Az időutazást nem sokkal komolyabban veszik figyelembe, mint a tudományos fantasztikus írók képzeletét. Valójában ez egy egyedülálló jelenség - a világ fizikáját leíró egyenletek közvetlen származtatása. Anyagunkban mi teszi az ilyen utazást valósággá.
Osztályírónk, Daria Zaremba fizikusunk úgy véli, hogy az időutazás gondolatának a gyakorlatba történő átültetésére való törekvés hozzájárulhat a tudományos fejlődéshez és a nem szokatlan felfedezésekhez. Végül is így születnek egzotikus dolgok, fotonikus rakéták és az asztrofizikai tárgyak új tulajdonságai. Összeállította egy olyan mechanizmus szótárát, amelyek elméletileg eljuttathatják az embereket egy időutazásra.
B - Láncvesztés
A lánckerekes hajtás egy hipotetikus technológia a jövőbe történő utazáshoz, amelyben a tér-idő vászonjának deformációja miatt a mozgás hatása a fénysebességet meghaladó sebességgel jön létre.
Képzelje el, hogy egy szőnyegen fekszik, és mozgatás nélkül túl kell lennie az első szélén. Az egyik lehetséges megoldás az, ha a szőnyegek elülső részét maga alá gyűröli, majd a hátsó rész húzásával húzza ki. Körülbelül ugyanezt lehet megtenni a téridő "szőnyegeivel": ezt az elvet egy hipotetikus csillaghajó használ egy lánchajtóművel.
Sűríti az előtte lévő teret és kibontja azt mögötte, a mozgás illúzióját hozva létre a fénysebesség többszörösének megfelelő sebességgel. Ebben az esetben az űrhajóban nem lesznek árapályos erők, és a tényleges gyorsulás nullával egyenlő.
A legénység könnyedén kortyolhat koktélokat egy szalmából, vagy akár pihenhet egy pezsgőfürdőben, miközben a csillaghajó őrülten „raked” a téridőben maga alatt, az utazókat a Galaxis szélére téve.
Promóciós videó:
Az időgépek egyik modellje, amely a láncmeghajtó technológián alapul, az Alcubierri buborék, amelyet mexikói feltalálójának, Miguel Alcubierri-nek neveztek el.
Az ilyen "egységen" a jövőbe utazás teljes fizikája a speciális relativitáselmélet posztulátumain alapszik, amelyek szerint a buborék leállása után a legénység sok éven át megtalálja a külvilágot, mert számukra a buborékon belüli idő lelassult.
Ebben az esetben a fénysebesség abszolútitásának elvét nem sértik meg, mivel ebben az esetben a fénynél gyorsabb mozgás nem azt jelenti, hogy maga a buborék ilyen sebességgel mozog, hanem hogy a buborék gyorsabban eléri a rendeltetési helyét, mint a buborékon kívüli fénysugara.
De a tér-idő deformációjának ilyen hatásának megteremtéséhez speciális anyag szükséges, amely nem szokatlan fizikai tulajdonságokkal rendelkezik - „egzotikus anyag”, amely héjat (buborékot) hoz létre az űrhajó körül, és biztosítja a tér nagyon „rakingt”. Noha az ilyen anyagok előállításában nem történt előrelépés, a láncmeghajtás gyakorlati alkalmazhatóságának megvitatása meglehetősen korlátozott.
A lánchajtás elméleti mechanizmusa.
D - Gravitáció
A gravitáció - tág értelemben - a tér-idő görbületének megnyilvánulása, szűk értelemben - az erő, amely vonzza a tárgyakat.
A szabadalmi hivatal ismert munkatársa - Albert Einstein segített megnyitni a kapukat az „időgazdálkodás” világának. Ehhez csak két dolgot kellett megállapítania: az egyik - hogy a tér és az idő elválaszthatatlanul összekapcsolódjon, másodszor - hogy a hatalmas testek tömegükkel képesek deformálni ezt a tér-idő vászont, létrehozva gravitációt.
Más szavakkal, Einstein bebizonyította, hogy a Föld (hasonlóan más hasonló hatalmas testekhez), „meghajlítva” a tér „trambulinját” a tömegével (kör alakú pályákat hozva maga körül), ugyanakkor meghajolja az időt is, nevezetesen lelassítja útját, amikor közeledik a felszínre (és mélyebbre).
Ennek az ötletnek az a forradalmi jellege, hogy a klasszikus mechanikaban először nem vették észre abszolút értékként. Megállapítást nyert, hogy a bányász és a hegymászó karórája eltérően ketyeg (bár ez ilyen méretben észrevehetetlen), a folyó mellett élő iker testvér fiatalabb (ismét nem jelentősen) testvére, aki egy hegyi házban él, és a Föld magja fiatalabb annak felülete.
Így találtak módot az „ember” idejének lelassítására és ezáltal a jövőbe való utazáshoz, például olyan testhez közeledve, amelynek tömege többszöröse a Föld tömegének, majd visszatér a hazai bolygóra, és elgondolkodik a jövő világában.
D - fekete lyuk
A fekete lyuk egy olyan tárgy a világűrben, amely a saját gravitációs erõinek hatására olyan mértékben összeomlott, hogy még az elektromágneses sugárzás sem tud kijutni a gravitációs tértõl.
A jövőbe történő utazás legjobb tárgya, ha a gravitációs mechanizmust választja az idő befolyásolására, feltétlenül egy fekete lyuk.
Az ilyen utazáson való lapozáshoz közvetlenül az õ űrbe kell menned. Menj le lefelé egy szuper erős kábellel, de csak azért, hogy ne lépjünk át az esemény horizontján - a határon egy fekete lyukban, amelyet „spagetálás” kövessen - az összes olyan tárgy nyújtása és szakítása, amelyek odajutottak az egyedüli gravitáció hatására.
Amíg ebben a helyzetben lógsz, az idő lelassul neked. Ugyanakkor ez teljesen észrevehető önmaga számára, mert a referenciakeretében minden lelassul: anyagcsere, biológiai óra, szívverés, elektronok mozgása az atomokban és így tovább.
De ha valamilyen csodás módon kémkedni tudna a földi földlakókról a fekete lyukból, akkor számodra úgy tűnik, hogy tízszeres gyorsulással mozognak! És rád nézve azt gondolnák, hogy lassított videókat néznek.
Tehát egy fekete lyuk közelében fekvő egy nap majdnem három év életének felel meg a Földön (ez attól is függ, milyen közel állsz a horizonthoz - az idő egyáltalán megáll). És amikor oly keveset lógsz, visszatérsz otthoni bolygódhoz, észreveszed, hogy a világ elég öreg a távollétében. Voila - a jövőben vagy!
A jövőbe történő utazás mechanizmusa az idő tágulásának hatására a fekete lyuk eseményhorizontja közelében. A képen a kúpok "könnyű kúpok" - a tér-idő hiperszintje, amely egy adott eseményhez viszonyítva korlátozza a jövő és a múlt területét. A kúp dőlése az űrhajós időbeli változását mutatja. További részletek a fénykúp szerkezetéről az alábbi képen:
Világos kúp.
A "gravitációs moderátorként" való alkalmazás mellett a forgó fekete lyukak hasznosak lehetnek a múltba való utazáshoz is. A tény az, hogy gravitációs térerőjük miatt képesek úgynevezett "zárt időbeli görbéket" létrehozni, amelyek mentén mozognak, és az utazó vissza tud térni az időben.
De a fekete lyukak „hasznossága” az időgépeknél sem ér véget. Az angol fizikus és matematikus, Roger Penrose szerint néhány fekete lyuk - nevezetesen a töltéssel vagy forgással járó - lyukak lehetnek a jövő univerzumainak kapui.
A Penrose-diagram szerint az eseményhorizonton túl a térbeli koordinátákat időben megváltják.
A töltéssel vagy forgás pillanatával rendelkező fekete lyukak esetében az a szokatlan, hogy két ilyen eseményhorizontnak kell lennie. Ennek megfelelően a térbeli és az időbeli koordináták cseréje kétszer is megtörténik.
Kiderül, hogy egy ilyen lyukba ugrva az űrhajós először lefékezi az egyik eseményhorizontot - a visszatérés nélküli pontot, majd a másodikot, amelyet a jövő világegyeteme követ. De valószínűleg nem találnak ilyen daredevileket, így a hipotézis továbbra is remegő.
З - zárt időbeli görbe
A zárt időszerű görbe egy olyan globális vonal (egy tér mozgásának leírására szolgáló tér-idő görbe), amely a tér-idő struktúrájában egy objektumot ad vissza egy olyan eseményhez (a tér-idő pontjához), amelyet már meghaladott.
ZVK - az általános relativitáselmélet egyenletének egyik matematikai megoldása. Ez a fizikai jelenség a legtöbbször a múltba való utazás fő mechanizmusának.
A gravitációs egyenletek szerint zárt időszerû görbe alakulhat ki, ahol egy hatalmas tárgy vagy egy erõteljes gravitációs tér mozog, és szó szerint "húzza" a téridõt mögötte. Ez az oka annak, hogy például csak a forgó fekete lyukak hozhatják létre a ZVK-t - a statikus gravitációs mező nem képezi őket.
A CEC mentén mozogva, az objektum tér vissza azon térbeli koordinátákhoz, ahonnan távozott, de az érkezési idővel a kilépés előtt. Vagyis valóban utat tesz a múltba.
L - lézer
A lézer (a sugárterhelés stimulált sugárzás általi erősítéséből) olyan eszköz, amely intenzív monokromatikus keskeny elektromágneses sugárzást bocsát ki, amely nagy távolságra terjed.
Jellemzői miatt a lézersugár megnövekedett energia sűrűséggel rendelkezik, amely akár meg is haladhatja a nukleáris robbanás energia sűrűségét (a sugár szélességének maximális csökkentésével).
A megvalósítás egyik legegyszerűbb és legkifinomultabb időgépének szerzője a Connecticuti Egyetem elméleti fizikusa, Ronald Mallett.
Egy ilyen eszköz elkészítésének gondolata a professzortól származott korai gyermekkorban, amikor apjának váratlanul 33 éves korában szívrohamban halt meg. A professzor többször elismerte, hogy mindaz, amit elért a tudomány területén, az apja végtelen szeretetén és a vágyakozás utáni vágyán alapszik.
Ronald sok éven át dolgozott egy időgépen, és elrejtette kollégáitól és a fekete lyukak tanulmányozását. És mintegy 70 éves korában sikerült elérnie a kívánt eredményt.
Mallet modellje egy lézersugár energiáján alapul. És létrehozását elősegítette a leghíresebb Einstein-egyenlet - E = mc2.
Ebből a legendás képletből következik, hogy a tömeg ekvivalens az energiával, ami azt jelenti, hogy a tér-idő vászonot nagy energiák hatására is el kell torzítani.
Most beszéljünk az elektromágneses sugárzás energiájáról (szűk értelemben a fény). Mint tudják, fotonok - az elektromágneses sugárzás "részei" - segítségével továbbítják. Ez utóbbi viszont energiával rendelkezik, amelyet egy speciális képlettel lehet kiszámítani: E = hv, ahol h az arányossági együttható (Planck-állandó), és nu a fotonfrekvencia.
Így kiderül, hogy a fénysugár gravitációs teret is létrehozhat, mivel energiájával rendelkezik. Ez volt a gondolat, amely megalapozta Ronald Mallet tudományos munkáit.
A tudós erőteljes lézernyalábot vett, és a tükrök rendszerének segítségével egy körben körbekerült, és úgynevezett lézergyűrűt hozott létre. Az ötlet az, hogy a gyűrű belsejében a tér-idő vászon eltorzult, mint egy örvény.
Körülbelül ugyanezt figyeljük meg, ha kanállal keverjük a teát. Az ilyen "manipulációk" miatt, a térrel együtt, a gyűrűn belüli idő hurokba záródik, amely lehetővé teszi a múltban bejutott tárgyak mozgatását.
A Ronald Mallett időgép geometria.
A professzor szerint egy ilyen egység képes lesz kódolt üzenetek küldésére a múltba, a részecskék időben történő továbbításával. Igaz, hogy egy ilyen üzenet csak ezen idõgép létrehozásáig lehet eljutni: mind adóként, mind vevõként szolgál.
Így például lehet figyelmeztetni a múlt embereit a közelgő katasztrófákra. A makroobjektumok ilyen módon történő mozgását illetően itt a tudósok, mint mondják, izzadni fognak.
De egy ilyen időgép sem hiányzik a buktatóin. Például Allen Everett és Ken Olum kritizálta az elméletet a helytelenül választott tér-idő geometriája miatt a várható zárt időbeli görbe (TLC) kialakításához.
A tudósokat szintén szégyenkezte a szükséges energiamennyiség: számításaik szerint a SEC időprogramozásához tér-időben a lézergyűrű átmérőjének meg kell haladnia a látható univerzum méretét. És bár Ronald megkísérelte csökkenteni a szükséges energiamennyiséget a lézer fénykibocsátásának lelassításával, a lassú sugarak felhasználhatatlannak bizonyultak a vizsgálatban.
O - negatív energia
A negatív energia az "egzotikus anyag" (vagy inkább az "energia") egyik fajtája, amelyet a Casimir-hatás révén nyernek, és amely felhasználható a múltba való utazáshoz, valamint a féreglyukak fenntartásához.
Egyszerűsített formában az ilyen energia előállításának "receptjét" a következőképpen lehet leírni:
Vegyünk két töltötlen fémplatina-t és tegyük őket vákuumba. A lemezeket a lehető legnagyobb mértékben összehozzuk, de úgy, hogy ne érjenek egymáshoz.
Megfigyeljük a lemezek vonzódását egymáshoz. Ennek oka az a tény, hogy a vákuumban valójában van energia - bár nem tartalmaz nekünk ismerős részecskéket, a virtuális részecskék és a részecskék egy része párosulva felmerül, és megsemmisül (kölcsönösen megsemmisül) benne.
Az ilyen folyamatok nyomást keltenek. De mivel apró rést hagytunk a lemezek között, akkor a részecskeellenes részecskék koncentrációja sokkal kisebb, mint a körülvevő térben. Ezért a külső erősebb nyomás közelebb hozza a lemezeket.
Behúzás közben a lemezek csökkentik a közöttük lévő vákuumenergiát a normál nulla pont alatt, ezáltal negatív energiát teremtve.
Kazimir hatás.
A negatív energia ilyen kísérlet eredményeként megjelenő jelenségét Casimir-effektusnak nevezik - Hendrik Casimir holland fizikus tiszteletére. Ez az energia potenciálisan a tér-idő görbületét okozhatja a múltba való utazáshoz.
Az így keletkező negatív energia mennyisége azonban elhanyagolható ahhoz képest, hogy mennyire van szüksége a megfelelő deformációs hatáshoz. De amint a tudósok megjegyzik, egy mechanizmus kidolgozása már jó előrelépés.
R - relativista hatások
A relativista hatások olyan fizikai jelenségek, amelyeket megfigyelnek, amikor egy tárgy közel fénysebességgel mozog. A relativista mechanika tanulmányozásának tárgyát képezik a speciális relativitáselmélet alapján.
Az összes relativista hatás között, mint például a tömeg növekedése, egy tárgy hosszának csökkentése, az időutazáshoz való felhasználás szempontjából a legérdekesebb és legpraktikusabb az időtágulás hatása.
A relativitás speciális elmélete szerint a testnek, amely a fénysebességhez hasonló sebességgel mozog, az idő lecsökken a nyugalmi testhez viszonyítva.
Ez az elmélet 1971-ben találta kísérleti megerősítését, amikor két kétségbeesett fizikus, Hafele és Keating kétszer repült a világ körül, négy atomórával a fedélzeten. A leszálláskor rájöttek, hogy az utazási őr valóban lemaradt az Egyesült Államok Haditengerészeti Megfigyelőközpontjában fennmaradó órák mögött.
Időutazási lehetőségként ez nézhet ki. Tegyük fel, hogy megtalálta a módját az űrhajó felgyorsítására a fénysebesség 99,5 százalékára. Ebben az esetben egy perc alatt eljuthat az egyik legközelebbi csillaghoz. Négy év telik el a Földön.
Így előre-hátrafelé két percig tölti szubjektív idejét - a hajóban az idő tágulása miatt, és amikor visszatér a Földre, nyolc évvel idősebb lesz.
Mellesleg, áldja meg a nagy Einsteint minden alkalommal, amikor az online térképekben keres egy közeli burgerboltot: ha a GPS-műholdak nem veszik figyelembe ezeket az idősebességeket (és 14 000 km / h körüli sebességgel mozognak), akkor a szükséges helyjelző kilométeres hibával jelenik meg. …
A fénysebességhez közeli sebességre gyorsítás azonban nem könnyű feladat. Einstein megállapította, hogy a fénysebesség a lehető legnagyobb mozgási sebesség, és csak valami valósítható meg tömeg nélkül. Minél nagyobb egy tárgy tömege, annál kisebb a valószínűsége, hogy elérje a fény közeli sebességét.
Ennek egyik oka a tömeg kolosszális növekedése a közel fénysebesség elérésekor. Ez az oka annak, hogy például a fotonok, a fényszemcsék, amelyeknek nincs nyugalmi tömege, ilyen sebességgel tudnak mozogni.
Noha ma vannak ötletek az úgynevezett fotonikus rakéták létrehozására (mint például a norvég professzor Haug rakéta), az ilyen sebességre való gyorsítás a túlzott túlterhelések miatt összeegyeztethetetlen a legénység életével. Tehát most a jövőbe történő utazás ilyen módjáról csak elméletben beszélünk.
H - féreglyuk
A féreglyuk vagy féreglyuk az űridő szerkezetének elméleti átjárója, amely két távoli eseményt (az űridőben lévő pontokat) összeköt az univerzumban.
A féreglyukak olyanok, mint átjárható fekete lyukak. Nekik van egy eseményhorizontjuk is, de csak áthaladása után nem szakítja el szét az erős gravitáció hatására, hanem csak a hátsó oldalról "köp ki", már a téridő másik pontján (a lényeg az, hogy ne keverjük össze a fekete lyukat a vakonddal, különben ahelyett, hogy amikor "a következő világba költözsz").
Az ilyen bejáratokat és kijáratokat szájaknak nevezzük, és azokat az Univerzumon áthaladó torok-alagút köti össze. A féreglyuk összekapcsolhatja a múltbeli és a jövőbeli eseményeket.
Feltételezzük, hogy az egész univerzumunkon féreglyukak vannak. Csak most hihetetlenül mikroszkopikus szinten léteznek „kvantumhab” formájában: annyiszor kisebbek, mint az atommag, annyira, hogy a mag kisebb, mint a Föld bolygó (John Wheeler az űridő úgynevezett habjáról beszélünk).
És van egy hipotézis, miszerint a világegyetem tágulásának folyamatában ezek a mikroszkopikus féreglyukak észrevehető méretre növekedhetnek.
A tudósok azt is sugallják, hogy a fekete lyukak lehetnek bizonyos féreglyukak „bejárati szája”. Igor Novikov, a híres asztrofizikus-teoretikus és kozmológus szerint egyes galaxisok magjai nem szupermasszív fekete lyukak lehetnek, hanem egy féreglyuk bejárata.
Ezért, amint a professzor megjegyzi, féreglyukak keresésekor elsősorban a galaxis közepére kell nézni. A tudós szerint nagyon valószínű, hogy egyes féreglyukak összekapcsolhatják két különböző univerzum eseményeit (térbeli idő pontokat).
A féreglyuk problémája azonban az, hogy összeomlik, mielőtt bármi is áthatolhat rajta. És ahhoz, hogy egy féreglyuk átjárhatóvá és többé-kevésbé stabil legyen, negatív energia sűrűségű mezőre van szükség, amely nyitva tartja szájait.
Az ilyen anyag által létrehozott antigravitáció a féreglyuk gravitációs erői ellen hat (így "megszorul"), és így lehetséges lesz arra kényszeríteni, hogy hosszabb ideig maradjon átjárható állapotban, és ugyanakkor növelje annak méretét.
A népszerű amerikai fizikus és csillagász Kip Thorne javaslatot tett egy féreglyuk fenntartásának mechanizmusára azáltal, hogy párhuzamos vezető lemezeket helyeznek el annak ellenkező oldalára.
Ez a Casimir-effektus szerint mindkét oldalán negatív energiát hoz létre, amely megakadályozza a daru összeomlását. Ugyanakkor, a negatív energia hatására a féreglyuk kibővül, ami nagyon hasznos, ha megszokták az időben történő utazást egy lenyűgöző űrhajóban (Thorne hipotézisének folytatása mellett, a Cambridge-i Egyetem asztrofizikusa, Luke Butcher javaslatot tett egy hatékonyabb módszerre a negatív energia létrehozására a féreglyukban azáltal, hogy generál nagyon féreglyuk, lemezek használata nélkül).
Ennek a negatív energianak a féreglyuk fenntartásához azonban hatalmas mennyiségűnek kell lennie. Ugyanakkor a számítások azt mutatják, hogy ennek a számnak megvan a saját határa, amely kissé megnyugtatja a tudományos fantasztikus írókat.
Kip Thorn modellezése a féreglyuk szája megjelenésének hosszától és lencsétől függően.
E - egzotikus anyag
Az egzotikus anyag az anyag, amely valamilyen módon különbözik a klasszikustól, és „egzotikus” tulajdonságokkal rendelkezik. Ezt olyan anyagnak kell tekinteni, amelynek negatív tömege van, vagy képes szuperluminális sebességgel mozogni, vagy olyan részecskékből áll, amelyek különböznek a szokásos baronjainktól (azaz protonok és neutronok) - mint például a sötét anyag.
Az időutazás elméletében az egzotikus anyag játszik kulcsfontosságú szerepet a múltba való utazás megvalósításában. A teoretikusok szerint egy egzotikus anyag létrehozása vagy felfedezése során, amely nem szokatlan módon deformálhatja a tér-időt, egy időhurok alakulhat ki a tér-idő kontinuum szerkezetében, amely alkalmas az időben történő elmozdulásra.
Ezt bizonyítja például az időgép egyik legpontosabb matematikai modellje - Az űridőben átjárható akusztikus retrográd domének (TARDIS) - a kanadai matematikus és fizikus, Ben Tippett:
„A téridő görbülethatása, amellyel a legjobban ismerjük magunkat, a gravitáció: a Föld központja felé húzza minket, a bolygók a Nap felé.
De Einstein elméletében a tér-idő görbülete sokkal változatosabb hatásokat válthat ki: a forgó masszív testek a közeli tárgyakat forgásuk irányába húzzák; Az univerzum gyorsan bővül; a hatalmas tárgyak gravitációs hullámokat okozhatnak a Ligo obszervatórium által a közelmúltban mérve”- jegyzi meg a tudós.
Elmondása szerint Einstein elmélete lehetővé teszi a tér-idő különféle görbületének összekapcsolását az érintett anyag eltérő természetével. "Az űrtartalmú geometriánkat úgy terveztük, hogy lehetővé tegyék az időutazást. Einstein egyenlete megmondja nekünk, hogy milyen anyagtípus hajlik az univerzumot súlyával: különösen egzotikus anyag."
Tehát Tippet modellje szerint az időgépnek valamilyen egzotikus anyag által körülvett "doboznak" (fizikailag kézzelfogható szerkezetnek) kell lennie.
Ezenkívül a negatív energia sűrűségnek „egzotizmust” kell adnia erre a kérdésre: más szavakkal, úgy kell létrehoznia, mint egy antigravitációs mezőt, és szokatlan módon meg kell hajlítania a tér-időt - úgy, hogy az idővonal gyűrűvé alakuljon, zárt időszerű görbét képezve.
Ben Tippett TARDIS mozgása a tér-időben - egy zárt időszerű görbe mentén.
"Elég elosztani azt a" gép "külsején, és az univerzum a kívánt jelenlétében meghajlik jelenlétére reagálva" - magyarázza Ben.
Ben a 2017. március 31-én, a Classical and Quantum Gravity folyóiratban megjelent cikkében bemutatta az összes olyan számítást, amely igazolja egy ilyen időgép létrehozását.
Anti-gravitációs tulajdonságokkal rendelkező egzotikus anyagokra is szükség van a féreglyukak áteresztőképességének fenntartásához. Manapság a legmegfelelőbb egzotikus anyagtípus a negatív energia, amelyet a Casimir-hatás okoz.
Az időutazás nem tűnik olyan fantasztikusnak? Daria Zaremba következő cikkében olvassa el arról, hogy mi akadályozza meg az embereket abban, hogy álmodjanak ezekről az elmozdulásokról - a gondolatkísérletek megcáfolásáról, a múltba való utazás paradoxonjairól és azok megoldásairól.
Daria Zaremba