Cum ar fi posibilă călătoria înapoi în timp conform teoriilor revoluționare ale lui Einstein
Călătoria înapoi în timp este un subiect captivant și misterios, explorat frecvent în filmele și cărțile de ficțiune științifică. De la Delorean-ul din „Back to the Future” la turnerul timpului din „Harry Potter”, ideea de a călători în trecut pentru a corecta greșelile anterioare este o tentație filozofică puternică. Cu toate acestea, există rădăcini fizice importante în teoria relativității generale a lui Albert Einstein care indică faptul că această idee ar putea fi o posibilitate reală, scrie Big Think.
Relativitatea generală și spațiu-timpul
Potrivit lui Einstein, spațiul și timpul nu sunt entități separate și absolute, ci sunt țesute împreună într-o țesătură inseparabilă numită spațiu-timp. În acest cadru, există o cantitate invariabilă cunoscută sub numele de intervalul spațiu-timp, care reprezintă mișcarea combinată prin spațiu și timp. Dacă suntem în repaus și poziția noastră spațială nu se schimbă, ne mișcăm prin timp la rata maximă permisă: înainte, cu o viteză de o secundă pe secundă. Totuși, dacă suntem în mișcare și poziția noastră spațială se schimbă, ne mișcăm prin timp la o rată mai lentă, un fenomen cunoscut sub numele de dilatarea timpului.
Cu cât ne mișcăm mai repede prin spațiu, cu atât ne mișcăm mai lent prin timp, până la limita absolută a vitezei posibile: viteza luminii. Pe măsură ce ne apropiem de această limită, mișcarea noastră prin spațiu devine tot mai rapidă, în timp ce mișcarea prin timp devine tot mai lentă. Dacă am putea ajunge la viteza luminii, timpul ar părea să se oprească pentru noi și nu ar mai trece deloc în timpul călătoriei noastre. În teorie, dacă am putea depăși viteza luminii, am deveni tachioni și am experimenta timpul înapoi; însă, aceasta este o situație nefirească, deoarece tachionii nu corespund niciunei realități fizice cunoscute.
Podul Einstein-Rosen și găurile de vierme
Depășirea vitezei luminii nu este singura modalitate de a călători înapoi în timp, conform teoriei lui Albert Einstein. Spațiu-timpul nu este neapărat plat și neschimbător; acesta poate fi curbat, se poate extinde sau contracta și poate chiar să creeze și să mențină o conexiune între două puncte distincte. Această posibilitate a fost formulată pentru prima dată în anii 1930 de Einstein și studentul său Nathan Rosen, fiind cunoscută sub numele de podul Einstein-Rosen, sau mai cunoscut în prezent ca o gaură de vierme.
Găurile de vierme sunt vizualizate de obicei prin reducerea numărului de dimensiuni de la trei la două și tratând spațiu-timpul ca o foaie bidimensională. Imaginați-vă că pliați o foaie de hârtie plată astfel încât două puncte distanțate de pe foaie să fie conectate în dimensiunea superioară. Această proprietate a spațiu-timpului, o posibilitate teoretică fascinantă, este poate cel mai important concept în știința călătoriei în timp.
Găurile negre și fluctuațiile cuantice
Mulți se întreabă ce se întâmplă când cazi într-o gaură neagră, o regiune a spațiului care conține atât de multă materie și energie încât nici lumina nu poate scăpa. În mod normal, presupunem că aceste găuri negre duc doar la o singularitate centrală, unde distrugerea este inevitabilă. Însă, există o altă posibilitate: găurile negre ar putea fi conectate la o altă regiune a spațiu-timpului.
Dacă această regiune conectată ar avea o densitate de energie negativă, ar deveni o gaură albă, ceea ce înseamnă că ai putea intra prin capătul „negru” și ieși prin capătul „alb”, călătorind printr-o „gaură” în spațiu-timp. Deși nu știm încă dacă găurile albe există în Universul nostru, acestea sunt soluții permise de relativitatea generală și sunt inversul temporal al unei găuri negre.
În Universul cunoscut există fluctuații cuantice minuscule și inevitabile, care apar în întreaga țesătură a spațiu-timpului, cel mai evident la cele mai mici scale. Aceste fluctuații de energie, conform principiului incertitudinii Heisenberg, pot apărea atât în direcții pozitive, cât și negative și pot apărea în proximitate foarte mare unele de altele. Aceste fluctuații sunt considerate a fi aleatorii și adesea includ deconectări și reconectări de la stările inițiale pozitive și negative.
În teorie, o fluctuație de energie foarte puternică și densă ar crea un spațiu curbat într-o manieră pozitivă, în timp ce o fluctuație de energie negativă la fel de puternică și densă ar curba spațiul în direcția opusă. Dacă aceste două regiuni de curbură pozitivă și negativă ar fi conectate, s-ar putea ajunge la noțiunea de gaură de vierme cuantică. Dacă gaura de vierme ar persista suficient de mult, ar putea chiar permite transportul unui particul, permițându-i să dispară instantaneu dintr-un loc din spațiu-timp și să reapară într-un alt loc.
Aceasta ar putea fi o soluție excelentă pentru posibilitatea de a trimite o particulă dintr-un eveniment spațio-temporal într-altul, incluzând momente care ar putea corespunde unor perioade „anterioare în timp” decât momentul inițial al particulei. Dacă dorim să extindem acest concept pentru a permite unui om să călătorească printr-o astfel de gaură de vierme, ar fi necesar să postulăm existența materiei cu masă/energie negativă, deoarece particulele și cuantele cunoscute în universul nostru au întotdeauna energie pozitivă și masă pozitivă sau zero.
Perspectivele teoretice și provocările practice
Dacă vrem să creăm o gaură de vierme fizică prin care un om ar putea călători, acesta este primul pas: să presupunem că această materie cu masă/energie negativă există. În timp ce știm că găurile negre există în univers, fiind entități formate din masă/energie pozitivă, ar trebui să presupunem și existența găurilor albe, entități formate din masă/energie negativă. Dacă am putea crea atât o gaură neagră supermasivă, cât și omologul său cu masă/energie negativă (o gaură albă supermasivă), am putea imagina conectarea lor, ceea ce ar putea duce în final la ceea ce am căutat de la început: o gaură de vierme traversabilă.
De ce este o gaură de vierme traversabilă atât de importantă pentru ideea de călătorie în timp? Pentru că, odată ce ai creat cele două capete ale găurii de vierme și ai forjat și menținut conexiunea dintre ele, indiferent cât de departe le-ai separa ulterior, această conexiune instantanee va rămâne eternă. Toate acestea sunt excelente pentru călătoria instantanee prin spațiu, iar prin utilizarea legilor relativității speciale împreună cu acest fenomen de relativitate generală, putem extinde conceptul la călătoria prin timp.
Ori de câte ori călătorești aproape de viteza luminii, experimentezi un fenomen cunoscut sub numele de dilatarea timpului. Mișcarea ta prin spațiu și timpul tău sunt relaționate de viteza luminii: cu cât mișcarea ta prin spațiu este mai mare, cu atât mișcarea ta prin timp devine mai mică. Acum, imaginați-vă că aveți sistemul TRAPPIST-1 ca destinație. Este situat la 40 de ani-lumină distanță, dar dacă am putea călători la viteze extrem de mari – cum ar fi viteze care depășesc 99,9% din viteza luminii – am putea face o călătorie într-un singur sens în doar șase luni de timp pentru călător.
Scenariul găurii de vierme și dilatarea timpului
Din relativitatea specială, dacă:
- Te urci într-o navă spațială,
- Călătorești foarte aproape de viteza luminii către acea stea,
- Apoi te oprești, te întorci și te întorci pe Pământ la aceeași viteză,
vei observa ceva ciudat. Din cauza dilatării timpului și a contracției lungimii, ai putea ajunge la destinație după șase luni și apoi să mai îmbătrânești alte șase luni în timpul călătoriei de întoarcere. Dar pe Pământ, ar fi trecut nu mai puțin de 81 de ani. Toți cei pe care i-ai cunoscut ar fi îmbătrânit considerabil și este foarte probabil ca toți cei pe care i-ai cunoscut înainte de a pleca să fi dispărut.
Aceasta este modalitatea standard în care călătoria în timp funcționează fizic: te duce în viitor, cu cantitatea de timp deplasată înainte în funcție de mișcarea ta prin spațiu. Dar dacă ai construi o gaură de vierme așa cum am descris – cu o gaură neagră supermasivă și o gaură albă supermasivă conectate printr-un pod – povestea se schimbă profund. Putem imagina același scenariu ca înainte, unde plecăm de pe Pământ la aproape viteza luminii și călătorim către o destinație situată la 40 de ani-lumină distanță, dar într-o manieră în care doar ~șase luni de timp trec pentru oamenii de la bordul navei spațiale.
Numai că, de data aceasta, pentru că am creat anterior o gaură de vierme, putem imagina că am lăsat un capăt al găurii de vierme aproape nemișcat, rămânând lângă Pământ, în timp ce celălalt capăt a fost luat în acea călătorie relativistică de șase luni: la o distanță de 40 de ani-lumină. Ce se întâmplă când intri în acea gaură de vierme?
Implicațiile temporale și paradoxul bunicului
Vei reieși pe Pământ instantaneu. Ceea ce este cel mai remarcabil este că nu va fi peste 81 de ani când te întorci pe Pământ și calendarele lor nu vor arăta iunie 2105, nici nu va fi cu 40,5 ani mai târziu, deci calendarele lor nu vor arăta decembrie 2064. În schimb, ar fi trecut doar șase luni și, deși ai călătorit 40 de ani-lumină distanță, va fi doar decembrie 2024 când vei ieși din celălalt capăt al găurii de vierme și te vei afla înapoi pe Pământ.
Cum este posibil acest lucru? Trebuie să ne amintim că, în relativitate, timpul însuși este relativ. Aceasta ne învață ceva profund: noțiunea noastră de „un an” nu este aceeași pentru toată lumea, în special dacă se mișcă prin timp și spațiu la rate diferite. Dacă considerăm o călătorie ipotetică de pe Pământ la sistemul TRAPPIST-1, în timp ce luăm un capăt al acestei găuri de vierme cu noi, am descoperi că, capătul „în mișcare” al găurii de vierme ar fi îmbătrânit doar cu timpul petrecut în călătorie: șase luni. Deși, pe Pământ, au trecut 40,5 ani, conexiunea dintre cele două capete ale găurii de vierme rămâne instantanee și, dacă călătorești înapoi „pe drumul scurt” prin gaura de vierme, nu „pe drumul lung” prin spațiu, vei descoperi că au trecut doar șase luni când vei ieși din capătul inițial.
Acum, imaginați-vă că acest scenariu nu ar fi ceva pe care să-l stabilim astăzi și să-l aplicăm în viitor. Nu; în schimb, imaginați-vă că acum 40 de ani, în iunie 1984, cineva a creat o pereche de găuri de vierme entangled și a trimis un capăt al găurii de vierme în această călătorie deja, și că ai fost cu el. Dacă ai putea păși în unul dintre capetele găurii de vierme astăzi, în 2024, ai ajunge înapoi în timp la gura celuilalt capăt al găurii de vierme… în decembrie 1984. Singura restricție este că tu însuți nu ai fi putut să stai pe Pământ și să stai pe loc timp de 40 de ani. Pentru ca acest scenariu să funcționeze, ar fi trebuit să fii cu celălalt capăt al găurii de vierme sau să călătorești prin spațiu pentru a-l ajunge din urmă.
Unul dintre aspectele remarcabile ale acestei forme fizic permisibile de călătorie în timp este acesta: descoperim că aceasta interzice, de asemenea, paradoxul bunicului! Chiar dacă îți imaginezi că această gaură de vierme a fost creată înainte ca părinții tăi să fie concepuți și că toți cei patru bunici ai tăi erau la bordul navei și nava a călătorit aproape de viteza luminii în timp ce părinții tăi au fost concepuți și apoi tu ai fost conceput, născut și ai crescut, nu există nicio cale să te întorci la capătul original nemișcat al găurii de vierme într-un moment anterior îmbarcării bunicului tău pe acea navă. Nu există nicio cale să te întorci într-un moment suficient de devreme pentru a împiedica îmbarcarea bunicului tău pe acea navă sau pentru a împiedica conceperea părinților tăi.
Cel mai aproape ai putea ajunge ar fi să îți pui pe navă tatăl și mama nou-născuți, când erau foarte tineri, să ajungă celălalt capăt al găurii de vierme, să trăiască, să îmbătrânească, să te conceapă și apoi să te trimită înapoi prin gaura de vierme. Ai putea întâlni bunicul tău înapoi pe Pământ, poate când era încă foarte tânăr – poate chiar mai tânăr decât ești tu acum – dar ar fi totuși, prin necesitate, după ce părinții tăi au fost născuți, astfel încât nu ar exista nicio cale să împiedici existența ta.
Este fascinant și adevărat că multe lucruri neobișnuite devin posibile în univers dacă masa/energia negativă este reală, abundentă și controlabilă, iar călătoria înapoi în timp ar putea fi, poate, cea mai sălbatică consecință pe care am imaginat-o vreodată. În cadrul relativității speciale și generale, călătoria înapoi în timp poate fi dificil de realizat într-un mod practic, dar nu există absolut nimic care să o interzică să se întâmple.