Mis on aeg? Õnnis Augustinus ütles: "Ma tean, mis aeg on, kuni ma sellele mõtlen." Füüsika standardmudeli kohaselt on aeg lisaks kolmele ruumilisele mõõtmele ka neljas mõõt. Nii et saate sellest läbi minna. Juba aastaid on ulmekirjanikud ajarännaku võimalusi mitmekesistanud. Igal sajandil omandame üha rohkem uusi tehnoloogiaid, avastame teaduse uusi aspekte. Mida jääb meil aegareiside õppimiseks teada enne, kui hakkame seda reaalsuseks muutma?
Võib-olla olete märganud, et liigume ajas pidevalt. Me liigume sellest läbi. Kontseptsiooni põhitasemel on aeg universumi muutumise kiirus ja sõltumata sellest, kas see meile meeldib või mitte, toimuvad meid pidevad muutused. Me vananeme, planeedid liiguvad ümber Päikese, asjad hävitatakse.
Mõõdame aja möödumist sekundites, minutites, tundides ja aastates, kuid see ei tähenda sugugi, et aeg voolab ühtlase kiirusega. Nagu vesi jões, möödub aeg erinevates kohtades erinevalt. Lühidalt, aeg on suhteline.
Mis aga põhjustab ajutisi kõikumisi hällist hauani? See kõik taandub aja ja ruumi suhtele. Inimene on võimeline tajuma kolmes mõõtmes - pikkust, laiust ja sügavust. Aeg täiendab seda pidu kõige olulisema neljanda mõõtmena. Aeg ei eksisteeri ilma ruumita, ruumi ei eksisteeri väljaspool aega. Ja see paar on ühendatud ruumi-aja pidevusega. Iga sündmus, mis toimub universumis, peab hõlmama ruumi ja aega.
Selles artiklis käsitleme kõige universaalsemaid läbi aja reisimise kõige reaalsemaid ja igapäevasemaid võimalusi, aga ka vähem kättesaadavaid, kuid mitte vähem võimalikke teid neljanda mõõtme kaudu.
Ajutine reis tulevikku
Kui soovite elada paar aastat pisut kiiremini kui keegi teine, peate tegelema ruumi-ajaga. Globaalsed positsioneerimissatelliidid teevad seda iga päev, kolm miljardit sekundit enne loomulikku aega. Orbiidil voolab aeg kiiremini, kuna satelliidid asuvad Maa massist kaugel. Ja pinnal kannab planeedi mass endaga aega ja aeglustab seda suhteliselt väikesel skaalal.
Reklaamvideo:
Seda efekti nimetatakse gravitatsiooniliseks aja dilatatsiooniks. Einsteini üldrelatiivsusteooria kohaselt painutab gravitatsioon ruumi aega ja astronoomid kasutavad seda järeldust, uurides massiivsete objektide lähedal läbivat valgust.
Kuid kuidas on sellel pistmist ajaarvamisega? Pidage meeles - iga universumis aset leidv sündmus hõlmab nii ruumi kui ka aega. Gravitatsioon ei tõmba mitte ainult ruumi, vaid ka aega.
Ajavoogudes vaevalt märkate selle kulgu muutumas. Kuid piisavalt massiivsed objektid - näiteks ülitähtis musta auguga alfa Ambur, mis asub meie galaktika keskel - väänavad aja kangast tõsiselt. Selle singulaarsuse punkti mass on 4 miljonit päikest. See mass aeglustab aega pooleks. Viis aastat musta augu orbiidil (ilma sellesse kukkumata) on Maa peal kümme aastat.
Meie aja voolu kiiruses mängib olulist rolli ka liikumiskiirus. Mida lähemale maksimaalsele liikumiskiirusele - valguse kiirusele -, seda aeglasem aeg voolab. Reisi lõpuks hakkab kiirelt liikuva rongi kell sekundi miljardi sekundiga hiljaks jääma. Kui rong saavutab kiiruse 99,999%, saate rongikäruga ühe aasta jooksul reisida tulevikus kakssada kakskümmend kolm aastat.
Tegelikult on hüpoteetilised tulevased rännakud üles ehitatud just sellele ideele, armu andes tautoloogiale. Aga kuidas on minevikuga? Kas saate aega tagasi pöörata?
Ajutine reis minevikus
Leidsime, et teekond tulevikku toimub kogu aeg. Teadlased on seda eksperimentaalselt tõestanud ja idee on Einsteini relatiivsusteooria keskmes, mis sel aastal saab 100-aastaseks. Tulevikku on täiesti võimalik liikuda, ainus küsimus on "kui kiiresti"? Kui tegemist on ajas tagasi reisimisega, on vastus vaadata öötaevasse.
Linnutee galaktika on umbes 100 000 valgusaasta lai, mis tähendab, et kaugetest tähtedest pärit valgus peab liikuma tuhandeid ja tuhandeid aastaid enne Maa jõudmist. Saate selle valguse kätte ja sisuliselt uurite lihtsalt minevikku. Kui astronoomid mõõdavad kosmilist mikrolainekiirgust, vaatavad nad kosmosesse, nagu see oli 10 miljardit aastat tagasi. Kuid see pole veel kõik.
Einsteini relatiivsusteoorias ei välista miski minevikku reisimist, kuid nupu väga võimalik olemasolu, mis võiks teid eilsesse päevakorda naasta, rikub põhjuslikkuse seadust ehk põhjuse ja tagajärje seadust. Kui universumis midagi juhtub, genereerib sündmus uue lõputu sündmuste ahela. Põhjus sünnib alati enne tagajärge. Kujutage vaid ette maailma, kus ohver sureks enne, kui kuul pähe lööb. See on tegelikkuse rikkumine, kuid vaatamata sellele ei välista paljud teadlased võimalust reisida minevikku.
Näiteks arvatakse, et valguse kiirusest kiirem liikumine võib saata tagasi minevikku. Kui aeg aeglustub objekti lähenedes valguse kiirusele, kas selle barjääri ületamine võib aega tagasi pöörata? Muidugi kasvab valguse kiirusele lähenedes ka objekti relativistlik mass, st läheneb lõpmatusele. Lõpmatu massi kiirendamine näib võimatu. Teoreetiliselt võib lõime kiirus, see tähendab kiiruse deformatsioon kui selline, küll universaalset seadust petta, kuid isegi see nõuab suuri energiakulusid.
Mis saab siis, kui ajarännak tulevikku ja minevikku sõltub mitte niivõrd meie põhiteadmistest kosmose kohta, kuivõrd rohkem olemasolevatest kosmilistest nähtustest? Vaatame musta auku.
Mustad augud ja Kerri rõngad
Piisavalt pikk orbiit ümber musta augu ja gravitatsiooniline aja laienemine viskab sind tulevikku. Aga mis siis, kui kukub otse selle kosmilise koletise lõugadesse? Oleme juba kirjutanud sellest, mis juhtub musta auku sukeldudes, kuid me ei maininud sellist eksootilist mustade aukude sorti nagu Kerri ring. Või Kerri must auk.
1963. aastal pakkus Uus-Meremaa matemaatik Roy Kerr välja pöörleva musta augu esimese realistliku teooria. Mõiste hõlmab neutronitähti - massiivsed kokku varisevad tähed, näiteks Peterburi suurused, kuid Maa päikese massiga. Oleme lisanud Universumi salapärasemate objektide loendisse neutroniaugud, nimetades neid magnetaarideks. Kerr teoreetiliselt väitis, et kui surev täht kukub kokku neutronitähtede pöörleva rõngaga, takistab nende tsentrifugaaljõud neid muutumas ainsuseks. Ja kuna mustal augul puudub singulaarsuspunkt, arvas Kerr, et sinna on võimalik sisse pääseda, kartmata, et keskelt puruneb raskusjõud.
Kui Kerri mustad augud on olemas, saaksime neist läbi minna ja valgesse auku väljuda. See on nagu musta augu väljalasketoru. Selle asemel, et imeda kõike, mis vähegi võimalik, viskab valge auk vastupidi välja kõik, mis vähegi võimalik. Võib-olla isegi teisel ajal või teises universumis.
Kerri mustad augud jäävad teooriaks, kuid kui need eksisteerivad, on nad omamoodi portaalid, mis pakuvad ühesuunalist reisi tulevikku või minevikku. Ja kuigi äärmiselt arenenud tsivilisatsioon võiks sel moel areneda ja läbi aja rännata, ei tea keegi, millal "metsik" Kerri must auk kaob.
Ussiaugud
Kerri teoreetilised rõngad pole ainus viis minevikku või tulevikku minevate teede "otseteed". Ulmefilmid - Star Treki ja Donnie Darko vahel - käsitlevad sageli teoreetilist Einsteini-Roseni silda. Teie jaoks on need sillad paremini tuntud kui ussiaugud.
Einsteini üldine relatiivsusteooria võimaldab ussiavade olemasolu, kuna suure füüsiku teooria põhineb ruumi-aja kumerusel massi mõjul. Selle kumeruse mõistmiseks kujutlege kosmoseaja kangast valge lehena ja keerake see pooleks. Lehe pindala jääb samaks, see ei deformeeru ise, kuid kahe kokkupuutepunkti vaheline kaugus on selgelt väiksem kui siis, kui leht lebas tasasel pinnal.
Selles lihtsustatud näites on ruumi kujutatud kahemõõtmelise tasapinnana, mitte neljamõõtmelisena, nagu see tegelikult on (pidage meeles neljandat dimensiooni - aega). Hüpoteetilised ussiaugud töötavad sarnaselt.
Kosmosesse edasi liikumine. Massi kontsentreerumine kahes erinevas universumi osas võiks luua ruumis-aja omamoodi tunneli. Teoreetiliselt ühendaks see tunnel ruumi-aja pidevuse kahte erinevat segmenti üksteisega. Muidugi on täiesti võimalik, et mõned füüsikalised või kvantomadused takistavad selliste usside tekkimist iseseisvalt. Noh, või nad on sündinud ja kohe hukkuvad, olles ebastabiilsed.
Stephen Hawkingi sõnul võivad ussiaugud eksisteerida kvantvahus, mis on universumi väikseim keskkond. Pisikesed tunnelid sünnivad ja lõhkevad pidevalt, ühendades lühikesteks hetkedeks eraldi kohad ja ajad.
Ussiaugud võivad olla inimese liikumiseks liiga väikesed ja lühiajalised, kuid mis saab siis, kui ühel päeval suudame neid leida, hoida, stabiliseerida ja laiendada? Kui Hawking märgib, et olete tagasiside saamiseks valmis. Kui tahame ruumi-aja tunneli kunstlikult stabiliseerida, võib meie tegevustest tulenev kiirgus selle hävitada, samamoodi nagu heli pöördumine võib kõlarit kahjustada.
Kosmilised stringid
Üritame mustadest aukudest ja ussiaukudest läbi pigistada, kuid kas on mõni teine ajareisimise viis, kasutades teoreetilist kosmilist nähtust? Neid mõtteid silmas pidades pöördume füüsiku J. Richard Gotti poole, kes tõi 1991. aastal välja kosmilise nööri idee. Nagu nimigi ütleb, on need hüpoteetilised objektid, mis võisid tekkida universumi arengu varases staadiumis.
Need stringid läbivad kogu universumit, olles aatomist õhemad ja tugeva surve all. Loomulikult järeldub sellest, et nad annavad gravitatsioonilise tõuke kõikidele, mis nende lähedal mööduvad, mis tähendab, et kosmilise nööri külge kinnitatud objektid võivad ajas liikuda uskumatu kiirusega. Kui tõmbate kaks kosmilist stringi üksteisele lähemale või asetate ühe neist musta augu kõrvale, saate luua nn suletud ajakõvera.
Kasutades kahe kosmilise stringi (või nööri ja musta augu) tekitatavat gravitatsiooni, võiks kosmoselaev teoreetiliselt end ajas tagasi saata. Selleks peaksite tegema kosmiliste stringide ümber silmuse.
Muide, kvantstringide üle arutatakse praegu tuliselt. Gott väitis, et ajas tagasi rännates võiks ringi liikuda nööri ümber, mis sisaldab pool kogu galaktika massienergiast. Teisisõnu - pool galaktika aatomitest tuleks kasutada teie ajamasina kütusena. Noh, nagu kõik teavad, ei saa te ajas tagasi minna enne, kui masin ise loodi.
Lisaks on ajutisi paradokse.
Ajarännakute paradoksid
Nagu me ütlesime, varjab ajas tagasi rändamise ideed põhjuslikkuse seaduse teine osa. Põhjus tuleb enne efekti, vähemalt meie universumis, mis tähendab, et see võib rikkuda ka kõige läbimõeldumad ajarändeplaanid.
Alustuseks kujutage ette, kui reisite 200 aastat ajas tagasi, ilmute ilmnema kaua enne oma sündi. Mõelge sellele korraks. Mõnda aega on mõju (teie) olemas enne põhjust (teie sünd).
Selleks, et paremini mõista, millega me tegeleme, kaaluge kuulsa vanaisa paradoksi. Oled ajarännaku palgamõrvar, su vanaisa on su sihtmärk. Hiilid läbi lähedal asuva ussiauku ja kõnnid oma isa isast 18-aastase elava versiooni juurde. Te tõstate püstoli üles, aga mis juhtub, kui tõmmata päästikut?
Mõtle selle üle. Te pole veel sündinud. Isegi su isa pole veel sündinud. Kui tapate oma vanaisa, ei ole tal poega. See poeg ei sünnita sind kunagi ja sa ei saa verise ülesandega ajas tagasi rännata. Ja teie puudumine ei tõmba mingil juhul päästikut, eitades sellega kogu sündmuste ahelat. Me nimetame seda kokkusobimatute põhjuste ahelaks.
Teise võimalusena võiks kaaluda järjestikuse põhjusliku ahela ideed. Ehkki see paneb mõtlema, välistab see teoreetiliselt ajalised paradoksid. Füüsik Paul Davise sõnul näeb selline silmus välja selline: matemaatikaprofessor läheb tulevikku ja varastab keerulise matemaatilise teoreemi. Siis annab ta selle kõige säravamale õpilasele. Pärast seda kasvab paljutõotav üliõpilane ja õpib, et saada ühel päeval inimeseks, kellelt professor varastas teoreemi.
Lisaks on veel üks ajas rändamise mudel, mis hõlmab paradoksaalse sündmuse võimalusele lähenedes tõenäosuse moonutamist. Mida see tähendab? Lähme tagasi teie vanaisa tapja kingadesse. Seekordne reisimudel võib teie vanaisa praktiliselt tappa. Võite päästiku tõmmata, kuid püss ei tulista. Lind kirub õigel hetkel või juhtub midagi muud: kvant kõikumine ei võimalda paradoksaalset olukorda tekkida.
Ja lõpuks, kõige huvitavam asi. Tulevik või minevik, kuhu lähete, võib lihtsalt eksisteerida paralleelses universumis. Kujutame seda eraldamise paradoksina. Võite hävitada kõik, mida soovite, kuid see ei mõjuta kuidagi teie kodumaailma. Sa tapad oma vanaisa, kuid sa ei kao - võib-olla kaob paralleelmaailmas mõni teine „sina“või järgneb stsenaarium paradoksimustritele, mida oleme juba kaalunud. Siiski on võimalik, et seekordne reis on ühekordne reis ja te ei saa kunagi koju tagasi.
Kas olete täiesti segaduses? Tere tulemast ajarändude maailma.
Ilja Khel
