Putovanje kroz vreme: naučna činjenica ili naučna fantastika?

Kada fizičari žele da uzbude ljude za njihovu nauku, oni obično kreću od kosmologije ili fizike čestica. Tamo uvek postoji nešto uzbudljivo da se kaže o svemiru ili potrazi za novim česticama u Velikom Hadronskom Kolajderu (LHC). Naravno, daleko više je uzbudljivo pokušati učiniti elektromagnetizam ili termodinamiku zanimljvim.

Pa da li uvođenje teme kao što je putovanje kroz vreme malo podseća u uvod u naučnu fantastiku? Ja ne bih raspravljao. U stvari, ja mislim da je to odličan način prelaska preko nekih osnovnih ideja iza Ajnštajnovih teorija relativnosti (da, postoje dve teorije). Jedni mogu da počnu sa postavljanjem prostih još uvek emotivnih pitanja: da li je putovanje kroz vreme moguće? Svako, ko je gledao film poput Terminatora ili je fan Dr Who-a može brinuti o konceptu putovanja kroz vreme da, dok je zabavno razmatrati, je samo besmislica za koju nema mesta u pravoj nauci. Kako god, ne samo da zakoni fizike dozvoljavaju putovanje kroz vreme, nego je to i dokazano u mnogim eksperimentima.

Naravno trebao bih da kvalifikujem ovu hrabru izjavu ukazivanjem da je putovanje kroz vreme u budućnost zapravo ostvarivo. Putovanje u prošlost je mnogo više komplikovano, i verovatno je nemoguće. Ono što je fascinantno, premda, je to da time još nije ovladano. Moj cilj u ovom članku je da objasnim razliku između dva smera putovanja u vremenu i da pokažem kako teorija relativnosti tera fizičare da napuste uobičajeno gledište o samoj prirodi vremena.

Isak Njutn: uobičajeni pristup?

Dok Isak Njutn nije kompletirao svoj rad na zakonima kretanja 1687. godine, definicija vremena je razmatrana kao domen filozofije više nego nauke. Kako god, kada je Njutn opisao kako se tela kreću pod uticajem sila, vreme je bilo integralni deo njegovog matematičkog opisa realnosti, od kada sva kreatanja i promene iziskuju predstavu o vremenu da bi sve to imalo smisla. Njutn je video vreme kao apsolutno i nepopustljivo; opisao je to kao da postoji kompletno izvan prostora i da je nezavisno od svih procesa koji se odigravaju unutrar prostora. Ovo je još uvek gledište koje mnogi od nas imaju, mi mislimo da vreme protiče konstantnom brzinom, kao da je postojao imaginaran kosmički časovnik koji je označavao sekunde, sate i godine u skladu sa našim osećanjima o protoku vremena. Mi nemamo uticaja na brzinu proticanja I ne možemo ga ubrzati ili usporiti. Mi osećamo da znamo šta je to vreme – ali neko zapravo to ne zna. Najbolja definicija koju imamo je više smešna, reći nešto poput “vreme je prirodni način zaustavljanja da se sve dešava odjednom!” ili “vreme protiče konstantnom brzinom od jedne sekunde svake sekunde”. Šta to na Zemlji uopšte znači?

Da li je Njutn bio u pravu? Da li apsolutno vreme stvarno postoji? Albert Ajnštajn je pokazao da ne postoji.

Albert Ajnštajn: revolucionar

1905. godine, Ajnštajn je otkrio, kroz svoje učenje o prirodi svetlosti, da vreme i prostori nisu nezavisni ali su intimno povezani. Njegove ideje su postale poznate kao specijalna teorija relativnosti, koja je nagoveštavala revoluciju u fizici. Pokazao je kako i zašto stara shvatanja o prostoru i vremenu moraju biti zamenjena sa novim nepoznatim konceptima. Jednostavno, relativistička teorija udružuje vreme sa tri dimenzije prostora u nešto nazvano prostor-vreme. Odatle dolazi ideja vemena kao četvrte dimenzije

U 1915. godini, deset godina nakon njegovog rada na specijalnoj relativnosti, Ajnštajn je kompletirao njegovu teoriju gravitacije, poznatu kao opštu teoriju relativnosti. Široko cenjena kao najlepša naučna teorija ikad otkrivena, opisuje kako gravitacioni efekti materiju utiču na prostor-vreme. Ovo je vodilo do mnogih uzbudljivih predviđanja koja su se naknadno pokazala tačnim, kao što je rođenje Univerzuma u Velikom prasku (Big Bang) i postojanju crnih rupa.

Ali hajde da se vratimo na temu specijalne relativnosti. Ajnštajn je pokazao da za sve (ili svakog) ko putuje brzinama približnim svetlosti – impresivnih 300 000 kilometara po sekundu – vreme književno rečeno ide mnogo sporije. Pri brzini približnoj brzini svetlosti kojom se sat kreće, sporije će se kazaljke kretati posmatrano od strane posmatrača koji uveličano gleda prošlost. Dan – danas, sporije proticanje vremena je potvrđeno rutinski, u akceleratorima čestica, kao što je postrojenje CERN-a u Švajcarskojw1. Mnogi studenti fizike dobijaju šane da vide ovaj efekat u laboratoriji posmatranjem određenog tipa sub-atomskih čestia nazvanih mioni. w2

Image courtesy of Matjaz Boncina / iStockphoto

Razmotrimo prost primer sa brojevima. Atletičar trči 100 metara tačno 10 sekundi, sudeći po pouzdanom i visoko tačnom merenju vremena sudija. Ukoliko bi on, kako god, nosio njegovu veoma tačnu štopericu sa sobom, onda, bi vreme za njega teklo veoma sporo, njeogv sat bi pokazivao vreme od 9.999999999995 sekundi. Naravno, ovo je približno 10 sekundi pa mi tako nikada ne znamo razliku. Kako god, naučnici rutinski imaju potrebu da izmere vremena sa ovom vrstom tačnosti. Razlika između satova atletičara i sudije je samo pet pikosekundi; to je tako mala vremenska razlika zato što atletičar kreće mnogo sporije nego svetlost.

Ovo je u stvari veoma dovitljiv koncept. Ako ljudi znaju bilo šta o teoriji relativnosti, to bi stremilo stalnom isticanju da su sva kretanja relativna. Zato što sat trkača ide mnogo sporije, otuda beleženje kraćeg vremena? Ako je svo kretanje relativno, onda mi bi mi bili u mogućnosti da raspravljamo da je zapravo traka ta koja se kreća relativno u odnosu na trkača. Pa bi trebalo da sudijina strana trake ide sporije. Ovo je istinito, ali u stvarnosti situacija nije kompletno simetrična. Za jednu stvar, trkač mora da ubrza ili uspori i njegova promena u brzini utiče na brzinu kojom njegovo vreme teče, relativno onom od sudija. Drugi način razumevanja zašto štoperica trkača očitava brže vreme je to, za njega, rastojanje koje on mora da pretrči je u stvari neznatno manje nego 100 metara. Ovo je druga posledica teorije relativnosti: rastojanja su kraća kada se krećete veoma brzo.

Visoko-brzinsko kretanje: putovanje kroz vreme u budućnost

Image courtesy of James Group Studios / iStockphoto

Kao što ovaj početak pomalo čudno zvuči, mogli bismo dobro ispitati kako je sve to povezano za putovanjem kroz vreme. Ideja vremena koje usporava daje nam, pomalo literarno, značenje putovanja kroz vreme u budućnost. Ako biste putovali oko naše galaksije u raketi, približno brzini svetlosti za, recimo, četiri godine, vi biste bili šokirani kada biste se vratili na Zemlju. Ako vaš zidni kalendar kaže da ste otišli januara 2005. godine i da ste se vratili jaunara 2009. godine, onda u zavisnosti od vaše tačne brzine i kako je zapetljana vaša putanja oko zvezda bila, da je na Zemlji 2045. godina i da su dostigli 40 godina starosti! Oni bi takođe bili jednako šokirani videvši vas koliko ste mladi iako ste tolike godine bili odsutni.

Unutar rakete, četiri godine su prošle dok su Zemaljski časovi odskočili za 40 godina. Ovo znači da biste, za sve namere i svrhe, otskočili 36 godina u budućnost.

Ovaj efekat je proveren i potvrđen mnogo puta u različitim eksperimentima sa ekstremno visokim stepenom tačnosti. 1971. godine, J. C. Hafele i Ričard E. Keating su postavili četiri visoko tačna atomska časovnika na mlazni avion i leteli su s njima prema istoku oko Zemlje. Nakon povratka aviona, časovnici su upoređeni sa referentnim atomskim časovnicima u Mornaričkoj opservatoriji američke vojske: putujući časovnici su bili delić sekunde iza uporednih časovnika(Hafele & Keating, 1972a, 1972b)^w3. Čak iako je avion imao brzinu do 1000 kilometara po času, brzina svetlosti je milion puta veća od ove, otud veoma mala i donekle neimpresivna razlika između dve grupe časovnika. Uprkos tome, ta ralzika je realna i časovnici su tačno tako da mi nemamo sumnje u njiova očitavanja ili zaključke koje izvodimo iz njih.

Putovanje kroz vreme u prošlost?

Putovanje kroz vreme do prošlosti, izgleda, da je mnogo teže. Mnogim ljudima, će možda doći kao iznenađenje da putovanje napred u vremenu je mnogo lakše, nego putovanje nazad. Ako išta, možete misliti da je misao o putovanju u budućnost mnogo smešnija. Prošlost može izgledai nedostupna, ali na kraju makar se dogodila. Budućnost na drugoj strani, se nije još dogodila. Kako možemo posetiti vreme u kome se ništa još nije desilo? Kako god, putovanje kroz vreme u budućnost velikim brzinama kretanja ne zahteva da budućost bude sprema “tamo negde” i čeka na nas. Šta to znači da se mi krećemo izvan svačijeg vremenskog okvira u jedan u kome vreme teče sporije. Dok smo mi u ovom stanju, vreme izvan otkucava mnogo brže i budućnost se otkriva pri velikim brzinama. Kada se pridružimo našim orginalnim vremenskim okvirima, mi ćemo dostići budućnost mnogo brže nego bilo ko drugi.

U drugu ruku, postoji mnogo šokantnih primera kako smešne stvari bi bile ako bi putovanje u prošlost bilo moguće. Na primer, šta ako odete nazad kroz vreme, u prošlu godinu na primer, da ubijete sebe mnogo mlađeg. Šta bi se onda desilo? Da li biste prosto nestali iz postojanja kao što se mladji vi skljokao na tlo? Ako biste preminuli prošle godine, ko bi vas ubio? Znam da ovo zvuči malo morbidno, ali je ovo poznat paradoks. Mislite o ovome. Izgleda da vi ne možete ubiti mlađeg sebe zato što morate preživeti pokušaj ubistva da biste postali ubica. Stvar koju treba zapamtiti o putovanju kroz vreme u prošlost je ta da vam je dozvoljeno petljanje sa istorijom sve dok stvari ispadnu kao što treba da ispadnu. Ne možete menjati prošlost.

U suštini, postoje dva načina vraćanja u prošlost. Jedan je kretanje unazad kroz vreme, tokom kojeg kazaljke vašeg sata se kreću u suprotnom smeru. Ovo zahteva kretanje brže od brzine svetlosti, što je po teoriji relativnosti nemoguće, pa stoga nije vrsta putovanja kroz vreme o kome ću raspravljati ovde. Drugi način je putovanjem koje vam izgleda kao putovanje unapred u vremenu (vaš sat se kreće napred) ali kretanjem kroz zakrivljenu putanju prostor-vremena koja vas vodi u vašu prošlost (izgleda kao petlja na roler kosteru). Takva petlja u fizici je poznata kao zatvorena kriva vremena i bila je predmet intenzivnog teoretskog istraživanja tokom prošlog veka. Možda iznenađujuće, bila je poznato pola veka da Ajnštajnova jednačina opšte relativnosti dozvoljava takvo zatvorenu vremensku krivu: Američki matematičar Kurt Gedel je pokazao 1949. godine da je ova vrsta putovanja u prošlost teoretski moguća.

Image courtesy of Frank Ramspott / iStockphoto

Pa čemu onda sva ta nervoza? Putovanje u budućnost je već rađeno i putovanje u prošlost, iako teško, nije zabranjeno teorijom. Na šta onda čekamo? Zašto još nismo napravili vremensku mašinu? Problem je u tome, delom iz činjenice da zatvorene vremenske krive u prostor-vremenu je veoma teško stvoriti, i ne razumemo ih baš teoretski. Kao stvari stoje na početku 21. veka, opšta relativnost nam kaže da ne možemo ovladati putovanjem kroz vreme, ali mnogi fizičari se nadaju da bolje razumevanje uključene matematike može eventualnvoditi do zaključka da su vremenske petlje nemoguće.

U ovom trenutku, ne možemo vladati mogućnošću da prirodno stvorena vremenska mašina postoji negde u Univerzumu. Teoretski to je moguće za prostor vreme da bude jako zakrivljeno u prisustvu jakog gravitacionog polja koje, pod određenim specijalnim uslovima, je stvorila vremensku petlju. Ako bismo se spotakli preko neke celine, poznatije kao crvotočina, tokom budućih svermirskih letova to nam može obezbediti stalnu vezu sa prošlošću.

Za sad, najbolji način da rešimo postojanje vremenskih petlji jeste da pitamo gde su svi putnici iz budućnosti. Ako buduća generacija ikada uspe u pravljenju vremenskih mašina onda sigurno će mnogo ljudi hteti da poseti 21. vek i mi bismo videli ove posetioce među nama danas. Da održim debatu živom, ispod je pet mogućih razloga zašto mi ne možemo da očekujemo da vidimo posetioce iz bilo kog vremena:

1. Putovanja kroz vreme je zabranjeno nekim još neotkrivenim zakonom fizike. Fizičari se nadaju da će otkriti novu teoriju koja je iza opšte teorije relativnosti i koja objašanjava zašto su vremenske petlje zabranjene. Mi već imamo dva moguća kandidata za tu teoriju, poznatiju kao teoriju superstruna i teoriju membrana. Ali nijedna nije još dovoljno razumljiva.
2. Ne postoje prirodne vremenske mašine kao što su crvotoline, pa je onda jedini način za putovanje nazad izgradanja jedne. Ali to nas vraća samo do trenutka kada je mašina bila uključena (jer bi to bio najraniji momenat u vremenu kojem mašina može pristupiti). Pa stoga mi ne možemo videti bilo kog putnika korz vreme iz budućnosti zato što mašina još uvek nije izumljena.
3. Prirodna vremenska mašina postoji i ljudi je koriste da bi putovali nazad u 21. vek, ali – ideja shvaćena ozbiljno od strane mnogih teoretskih fizičara – naš univerzum je samo jedan od beskonačnog broja paralelnih univerzuma. Stoga vremenska mašina gura posetioca u paralelni svet. Postoji mnogo tih univerzuma, a naš univerzum je jedan od onih koji još nisu imali sreće da budu posećeni. Ako niste ubeđeni ovim razlozima, onda vas mogu zainteresovati u još običnih mogućnosti:
4. Očekivati da vidite vremenskog posetioca među nama pretpostavlja da oni žele da posete naš vek. Možda za njih, postoje mnogo lepši i sigurniji periodi za posetu.
5. Vremenski posetioci su među nama, ali oni čuvaju svoj identitet od nas!

Ako bih bio kladioničar, rekao bih da će se putovanje u prošlost uskoro pokazati i nemogućim čak i u teoriji. Odlazak u budućnst, u jednu ruku, samo zahteva da izgradimo dovoljno brzu raketu. Pazite se, čak, i da dosegnete budućnost, nema povratka nazad.

Jim Al-Khalili je profesor fizike  ne Univerzitetu Surrey (UK) gde je držao kurs relativnosti diplmcima prethodnih 12 godina. Redovno se pojavljuje na radiju i TV-u.

Tekst je preuzet iz časopisa Science in School.

Slučajni tekstovi

About Jim Al-Khalili

More Posts (1)

Share and Enjoy