vælger gravitationsmekanismen til at påvirke tiden, er bestemt et sort hul.
For at rulle gennem en sådan rejse skal du gå direkte i rummet til hende. Gå ned derpå på et superstærk kabel, men kun for ikke at krydse begivenhedshorisonten - grænsen i et sort hul, efterfulgt af "spaghettificering" - strækning og rivning af alle genstande, der er kommet der under påvirkning af ental tyngdekraft.
Så længe du hænger i denne position, bremser tiden for dig. På samme tid er det helt umærkelig for dig selv, fordi alt i din referenceramme bremser: stofskifte, biologisk ur, hjerteslag, bevægelse af elektroner i atomer og så videre.
Men hvis du på en eller anden mirakuløs måde kunne spionere på jordfugle fra dit sorte hul, så ser det ud til, at de bevæger sig med en tidobbelt accelereret hastighed! Og de, der ser på dig, ville tro, at de ser en video med langsom bevægelse.
Således svarer din ene dag nær et sort hul til næsten tre års liv på Jorden (det afhænger også af, hvor tæt du er på horisonten - tiden stopper overhovedet over det). Og når du, når du hænger så lidt, vender tilbage til din hjemmeplanet, vil du bemærke, at verden er gammel nok i dit fravær. Voila - du er i fremtiden!
Mekanismen for at rejse til fremtiden gennem effekten af tidsudvidelse nær begivenhedshorisonten for et sort hul. Keglerne på billedet er "lyse kegler" - hyperturface af rum-tid, der begrænser fremtidens og fortidens områder i forhold til en given begivenhed. Keglen vipper viser tidskiftet for astronauten. Flere detaljer om strukturen af lyskeglen på billedet herunder:
Let kegle.
Ud over at blive brugt som en "gravitationsmoderator" kan roterende sorte huller være nyttige til rejser ind i fortiden. Faktum er, at de på grund af deres tyngdefelt er i stand til at skabe såkaldte "lukkede tidlige kurver", hvor de bevæger sig langs hvilke, den rejsende kan bevæge sig tilbage i tiden.
Men "nytten" af sorte huller, som tidsmaskiner slutter heller ikke der. Ifølge den engelske fysiker og matematiker Roger Penrose kan nogle sorte huller - nemlig dem med ladning eller rotation - tjene som "porte" til fremtidens universer.
I henhold til Penrose-diagrammet udveksles rumlige koordinater ud over begivenhedshorisonten med tidsmæssige.
Det usædvanlige ved sorte huller med en ladning eller med et rotationsøjeblik er, at de skal have to sådanne begivenhedshorisonter. Følgelig vil udskiftningen af rumlige og tidsmæssige koordinater også ske to gange.
Det viser sig, at astronauten, der hopper ind i et sådant hul, først vil overvinde den ene begivenhedshorisont - punktet uden tilbagevenden og derefter det andet, som vil blive fulgt af fremtidens univers. Men sådanne vågestuer findes sandsynligvis ikke, så hypotesen forbliver rysten.
З - Lukket tidlignende kurve
En lukket tidlignende kurve er en verdenslinie (en kurve i rum-tid, der beskriver et legems bevægelse) i strukturen i rum-tid, der returnerer et objekt til en begivenhed (et punkt i rum-tid), som det allerede er passeret.
ZVK - en af de matematiske løsninger i ligningen General Relativity. Det er dette fysiske fænomen, der oftest fortolkes som den vigtigste mekanisme for rejse ind i fortiden.
I henhold til gravitationsligninger kan der dannes en lukket tidslignende kurve, hvor en massiv genstand eller et kraftfuldt gravitationsfelt bevæger sig og bogstaveligt talt "trækker" rumtid bagefter. Derfor kan f.eks. Kun roterende sorte huller skabe ZVK - det statiske tyngdefelt er ikke i stand til at danne dem.
Når man bevæger sig langs CEC, vender objektet tilbage til de samme rumlige koordinater, som det forlod, men med ankomsttidspunktet før dens udgang. Det vil sige, det faktisk gør en tur ind i fortiden.
L - laser
En laser (fra lysforstærkning ved stimuleret emission af stråling) er en anordning, der udsender en intens monokromatisk smal elektromagnetisk stråle med lang rækkevidde.
På grund af dens egenskaber har laserstrålen en forøget energitæthed, som endda kan overstige energitætheden ved en nuklear eksplosion (med en maksimal reduktion i strålebredden).
Forfatteren af en af de mest enkle og sofistikerede tidsmaskiner til implementering er den teoretiske fysiker fra University of Connecticut, Ronald Mallett.
Ideen om at oprette en sådan enhed kom fra professoren i den tidlige barndom, da hans far uventet døde af et hjerteanfald i en alder af 33 år. Professoren har gentagne gange indrømmet, at alt, hvad han har opnået inden for videnskabsområdet, er baseret på hans uendelige kærlighed til sin far og ønsket om at se ham igen.
I mange år arbejdede Ronald på sin model af en tidsmaskine, skjulte den for kolleger og "gemte sig bag" studiet af sorte huller. Og i en alder af 70 år lykkedes det ham at få det ønskede resultat.
Mallet's model er baseret på en laserstråles energi. Og dets oprettelse blev lettet af den mest berømte Einsteins ligning - E = mc2.
Fra denne legendariske formel følger det, at masse er ækvivalent med energi, hvilket betyder, at rum-tid lærred også skal forvrides under påvirkning af høje energier.
Lad os nu tale om energien fra elektromagnetisk stråling (i smal forstand - lys). Det overføres, som du ved, ved hjælp af fotoner - "dele" af elektromagnetisk stråling. Sidstnævnte har på sin side energi, som kan beregnes ved hjælp af en speciel formel: E = hv, hvor h er proportionalitetskoefficienten (Plancks konstant), og nu er fotonfrekvensen.
Således viser det sig, at en lysstråle også kan skabe et gravitationsfelt, da den har energi. Det var denne tanke, der lagde grundlaget for Ronald Mallet's videnskabelige værker.
Forskeren tog en kraftig laserstråle og ved hjælp af et spejlsystem fik den til at cirkulere i en cirkel, hvilket skabte en såkaldt laserring. Ideen er, at rumtids lærredet inde i denne ring er forvrænget, snoet som et boblebad.
Vi observerer omtrent det samme, når du omrører te med en ske. På grund af sådanne "manipulationer" sammen med plads lukkes tiden inde i ringen i en løkke, hvilket gør det muligt at flytte genstande, der er kommet ind i fortiden.
Geometrien til Ronald Mallett tidsmaskine.
Ifølge professoren vil en sådan enhed kunne sende kodede meddelelser til fortiden og overføre partikler i tide. Det er sandt, at en sådan meddelelse kun kan rejse indtil oprettelsen af denne tidsmaskine: den fungerer både som sender og modtager.
Det vil således være muligt for eksempel at advare folk fra fortiden om forestående katastrofer. Med hensyn til bevægelse af makroobjekter på denne måde vil forskere her, som de siger, svede.
Men en sådan tidsmaskine er heller ikke uden dens "faldgruber". For eksempel blev teorien kritiseret af Allen Everett og Ken Olum for forkert valgt rumtidsgeometri til dannelsen af den forventede lukkede tidlige kurve (TLC).
Videnskabsmænd var også flov over den krævede mængde energi: i henhold til deres beregninger, for at provokere SEC i rumtid, skal lasersringens diameter overstige størrelsen på det synlige univers. Og selvom Ronald forsøgte at reducere den krævede mængde energi ved at bremse lysudbyttet fra sin laser, viste de langsomme bjælker sig ubrugelige i undersøgelsen.
O - negativ energi
Negativ energi er en af sorterne af "eksotisk stof" (eller rettere sagt "energi") opnået gennem Casimir-effekten, som kan bruges til rejser ind i fortiden såvel som til opretholdelse af ormehuller.
I en forenklet form kan "opskriften" til opnåelse af sådan energi beskrives som følger:
Tag to uladede metalplatin og anbring dem i et vakuum. Vi samler pladerne så meget som muligt, men så de ikke rører hinanden.
Vi observerer tiltrækningen af pladerne til hinanden. Dette skyldes det faktum, at vakuumet faktisk har energi - selvom det ikke indeholder partikler, vi kender, opstår der konstant par virtuelle partikler og antipartikler og udslettes (gensidigt udslettet) i det.
Sådanne processer genererer pres. Men fordi vi efterlod et lille mellemrum mellem pladerne, er koncentrationen af antipartikelpartikler der meget mindre end i rummet omkring. Derfor begynder et stærkere tryk udefra at bringe pladerne tættere sammen.
Når de trækkes ind reducerer pladerne vakuumenergien mellem dem under det normale nulpunkt og skaber således et rum med negativ energi.
Casimir-effekt.
Fænomenet med udseendet af negativ energi som et resultat af et sådant eksperiment kaldes Casimir-effekten - til ære for den hollandske fysiker Hendrik Casimir. En sådan energi kan potentielt forårsage den rum-tidskurvatur, der er nødvendig for at rejse ind i fortiden.
Mængden af negativ energi, der genereres på denne måde, er imidlertid ubetydelig sammenlignet med hvor meget den er nødvendig til den rette deformationseffekt. Men som forskerne bemærker, er udviklingen af en mekanisme allerede en god fremgang.
R - Relativistiske effekter
Relativistiske effekter er fysiske fænomener, der observeres, når et objekt bevæger sig i nær lyshastigheder. De er genstand for undersøgelse i relativistisk mekanik baseret på den specielle relativitetsteori.
Blandt alle de relativistiske effekter, såsom en stigning i masse, et fald i længden af et objekt, er det mest interessante og praktiske set fra synspunktet om anvendelse i tidsrejser, effekten af tidsudvidelse.
I henhold til den specielle teori om relativitet, for et legeme, der bevæger sig i en hastighed, der kan sammenlignes med lysets hastighed, bremser tiden i forhold til legemer i hvile.
Denne teori fandt sin eksperimentelle bekræftelse i 1971, da to desperate fysikere Hafele og Keating fløj verden rundt to gange med fire atomur om bord. Ved landing opdagede de, at rejseuret faktisk hænger bag de resterende timer på United States Naval Observatory.
Som en tid rejse mulighed, kan det se sådan ud. Lad os sige, at du har fundet en måde at fremskynde dit rumskib til 99,5 procent lysets hastighed. I dette tilfælde kan du komme til en af de nærmeste stjerner i f.eks. Et minut. Fire år vil gå på Jorden.
På vej frem og tilbage bruger du derfor to minutter af din subjektive tid - på grund af effekten af tidsudvidelse i skibet, og når du vender tilbage til Jorden, vil du finde den otte år ældre.
Velsign for øvrig den store Einstein, hver gang du kigger efter en nærliggende burgerbutik på onlinekort: Hvis GPS-satellitter ikke tog hensyn til disse hastighedsnedskæringer i tid (og de bevæger sig med en orbitalhastighed på 14.000 km / t), vil markøren for det sted, du har brug for, blive vist med en kilometerfejl …
At accelerere til en hastighed tæt på lysets hastighed er imidlertid ikke en let opgave. Einstein konstaterede, at lysets hastighed er den maksimale mulige bevægelseshastighed og kun kan opnås med noget uden masse. Jo større en objekts masse er, desto mindre sandsynligt er det at nå let lyshastighed.
En af grundene til dette er den kolossale stigning i masse, når man når nær lyshastigheder. Derfor kan for eksempel fotoner, partikler af lys, der ikke har hvilemasse, bevæge sig med en sådan hastighed.
Selvom der i dag findes ideer til oprettelse af såkaldte fotoniske raketter (som f.eks. Raketten fra den norske professor Haug), er acceleration til sådanne hastigheder uforenelig med liv for besætningen på grund af overdreven overbelastning. Så indtil videre taler vi om denne måde at rejse til fremtiden kun i teori.
H - Ormhul
Et ormhul eller ormhul er en teoretisk passage i rumtidsstrukturen, der forbinder to fjerne begivenheder (punkter i rumtid) i universet.
Ormehuller er som gennemkrydsningsfulde sorte huller. De har også en begivenhedshorisont, men først efter at have passeret den rives det ikke fra hinanden under påvirkning af stærk tyngdekraft, men kun "spytter ud" fra bagsiden, allerede på et andet tidspunkt i rumtiden (det vigtigste er ikke at forveksle et sort hul med en muldvarp, ellers i stedet for at rejse til tid du flytter "til den næste verden").
Sådanne indgange og udgange kaldes mundinger, og de er forbundet med en halstunnel, der passerer gennem universet. Et ormehul kan forbinde både fortid og fremtidige begivenheder.
Der er en antagelse om, at hele vores univers er strødd med ormehuller. Først nu eksisterer de i form af "kvanteskum" på utroligt mikroskopiske niveauer: De er så mange gange mindre end atomkernen, lige så meget som kernen er mindre end planeten Jorden (vi taler om det såkaldte skum fra John Wheelers rumtid).
Og der er en hypotese om, at i mikroskopiske ormehul kunne disse mikroskopiske ormehuller være steget til en mærkbar størrelse.
Forskere antyder også, at sorte huller kan være "indgangsmunningen" for nogle ormehuller. Ifølge den berømte astrofysiker-teoretiker og kosmolog Igor Novikov er kerne i nogle galakser muligvis ikke supermassive sorte huller, men indgangen til et ormhul.
Derfor skal man, som professoren bemærker, når man søger efter ormehul først og fremmest se på galaksen centrum. Ifølge videnskabsmanden er det meget muligt, at nogle ormehuller kan forbinde begivenheder (punkter i rum-tid) mellem to forskellige universer.
Problemet med et ormehul er imidlertid, at det kollapser, inden noget kan passere gennem det. Og for at gøre et ormehul tilgængeligt og mere eller mindre stabilt er der brug for et felt med negativ energitæthed, der holder munden åben.
Antigraviteten skabt af en sådan sag vil handle mod tyngdekraften ("klemme") af ormhullet, og det vil således være muligt at tvinge den til at forblive i en acceptabel tilstand længere og samtidig øge dens størrelse.
Den populære amerikanske fysiker og astronom Kip Thorne foreslog en mekanisme til opretholdelse af et ormhul ved at placere parallelle ledende plader på modsatte sider af det.
Ifølge Casimir-effekten vil dette skabe negativ energi på begge sider, hvilket forhindrer, at hulen falder sammen. På samme tid under påvirkning af negativ energi udvides ormhullet, hvilket er meget nyttigt, hvis du er vant til at rejse i tide i et imponerende rumskib (fortsætter Thornes hypotese, astrofysiker fra Cambridge University Luke Butcher foreslog en mere effektiv måde at skabe negativ energi inde i et ormhul ved at generere dets meget ormehul uden brug af plader).
Mængderne af denne negative energi til opretholdelse af et ormhul skal dog være enorme. På samme tid viser beregninger, at dette antal har sin egen grænse, hvilket beroliger science fiction-forfattere lidt.
Modellering af Kip Thorn af udseendet af munden på et ormhul afhængigt af dets længde og linsering.
E - Eksotisk stof
Eksotisk stof er sag, der på en eller anden måde adskiller sig fra den klassiske og har "eksotiske" egenskaber. Dette vil blive betragtet som et spørgsmål, der har en negativ masse, eller som er i stand til at bevæge sig i superluminal hastighed, eller som består af partikler, der er forskellige fra vores sædvanlige baryoner (det vil sige protoner og neutroner) - som f.eks. Mørkt stof.
I teorien om tidsrejser spiller eksotisk stof en af de vigtigste roller i realiseringen af rejsen til fortiden. Teoretikere siger, at hvis der oprettes eller opdages et eksotisk stof, der kan deformere rum-tid på en ukonventionel måde, kan der dannes en tidssløjfe i strukturen i rum-tid kontinuum, der er egnet til at bevæge sig bagud i tiden.
Dette fremgår fx af forfatteren af en af tidsmaskinens mest nøjagtige matematiske modeller - Traversable acausal retrograde domains in spacetime (TARDIS) - Canadisk matematiker og fysiker Ben Tippett:
”Den krumningseffekt af rumtid, som vi er mest kendt med, er tyngdekraften: den trækker os mod Jordens centrum og planeterne mod Solen.
Men i Einsteins teori kan rumtidens krumning skabe mange flere forskelligartede effekter: roterende massive kroppe trækker nærliggende genstande i retning af deres rotation; Universet ekspanderer hurtigt; massive genstande kan forårsage tyngdekraftsbølger, der for nylig er målt ved Ligo-observatoriet,”bemærker videnskabsmanden.
Ifølge ham giver Einsteins teori dig mulighed for at forbinde forskellige typer af rumtid med en anden karakter af den involverede sag. "Vores rumtidsgeometri var designet til at tillade tidsrejser, og Einsteins ligning fortæller os den type stof, der vil bøje universet på denne måde med dets vægt: især eksotisk stof."
Så ifølge Tippets model skulle tidsmaskinen være noget som en "kasse" (en fysisk håndgribelig struktur) omgivet af eksotiske stoffer.
Desuden bør negativ energitæthed overføre "eksotisme" til denne sag: med andre ord, den skal skabe noget som et antigravitationsfelt og bøje rum-tid på en usædvanlig måde for os - så tidslinjen lukkes ind i en ring og danner en lukket tid-lignende kurve.
Ben Tippetts TARDIS bevægelse i rummet - langs en lukket tidlig kurve.
"Det er nok at distribuere det på ydersiden af 'maskinen', og universet bøjes som ønsket som svar på dets tilstedeværelse," forklarer Ben.
Ben præsenterede alle beregningerne for at bevise muligheden for at oprette en sådan tidsmaskine i sin artikel offentliggjort den 31. marts 2017 i tidsskriftet Classical and Quantum Gravity.
Eksotiske stoffer med anti-tyngdekraftegenskaber er også nødvendige for at opretholde permeabiliteten af ormehuller. I dag betragtes den mest egnede type eksotiske stoffer som negativ energi genereret på grund af Casimir-effekten.
Tidsrejse virker ikke så fantastisk for dig? I den næste artikel af Daria Zaremba skal du læse om, hvad der forhindrer menneskeheden i at drømme om disse forskydninger - om tilbagevenden af tankeeksperimenter, paradokser med at rejse til fortiden og deres løsninger.
Daria Zaremba