Ajasõitu ei võeta tõsisemalt kui ulmekirjanike kujutlusvõime. Tegelikult on see ainulaadne nähtus - meie maailma füüsikat kirjeldavate võrrandite otsene tuletamine. Mis saab sellisest reisimisest reaalsuse teha, on meie materjalis.
Meie kolumnist ja füüsik Daria Zaremba usub, et ajarännaku idee praktikas elluviimise proovimine võib aidata kaasa teaduse arengule ja ebatraditsioonilistele avastustele. Lõppude lõpuks sünnivadki nii eksootilised asjad, footonraketid ja astrofüüsikaliste objektide uued omadused. Ta koostas sõnastiku mehhanismidest, mis võiksid teoreetiliselt saata inimesi teekonnale läbi aja.
B - lõimeajam
Lõimeajam on hüpoteetiline tehnoloogia tulevikuks reisimiseks, milles ruumi-aja lõuendi deformatsiooni tõttu luuakse liikumise efekt valguse kiirust ületaval kiirusel.
Kujutage ette, et lamate vaibal ja peate liikuma asumata selle esiservast kaugemale. Üks võimalik lahendus on vaiba esiosa krõbistamine enda alla ja seejärel selga tõmmates see välja tõmmata. Ligikaudu sama saab teha ka kosmoseaja "vaibaga": seda põhimõtet kasutab hüpoteetiline tähelaev, mida toidab lõime ajam.
Ta surub enda ees oleva ruumi kokku ja laiendab seda tagant, luues illusiooni liikumisest kiirusega mitu korda kiiremini. Sel juhul kosmoselaeva sees loodejõude ei esine ja tegelik kiirendus võrdub nulliga.
Meeskond saab hõlpsalt õlgedest kokteile juua või isegi mullitavas mullivannis lõõgastuda, samal ajal kui tähelaev "hullutab" hullupööra aeg-ajalt enda alla, viies rändurid Galaktika soole.
Reklaamvideo:
Üks lõimenditehnoloogial põhinev ajamasina mudel on Alcubierri mull, mis sai nime Mehhiko leiutaja Miguel Alcubierri järgi.
Kogu sellise "ühiku" tulevikku reisimise füüsika põhineb relatiivsusteooria eriteooria postulaatidel, mis ütlevad, et pärast mullide peatumist leiab meeskond paljude aastate vanuse välismaailma, sest nende jaoks aeg mulli sees aeglustus.
Sel juhul ei esine valguse kiiruse absoluutsuse põhimõtte rikkumisi, sest sel juhul ei tähenda valgusest kiirem liikumine seda, et mull ise sellise kiirusega liigub, vaid et mull jõuab sihtkohta kiiremini kui mullist väljapoole liikuv valguskiir.
Kuid selleks, et luua selline aegruumi deformatsiooni efekt, on vaja spetsiaalset ainet, millel on tavatu füüsikalised omadused - “eksootiline aine”, mis loob kosmoselaeva ümber kesta (mulli) ja tagab ruumi väga “räppimise”. Ehkki selliste ainete tootmisel pole edusamme täheldatud, on lõime ajami sobivuse kohta praktikas põhjendatud üsna vähe.
Lõime ajami teoreetiline mehhanism.
D - gravitatsioon
Gravitatsioon - laias tähenduses - ruumi-aegse kõveruse manifestatsioon, kitsas mõttes - jõud, mis objekte köidab.
Patendiameti tuntud töötaja - Albert Einstein aitas avada väravad "ajajuhtimise" maailmale. Selleks pidi ta looma ainult kaks asja: esiteks - et ruum ja aeg on lahutamatult seotud, teiseks - et massiivsed kehad oma massiga on võimelised seda ruumi-aja lõuendit deformeerima, luues gravitatsiooni.
Teisisõnu, Einstein tõestas, et Maa (nagu teisedki sarnased massiivsed kehad), "painutades" kosmose "batuuti" oma massiga (tekitades enda ümber ringikujulisi orbiite), painutab samal ajal aega, nimelt aeglustab selle lähenedes selle kulgu pinnale (ja sügavamale).
Selle idee revolutsiooniline olemus seisnes selles, et esimest korda ei peetud seda klassikalises mehaanikas enam absoluutse väärtusena. Leiti, et kaevuri ja ronija käekell tiksub erinevalt (ehkki see on sellisel skaalal märkamatu), jõe ääres elav kaksikvend on noorem (jällegi mitte märkimisväärselt) vend, kes elab mägises majas, ja Maa tuum on noorem selle pind.
Nii leiti viis, kuidas aeglustada "oma" aega ja seeläbi rännata tulevikku, lähenedes näiteks kehale, mille mass on mitu korda suurem kui Maa mass, ning pöördub seejärel tagasi koduplaneedile ja mõtiskleb tulevikumaailma üle.
D - must auk
Must auk on kosmoses olev objekt, mis on omaenda gravitatsioonijõudude mõjul kokku varisenud sel määral, et isegi elektromagnetiline kiirgus ei pääse oma gravitatsiooniväljast välja.
Parim objekt tulevikku reisimiseks, kui valite aja mõjutamiseks gravitatsioonimehhanismi, on kindlasti must auk.
Sellise teekonna kerimiseks peate minema kosmosesse otse tema juurde. Minge sealt alla ülitugeva kaabli abil, kuid ainult nii, et mitte ületada sündmuse horisonti - piiri mustas augus, millele järgneb "spageerimine" - kõigi objektide venitamine ja rebimine, mis sinna ainsuse raskuse mõjul sattusid.
Kuni te selles asendis riputate, aeglustub aeg teie jaoks. Samal ajal on see teie enda jaoks täiesti tajumatu, sest kõik, mis asub teie võrdlusraamis, aeglustub: ainevahetus, bioloogiline kell, südametegevus, elektronide liikumine aatomites jne.
Kuid kui te saaksite mingil imelisel viisil oma mustast august maapealseid maale luurata, siis tundub teile, et nad liiguvad kümnekordselt kiirendatud kiirusega! Ja nad vaatavad sind vaadates, et nad vaatavad aegluubis efektiga videot.
Seega vastab teie üks päev musta augu lähedal peaaegu kolmeaastasele elule Maal (see sõltub ka sellest, kui lähedal olete silmapiirile - aeg peatub seal üldse). Ja kui te nii vähe rippudes naasete oma koduplaneedile, märkate, et maailm on teie äraolekul piisavalt vana. Voila - sa oled tulevikus!
Tulevikku liikumise mehhanism aja laienemise mõjul musta augu sündmushorisondi lähedal. Kujutisel olevad koonused on "kerged koonused" - ruumi-aja hüperpind, mis piirab tuleviku ja mineviku alasid antud sündmuse suhtes. Koonuse kalle näitab astronaudi ajalisi muutusi. Lisateave valguskoonuse struktuuri kohta allpool oleval pildil:
Hele koonus.
Lisaks sellele, et pöörlevad mustad augud on mõeldud kasutamiseks "gravitatsioonilise moderaatorina", võivad need olla kasulikud ka minevikku reisimisel. Fakt on see, et tänu oma gravitatsiooniväljale suudavad nad luua niinimetatud "suletud ajaliselt sarnased kõverad", liikudes mööda mida reisija saab ajas tagasi liikuda.
Kuid ka mustade aukude kui ajamasinate kasulikkus ei lõpe sellega. Inglise füüsiku ja matemaatiku Roger Penrose'i sõnul võivad mõned mustad augud - nimelt need, millel on laeng või pöörlemine - toimida tulevikuuniversumite "väravatena".
Penrose'i diagrammi kohaselt vahetatakse sündmuse horisondi kohal ruumilised koordinaadid ajaliste vahel.
Laengu või pöördemomendiga mustade aukude ebaharilik asi on see, et neil peaks olema kaks sellist sündmuse horisonti. Vastavalt sellele toimub kaks korda ka ruumiliste ja ajaliste koordinaatide asendamine.
Selgub, et sellisesse auku hüpates ületab astronaut kõigepealt ühe sündmuse horisondi - tagasipöördumise punkti ja seejärel teise, millele järgneb tulevikuuniversum. Kuid selliseid daredevile tõenäoliselt ei leita, seega jääb hüpotees raputatuks.
З - suletud ajaline kõver
Suletud ajataoline kõver on maailmarida (ruumi-aja kõver, mis kirjeldab keha liikumist) ruumi-aja struktuuris, mis tagastab objekti sündmusele (ruumis-aja punktis), mille ta on juba möödunud.
ZVK - üks üldrelatiivsuse võrrandi matemaatilisi lahendusi. Just seda füüsilist nähtust tõlgendatakse enamasti minevikku rändamise peamise mehhanismina.
Gravitatsioonivõrrandite kohaselt võib moodustuda suletud ajataoline kõver, kus massiivne objekt või võimas gravitatsiooniväli liigub ja sõna otseses mõttes "tõmbab" selle-aegse ruumiaja välja. Sellepärast võivad näiteks ainult pöörlevad mustad augud luua ZVK - staatiline gravitatsiooniväli ei suuda neid moodustada.
Liikudes mööda CEC-i, naaseb objekt samade ruumiliste koordinaatide juurde, kust ta lahkus, kuid saabumisajaga enne väljumist. See tähendab, et see teeb tegelikult reisi minevikku.
L - laser
Laser (valguse võimendamisel kiirguse stimuleerimise teel) on seade, mis kiirgab intensiivset monokromaatilist kitsast elektromagnetilist kiirgust, mis levib pikamaa.
Laserkiirel on oma omaduste tõttu suurenenud energiatihedus, mis võib isegi ületada tuumaplahvatuse energiatihedust (maksimaalselt vähendades valgusvihu laiust).
Teostuses ühe kõige lihtsama ja keerukama ajamasina autor on Connecticuti ülikooli teoreetiline füüsik Ronald Mallett.
Idee sellise seadme loomiseks tuli professorilt juba varases lapsepõlves, kui isa suri ootamatult infarkti 33-aastaselt. Professor on korduvalt tunnistanud, et kõik, mis ta on teaduse alal saavutanud, põhineb tema lõputul armastusel oma isa vastu ja soovil teda uuesti näha.
Aastaid töötas Ronald oma ajamasina mudeli kallal, varjates seda kolleegide eest ja "varjates" mustade aukude uurimist. Ja umbes 70-aastaselt õnnestus tal soovitud tulemus saada.
Malleti mudel põhineb laserkiire energial. Ja selle loomist hõlbustas kõige kuulsam Einsteini võrrand - E = mc2.
Sellest legendaarsest vormelist järeldub, et mass on samaväärne energiaga, mis tähendab, et ka kosmose-aja lõuend peaks olema kõrgete energiate mõjul moonutatud.
Räägime nüüd elektromagnetilise kiirguse (kitsas tähenduses - valguse) energiast. Nagu te teate, kandub see üle footonite kaudu - elektromagnetilise kiirguse "osadesse". Viimastel on omakorda energiat, mida saab arvutada spetsiaalse valemi abil: E = hv, kus h on proportsionaalsuse koefitsient (Plancki konstant) ja nu on footoni sagedus.
Seega selgub, et valguskiir võib luua ka gravitatsioonivälja, kuna sellel on energiat. Just see mõte pani aluse Ronald Malleti teaduslikele töödele.
Teadlane võttis võimsa laserkiire ja peeglisüsteemi abil pani selle ringis ringlema, luues nn laserrõnga. Idee on selles, et selle rõnga sees olev aeg-aeg lõuend on moonutatud, keerdudes nagu mullivann.
Peaaegu sama näeme lusikaga tee segamisel. Selliste "manipulatsioonide" tõttu sulgeb rõnga sees olev aeg koos ruumiga aasaks, mis võimaldab liikuda sisse minevikku sattunud esemeid.
Ronald Mallett ajamasina geomeetria.
Professori sõnul suudab selline üksus saata kodeeritud sõnumeid minevikku, kandes osakesed õigel ajal edasi. Tõsi, sellist sõnumit saab edastada ainult selle ajamasina loomiseni: see toimib nii saatja kui ka vastuvõtjana.
Nii on näiteks võimalik hoiatada mineviku inimesi eelseisvate katastroofide eest. Makroobjektide sel viisil liikumisega seoses on teadlastel, nagu öeldakse, higi.
Kuid ka selline ajamasin pole ilma oma "lõkse". Näiteks kritiseerisid teooriat Allen Everett ja Ken Olum valesti valitud ruumi-aja geomeetria osas eeldatava suletud ajagraafiku kõvera (CTC) moodustamiseks.
Teadlasi pani hämmingus vajaminev energiakogus: nende arvutuste kohaselt peab SEC-i provotseerimiseks ruumis-aeg laseri rõnga läbimõõt ületama nähtava Universumi suurust. Ja kuigi Ronald püüdis oma laseri valguse väljundit aeglustades vajalikku energiakogust vähendada, osutusid aeglased kiired uuringus kasutuks.
O - negatiivne energia
Negatiivne energia on üks "eksootiliste ainete" (täpsemini - "energia") variante, mis saadakse Casimiri efekti kaudu ja mida saab kasutada minevikku rändamiseks ning ussiaukude hooldamiseks.
Lihtsustatud kujul võib sellise energia saamiseks kasutatavat retsepti kirjeldada järgmiselt:
Võtke kaks laadimata metallplaatina ja asetage need vaakumisse. Toome plaadid nii palju kui võimalik kokku, kuid nii, et need ei puutuks kokku.
Jälgime plaatide külgetõmmet üksteise suhtes. See on tingitud asjaolust, et vaakumis on tegelikult energiat - ehkki see ei sisalda meile tuttavaid osakesi, tekivad pidevalt virtuaalsete osakeste ja antiosakeste paarid ning hävivad (vastastikku hävivad) selles.
Sellised protsessid tekitavad survet. Kuid kuna jätsime plaatide vahele väikese tühiku, on osakestevastaste osakeste kontsentratsioon seal palju väiksem kui ümbritsevas ruumis. Seetõttu hakkab tugevam surve väljastpoolt plaate üksteisele lähemale viima.
Sisselülitamise ajal vähendavad plaadid vaakumi energiat nende vahel allapoole normaalset nullpunkti, luues nii ruumi negatiivsele energiale.
Casimiri efekt.
Sellise eksperimendi tulemusel ilmnenud negatiivse energia ilmnemise fenomeni nimetatakse Casimiri efektiks - Hollandi füüsiku Hendrik Casimiri auks. Selline energia võib potentsiaalselt põhjustada minevikku rändamiseks vajaliku ruumi-aja kumeruse.
Sel viisil genereeritud negatiivse energia hulk on aga tühine võrreldes sellega, kui palju on seda vaja deformatsiooniefekti saavutamiseks. Kuid nagu teadlased märgivad, on mehhanismi väljatöötamine juba hea edasiminek.
R - relativistlikud mõjud
Relativistlikud mõjud on füüsikalised nähtused, mida täheldatakse objekti liikumisel peaaegu valguse kiirusel. Nad on relativistliku mehaanika uurimise objektiks, tuginedes relatiivsusteooria eriteooriale.
Kõigist relativistlikest mõjudest, näiteks massi suurenemine, objekti pikkuse vähendamine, on ajarännaku kasutamise seisukohast kõige huvitavam ja praktilisem aja laienemise mõju.
Relatiivsusteooria eriteooria kohaselt aeglustub keha kiirusel, mis on võrreldav valguse kiirusega, aeg puhkeolekus olevate kehade suhtes.
See teooria leidis oma eksperimentaalse kinnituse 1971. aastal, kui kaks meeleheitlikku füüsikut Hafele ja Keating lendasid kaks korda ümber maailma nelja pardal oleva aatomkellaga. Maandumisel avastasid nad, et reisivalve oli tõepoolest Ameerika Ühendriikide mereväe vaatluskeskuses järelejäänud tundidest maha jäänud.
Ajarännaku võimalusena võib see välja näha selline. Oletame, et olete leidnud võimaluse kiirendada kosmoselaeva valguse kiiruseni 99,5 protsenti. Sel juhul pääseb ühe lähima tähe juurde näiteks minutiga. Maa peal möödub neli aastat.
Seega veedate edasi-tagasi teel kaks minutit oma subjektiivsest ajast - laeva laienemise tõttu laevale ja Maale naastes leiate selle kaheksa aastat vanemaks.
Muide, õnnistage suurt Einsteini iga kord, kui otsite veebikaartidest lähedalasuvat burgeripoodi: kui GPS-satelliidid ei võtaks arvesse neid kiiruse aeglustusi (ja need liiguvad orbitaalkiirusel 14 000 km / h), kuvatakse vajaliku asukoha marker kilomeetri veaga …
Valguse kiirusele lähedasele kiirusele kiirendamine pole aga lihtne ülesanne. Einstein leidis, et valguse kiirus on maksimaalne võimalik liikumiskiirus ja seda saab saavutada vaid millegi abil ilma massita. Mida suurem on objekti mass, seda vähem on tõenäoline, et see saavutab peaaegu valguse kiiruse.
Selle üheks põhjuseks on massi kolossaalne suurenemine peaaegu valguse kiirusele jõudmisel. Sellepärast võivad sellise kiirusega liikuda näiteks footonid, valguse osakesed, millel pole puhkemassi.
Ehkki tänapäeval on ideid nn footonrakettide (näiteks Norra professor Haugi rakett) loomiseks, pole sellistele kiirustele kiirendus liigse ülekoormuse tõttu meeskonna jaoks eluga kokkusobiv. Nii et praegu räägime sellest tuleviku reisimisviisist ainult teoorias.
H - ussiauk
Ussiauk ehk ussiauk on kosmoseaja struktuuri teoreetiline lõik, mis ühendab universumis kahte kaugemat sündmust (ruumaja punktid).
Ussiaugud on nagu läbitavad mustad augud. Neil on ka sündmushorisont, kuid alles pärast selle läbimist ei rebita teid tugeva gravitatsiooni mõjul laiali, vaid ainult "sülitab" välja vastasküljelt, juba teises ajaruumi ruumis (peamine on mitte segi ajada musta auku mooliga, vastasel juhul teise juurde rännata) kui kolite "järgmisse maailma").
Selliseid sisse- ja väljapääsud on suud ning neid ühendab universumit läbiv kurgu tunnel. Ussiauk saab ühendada nii mineviku kui ka tulevasi sündmusi.
Võib eeldada, et kogu meie Universum on ussiaukudega ületatud. Alles nüüd eksisteerivad nad uskumatult mikroskoopilisel tasemel "kvantvahu" kujul: nad on aatomituumast mitu korda väiksemad, sama palju kui tuum on väiksem kui planeet Maa (me räägime John Wheeleri kosmose-aja nn vahtmaterjalist).
Ja on hüpotees, et universumi laienemise protsessis oleksid need mikroskoopilised ussiaugud võinud suureneda märgatava suuruseni.
Teadlased viitavad ka sellele, et mustad augud võivad olla mõne ussiaugu "sissepääsu suu". Kuulsa astrofüüsiku-teoreetiku ja kosmoloogi Igor Novikovi sõnul ei pruugi mõne galaktika tuumad olla supermassiivsed mustad augud, vaid sissepääs ussiauku.
Sellepärast, nagu professor märgib, tuleks ussiavade otsimisel kõigepealt vaadata galaktika keskpunkti. Teadlase sõnul on täiesti võimalik, et mõned ussiaugud saavad ühendada kahe erineva universumi sündmusi (punkte ruumis-ajas).
Ussiaugu probleem on aga see, et see variseb kokku enne, kui midagi sellest läbi ei pääse. Ja selleks, et ussiauk oleks läbitav ja enam-vähem stabiilne, on vaja negatiivse energiatihedusega välja, mis hoiab suu lahti.
Sellise aine loodud antigravitatsioon toimib ussiauku gravitatsioonijõudude ("pigistamise") vastu ja seega on võimalik sundida seda kauem läbitavas olekus püsima ja samal ajal suurendama selle suurust.
Ameerika populaarne füüsik ja astronoom Kip Thorne pakkus välja ussiaugu säilitamise mehhanismi, asetades paralleelsed juhtivplaadid selle vastaskülgedele.
See loob vastavalt Casimiri efektile mõlemale poole negatiivset energiat, mis hoiab ära uru varisemise. Samal ajal negatiivse energia mõjul ussiauk laieneb, mis on väga kasulik, kui olete harjunud muljetavaldaval kosmoselaeval õigeaegselt reisima (jätkates Thorne'i hüpoteesi, Cambridge'i ülikooli astrofüüsik Luke Butcher pakkus välja tõhusama viisi negatiivse energia tekitamiseks ussiauku, genereerides seda) selle väga ussiauk, ilma taldrikuid kasutamata).
Selle negatiivse energia kogused ussiaugu säilitamiseks peavad siiski olema tohutud. Samas näitavad arvutused, et sellel numbril on oma piir, mis rahustab ulmekirjanikke pisut.
Kip Thorn modelleeris ussiava suu välimust sõltuvalt selle pikkusest ja läätsest.
E - eksootiline aine
Eksootiline aine on mateeria, mis erineb ühel või teisel viisil klassikalisest ja millel on “eksootilised” omadused. Seda peetakse aineks, millel on negatiivne mass või mis on võimeline liikuma superluminaalsel kiirusel või mis koosneb osakestest, mis erinevad tavalistest baroonidest (st prootonitest ja neutronitest) - näiteks tumeaine.
Ajarännaku teoorias mängib eksootiline aine minevikku rännaku realiseerimisel ühte võtmerolli. Teoreetikud väidavad, et kui luuakse või avastatakse eksootiline aine, mis võib ruumi-aega ebatraditsiooniliselt deformeerida, võib ruumi-aja pidevuse struktuuris moodustuda aegsilm, mis sobib ajas tagasi liikumiseks.
Selle tõestuseks on näiteks ajamasina ühe täpsema matemaatilise mudeli - Kosmoseaegsed ümberlülitatavad aktuaalsed tagasiulatuvad domeenid (TARDIS) - Kanada matemaatik ja füüsik Ben Tippett:
„Kosmose-aja kumerusmõju, mis on meile kõige paremini tuttav, on gravitatsioon: see tõmbab meid Maa keskpunkti poole ja planeedid Päikese poole.
Kuid Einsteini teoorias võib ruumi-aja kumerus tekitada palju mitmekesisemaid efekte: pöörlevad massiivsed kehad tõmbavad läheduses olevad objektid nende pöörlemise suunas; Universum laieneb kiiresti; massiivsed objektid võivad põhjustada gravitatsioonilaineid, mida Ligo observatoorium hiljuti mõõtis,”märgib teadlane.
Tema sõnul võimaldab Einsteini teooria ühendada ruumi-aja erinevat tüüpi kõverusi seotud asja erineva olemusega. "Meie kosmoseaja geomeetria oli kavandatud võimaldama ajas rändamist ja Einsteini võrrand ütleb meile, millist tüüpi ainet universum sel moel oma kaaluga painutab: eriti eksootiline aine."
Niisiis, Tippeti mudeli järgi peaks ajamasin olema midagi sellist, nagu eksootilise ainega ümbritsetud "kast" (füüsiliselt käegakatsutav struktuur).
Pealegi peaks negatiivne energiatihedus andma sellele küsimusele „eksootilisuse”: teisisõnu peaks see looma midagi antigravitatsioonivälja taolist ja painutama ruumi-aega meie jaoks ebaharilikul viisil - nii, et ajajoon suletaks ringiks, moodustades suletud ajataolise kõvera.
Ben Tippetti TARDISe liikumine ruumis-ajas - piki suletud õigeaegset kõverat.
"Piisab, kui see laiali jaotada" masina "välisküljele ja universum paindub vastavalt oma kohalolekule soovitud viisil," selgitab Ben.
Ben esitas 31. märtsil 2017 ajakirjas Classical and Quantum Gravity avaldatud artiklis kõik arvutused, mis tõestavad sellise ajamasina loomise võimalust.
Ussiaukude läbilaskvuse säilitamiseks on vaja ka gravitatsioonivastaste omadustega eksootilisi aineid. Tänapäeval peetakse eksootilise aine kõige sobivamaks tüübiks negatiivset energiat, mis tekib tänu Casimiri efektile.
Ajarännak ei tundu teile nii fantastiline? Järgmises Daria Zaremba artiklis lugege seda, mis takistab inimkonnal neist ümberpaigutamistest unistada - mõttekatsete ümberlükkamise, minevikku rändamise paradokside ja nende lahenduste kohta.
Daria Zaremba
