Το ταξίδι στο χρόνο
Οι θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν δεν καθιστούν δυνατό το ταξίδι στο χρόνο με τη συνήθη έννοια της επιστημονικής φαντασίας, δηλαδή την ελεύθερη επιλογή μιας ημερομηνίας και τη μετάβαση εκεί. Αυτό που κάνουν είναι να αντικαθιστούν την ιδέα ενός ενιαίου παγκόσμιου χρόνου με έναν χωροχρόνο στον οποίο διαφορετικοί παρατηρητές μπορούν να βιώσουν διαφορετικά χρονικά διαστήματα που έχουν παρέλθει. Κάθε παρατηρητής μετρά τον δικό του «σωστό χρόνο», που καθορίζεται από την πορεία που ακολουθεί μέσα στον χωροχρόνο. Δύο άνθρωποι μπορούν επομένως να χωριστούν, να ταξιδέψουν σε διαφορετικές τροχιές και αργότερα να συναντηθούν ξανά έχοντας γεράσει κατά διαφορετικά ποσά, παρόλο που και οι δύο βίωσαν κανονικά τα δικά τους ρολόγια και βιολογικές διεργασίες.
Η ειδική σχετικότητα παρέχει την πιο ξεκάθαρη διαδρομή για να ταξιδέψει κανείς στο μέλλον. Ένα ρολόι που κινείται με πολύ μεγάλη ταχύτητα σε σχέση με ένα άλλο ρολόι τρέχει πιο αργά όταν συγκρίνονται τα δύο. Εάν ένα διαστημόπλοιο ολοκληρώσει ένα πενταετές ταξίδι, μετρημένο από τους ανθρώπους που βρίσκονται στο πλοίο, ενώ ταξιδεύει με περίπου 97% της ταχύτητας του φωτός, θα περάσουν περίπου 20 χρόνια στη Γη. Οι ταξιδιώτες δεν θα αισθανθούν την επιβράδυνση του χρόνου down. Οι καρδιακοί παλμοί, οι σκέψεις και τα όργανά τους θα συμπεριφέρονται κανονικά από την οπτική τους γωνία. Η διαφορά θα γίνει εμφανής μόνο όταν επιστρέψουν και συγκρίνουν τον χρόνο που έχουν περάσει με αυτόν των ανθρώπων που έχουν παραμείνει στη Γη. Αυτό μερικές φορές περιγράφεται ως το παράδοξο των διδύμων, αν και δεν αποτελεί πραγματική αντίφαση επειδή τα δίδυμα ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές μέσα στον χωροχρόνο και το ταξιδεύον δίδυμο αλλάζει αδρανειακά συστήματα κατά τη διάρκεια του ταξιδιού.
Η γενική σχετικότητα εισάγει έναν άλλο τρόπο για να αποσυγχρονιστούν τα ρολόγια: τη βαρύτητα. Η ύλη και η ενέργεια καμπυλώνουν τον χωροχρόνο, και τα ρολόγια βαθύτερα μέσα σε ένα βαρυτικό δυναμικό τρέχουν πιο αργά από τα ρολόγια πιο μακριά. Κάποιος που περνάει χρόνο κοντά σε ένα εξαιρετικά συμπαγές αντικείμενο, όπως μια μαύρη τρύπα, θα μπορούσε επομένως να γεράσει λιγότερο από κάποιον που παρέμεινε μακριά από αυτήν. Ταινίες όπως το Interstellar χρησιμοποιούν μια υπερβολική εκδοχή αυτού του πραγματικού φαινομένου. Στην πράξη, η επιβίωση αρκετά κοντά σε μια μαύρη τρύπα για να επιτευχθεί μια τεράστια χρονική διαφορά θα απαιτούσε πολύ συγκεκριμένες συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης μιας αρκετά ογκώδους, ταχέως περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας και μιας τροχιάς που αποφεύγει τις καταστροφικές παλιρροιακές δυνάμεις και τις ασταθείς περιοχές. Το ίδιο το βασικό φαινόμενο διαστολής του χρόνου, ωστόσο, δεν είναι εικασία. Τα ατομικά ρολόγια έχουν μετρήσει τις βαρυτικές διαφορές μεταξύ υψών που χωρίζονται μόνο από ένα χιλιοστό, και τα συστήματα δορυφορικής πλοήγησης πρέπει να λαμβάνουν συνεχώς υπόψη τόσο τη διαστολή του χρόνου που βασίζεται στην ταχύτητα όσο και τη βαρυτική. Τα δορυφορικά ρολόγια GPS θα κέρδιζαν διαφορετικά περίπου 38 μικροδευτερόλεπτα την ημέρα σε σχέση με τα ρολόγια στη Γη, καθιστώντας γρήγορα αδύνατο τον ακριβή εντοπισμό θέσης.
Με αυτή την περιορισμένη αλλά φυσικά ουσιαστική έννοια, το ταξίδι στο μέλλον είναι ήδη εφικτό. Οι αστροναύτες, οι δορυφόροι, ακόμη και οι άνθρωποι που ταξιδεύουν με αεροσκάφη, συσσωρεύουν ελαφρώς διαφορετικά ποσά κατάλληλου χρόνου από τους ανθρώπους που παραμένουν στο έδαφος. Οι διαφορές είναι συνήθως μικροσκοπικές, επειδή οι ταχύτητές μας είναι εξαιρετικά μικρές σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός και το βαρυτικό πεδίο της Γης είναι σχετικά ασθενές. Η δημιουργία ενός δραματικού άλματος στο μέλλον θα απαιτούσε ταχύτητες εξαιρετικά κοντά στην ταχύτητα του φωτός ή παρατεταμένη έκθεση σε ένα πολύ ισχυρότερο βαρυτικό πεδίο. Το κύριο εμπόδιο δεν είναι η εγκυρότητα της σχετικότητας, αλλά η μηχανική: η επιτάχυνση ενός διαστημικού σκάφους που μεταφέρει ανθρώπους σε τέτοιες ταχύτητες θα απαιτούσε τεράστιες ποσότητες ενέργειας, και οι συγκρούσεις ακόμη και με μικροσκοπικά σωματίδια θα γίνονταν εξαιρετικά επικίνδυνες. Το ταξίδι θα ήταν επίσης μονόδρομο με τη σχετική έννοια. Ο ταξιδιώτης θα μπορούσε να φτάσει στο μακρινό μέλλον της Γης γερνώντας προσωπικά πολύ λιγότερο, αλλά η σχετικότητα δεν θα παρείχε μια απλή μέθοδο για την επιστροφή στον χρόνο από τον οποίο αναχώρησε.
Το ταξίδι στο παρελθόν είναι πολύ πιο αβέβαιο. Οι εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν συσχετίζουν τη γεωμετρία του χωροχρόνου με την ύλη και την ενέργεια που περιέχει, αλλά δεν παράγουν μόνο μία πιθανή γεωμετρία. Επιτρέπουν πολλές μαθηματικές λύσεις, μερικές από τις οποίες περιέχουν κλειστές χρονοειδείς καμπύλες. Μια χρονοειδής καμπύλη αντιπροσωπεύει μια φυσικά επιτρεπόμενη τροχιά για ένα αντικείμενο που κινείται με ταχύτητα κάτω από την ταχύτητα του φωτός. Εάν αυτή η καμπύλη είναι κλειστή, η ακολουθία της θα επέστρεφε τελικά τον ταξιδιώτη σε ένα προγενέστερο γεγονός στη δική του κοσμογραμμή. Με μαθηματικούς όρους, ο ταξιδιώτης θα μπορούσε να συναντήσει το δικό του παρελθόν χωρίς να υπερβεί τοπικά την ταχύτητα του φωτός. Λύσεις που περιέχουν τέτοιες δομές έχουν εμφανιστεί σε περιστρεφόμενα κοσμολογικά μοντέλα, εξιδανικευμένους περιστρεφόμενους κυλίνδρους, γεωμετρίες σκουληκότρυπας και επεκτάσεις του χωροχρόνου μέσα σε περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες Kerr.
Αυτό δεν σημαίνει ότι οι πραγματικές περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες είναι χρονομηχανές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Οι κλειστές χρονοειδείς καμπύλες στην ιδανική λύση Kerr βρίσκονται πέρα από τον εσωτερικό ορίζοντα, σε μια περιοχή όπου αναμένεται πολύ μικρές διαταραχές να ενισχυθούν σε τεράστιο βαθμό. Η ακριβής εσωτερική γεωμετρία είναι επομένως απίθανο να παραμείνει σταθερή μόλις συμπεριληφθούν η ρεαλιστική ύλη, η ακτινοβολία και τα κβαντικά πεδία. Η διέλευση του ορίζοντα γεγονότων θα εμπόδιζε επίσης έναν ταξιδιώτη να επιστρέψει για να επικοινωνήσει με το εξωτερικό σύμπαν. Πιο πρόσφατη μαθηματική εργασία έχει προσθέσει μια άλλη λεπτότητα: αν και ο εκτεταμένος χωροχρόνος Kerr περιέχει κλειστές χρονοειδείς καμπύλες, αυτές οι καμπύλες δεν είναι απαραίτητα ελεύθερα πτούμενες κλειστές γεωδαισιακές, επομένως η μαθηματική τους παρουσία δεν πρέπει να συγχέεται με μια φυσική τροχιά που θα μπορούσε απλώς να ακολουθήσει ένα διαστημόπλοιο.
Οι διαπερατές σκουληκότρυπες παρέχουν μια άλλη συχνά συζητούμενη πιθανότητα. Μια σκουληκότρυπα θα συνέδεε δύο ξεχωριστές περιοχές του χωροχρόνου. Εάν τα δύο στόμια της βίωναν διαφορετικές κινήσεις ή βαρυτικές συνθήκες, η διαστολή του χρόνου θα μπορούσε να δημιουργήσει μια μετατόπιση μεταξύ τους, επιτρέποντας ενδεχομένως σε κάποιον που εισέρχεται στο ένα στόμα να αναδυθεί σε προγενέστερο εξωτερικό χρόνο μέσω του άλλου. Οι Morris, Thorne και Yurtsever έδειξαν το 1988 πώς μια υποθετική διαπερατή σκουληκότρυπα θα μπορούσε, υπό ορισμένες συνθήκες, να μετατραπεί σε χρονομηχανή. Το πρόβλημα είναι ότι τα γνωστά μοντέλα διαπερατών σκουληκότρυπων απαιτούν γενικά ύλη με εξαιρετικά εξωτικές ιδιότητες, όπως διατηρούμενες αρνητικές ενεργειακές πυκνότητες ή παραβιάσεις των κλασικών ενεργειακών συνθηκών. Η κβαντική φυσική μπορεί να παράγει περιορισμένα φαινόμενα αρνητικής ενέργειας, αλλά τίποτα που είναι γνωστό σήμερα δεν μπορεί να δημιουργήσει και να σταθεροποιήσει μια σκουληκότρυπα ανθρώπινου μεγέθους. Δεν έχει παρατηρηθεί σκουληκότρυπα και δεν υπάρχει καθιερωμένος μηχανισμός για την κατασκευή μιας.
Τα κβαντικά φαινόμενα μπορεί τελικά να εμποδίσουν τον σχηματισμό κλειστών χρονοειδών καμπυλών. Η εικασία προστασίας χρονολογίας του Stephen Hawking προτείνει ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις και η βαρυτική αντίδρασή τους θα γίνονταν ανεξέλεγκτα μεγάλες καθώς μια χρονομηχανή πλησίαζε στη λειτουργία της, καταστρέφοντας την απαιτούμενη χωροχρονική δομή πριν παραβιαστεί η αιτιότητα. Αρκετοί υπολογισμοί υποστηρίζουν εκδοχές αυτής της ιδέας, ιδιαίτερα για συγκεκριμένα μοντέλα σκουληκότρυπας και χρονολογικού ορίζοντα, αλλά δεν έχει αποδειχθεί ως καθολικός νόμος. Η επίλυση του ερωτήματος πιθανώς απαιτεί μια πλήρη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, την οποία οι φυσικοί εξακολουθούν να μην κατέχουν. Η γενική σχετικότητα μπορεί επομένως να δείχνει είτε ότι το ταξίδι προς τα πίσω στο χρόνο είναι πραγματικά δυνατό υπό ακραίες συνθήκες είτε ότι η κλασική θεωρία έχει ωθηθεί σε ένα καθεστώς όπου δεν δίνει πλέον μια πλήρη φυσική περιγραφή.
Η κεντρική διάκριση είναι μεταξύ μαθηματικής άδειας και φυσικής πραγματοποιησιμότητας. Το σχετικιστικό ταξίδι στο μέλλον είναι μια μετρήσιμη συνέπεια της φύσης και συμβαίνει ήδη, αν και συνήθως σε μικροσκοπικές ποσότητες. Το ταξίδι στο παρελθόν εμφανίζεται σε έγκυρες λύσεις των εξισώσεων του Αϊνστάιν, αλλά κάθε γνωστή πρόταση εξαρτάται από εξιδανικευμένες γεωμετρίες, δυσπρόσιτα εσωτερικά μαύρων τρυπών, μη παρατηρήσιμες σκουληκότρυπες, ασυνήθιστες μορφές ενέργειας ή περιοχές που μπορεί να καταστραφούν από κλασικές ή κβαντικές αστάθειες
Το να λέμε ότι η σχετικότητα «καθιστά δυνατό το ταξίδι στο χρόνο» είναι ακριβές μόνο όταν αυτή η διάκριση διατυπώνεται με σαφήνεια: Ο Αϊνστάιν διαπίστωσε ότι ο χρόνος δεν είναι καθολικός και ότι η άνιση γήρανση είναι πραγματική, αλλά δεν παρείχε στοιχεία ότι οι άνθρωποι μπορούν να κατασκευάσουν μια μηχανή ικανή να επισκεφθεί και να αλλάξει το παρελθόν.
Erika
@ExploreCosmos_
https://x.com/ExploreCosmos_/status/2083837271648653523?s=20
