Si sa che gli astronauti moderni lo fanno già. È vero, finora viaggiano solo nel futuro. E per una frazione di secondo. Ma chissà - forse un giorno saremo in grado di volare via per anni o addirittura secoli avanti, o, al contrario, accarezzare il ciuffo di nostro nonno di cinque anni? Ma iniziamo con ordine.
Fermati un attimo
Il tempo vola in modo diverso nello spazio vuoto dello spazio e sulla Terra. Questo è noto a tutti gli studenti. Più forte è la gravità di un oggetto, più lento è il tempo che scorre nelle sue vicinanze. Ciò è dovuto al fatto che la gravità distorce il "tessuto" dello spazio-tempo quadridimensionale. D'altra parte, Einstein ha dimostrato che maggiore è la velocità, maggiore è la massa. Pertanto, per tutti gli oggetti che si muovono a velocità molto elevate, anche il tempo rallenta. La velocità della ISS è di oltre 27mila km / h. Il cosmonauta russo Sergei Krikalev, ad esempio, ha trascorso un totale di 803 giorni, 9 ore e 39 minuti in orbita. Quindi, vive nel tempo, un intero 1/50 di secondo davanti a noi.
Macchina del tempo
La teoria della relatività ci dice che si può creare una macchina del tempo che ci porta nel futuro. Entra, aspetta. Vieni fuori e scopri che i secoli sono passati sulla Terra. Non ci sono ancora tecnologie per questo, ma la scienza sa che è possibile.
Tuttavia, per questo devi accelerare a una velocità vicina a quella della luce. C'è da meravigliarsi che una macchina del tempo non sia altro che un'astronave, perché, secondo la Teoria della Relatività Generale, il tempo e lo spazio sono inestricabilmente interconnessi (la questione di come, quando si accelera a una velocità così frenetica, mantenere intatti il corpo e la nave, non ancora). Ma può una persona che ha fatto un simile viaggio tornare indietro nel tempo?
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I primi indizi che le leggi della fisica consentono alle persone di viaggiare nel passato apparvero nel 1949, quando il matematico Kurt Gödel trovò una nuova soluzione alle equazioni di Einstein, e in effetti - una nuova struttura dello spazio-tempo, che è abbastanza accettabile dal punto di vista della relatività generale. Tuttavia, sulla base delle equazioni di Gödel, l'universo dovrebbe ruotare nel suo insieme e non espandersi con l'accelerazione, che, come si è scoperto da allora, non corrisponde alla realtà.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno suggerito altre strade per potenziali viaggi nel tempo: la curvatura dello spazio-tempo. Tuttavia, l'analisi del fondo a microonde e altri dati mostrano che l'universo non è mai stato torto abbastanza da rendere possibile tale viaggio. Tuttavia, esiste anche una soluzione alternativa.
Qual è il passato?
Secondo la relatività generale, non esiste solo una misura del tempo unica e universale per tutti gli osservatori, ma in determinate circostanze non è nemmeno necessario che gli osservatori concordino su una singola sequenza di determinati eventi. Diciamo che il tempo su Alpha Centauri si muove alla stessa velocità della Terra (il pianeta su cui vivono gli alieni ha la stessa massa e si muove alla stessa velocità). Nel 2014 si sono svolte le Olimpiadi di Sochi. Supponiamo inoltre che l'apertura del Torneo interplanetario di scacchi su Alpha Centauri avrà luogo nel 2015. Quale evento è accaduto prima?
Dal punto di vista dei terrestri: le Olimpiadi. Dal punto di vista del "Centauri" - un torneo. Dopotutto, la luce dalla Terra ad Alpha Centauri richiederà quattro anni. Muovendoti più velocemente della luce, potresti andare alle Olimpiadi e volare al torneo, e poi tornare di nuovo sulla Terra … prima delle Olimpiadi. Naturalmente, in teoria, se trovi un modo per viaggiare più velocemente della velocità della luce.
È noto che muoversi più velocemente della velocità della luce, basato sulla teoria della relatività, è impossibile. Man mano che ti avvicini alla "barriera della luce", è necessaria sempre più energia per accelerare un oggetto. Ad un certo punto - con il raggiungimento teorico della velocità della luce - ci vorrebbe una quantità infinita. Inoltre, un corpo che raggiungesse una tale velocità deve acquisire una massa infinita.
Wormholes
È qui che è possibile una manovra rotatoria. Sta nel potenziale di deformare lo spazio-tempo. Ad esempio, in modo che fosse aperto un breve percorso dalle Olimpiadi al torneo di scacchi. Non ti muoverai più velocemente della velocità della luce, ma viaggerai più velocemente nello spazio.
Nel 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen scrissero un articolo in cui sostenevano che la relatività generale consente l'esistenza di tali ponti spazio-temporali, archi - "wormhole".
Ponti Einstein-Rosen, i cosiddetti "wormhole"
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Mantenere l'integrità di un wormhole richiede un'enorme energia e la teoria prevede che non possano durare abbastanza a lungo da far passare un veicolo spaziale o un altro oggetto macroscopico. Un ponte del genere può "crollare" e la nave scomparirà da qualche parte nella singolarità.
È vero, gli scienziati ammettono l'idea che una civiltà tecnicamente avanzata potrebbe mantenere un tale buco aperto per il momento giusto. Ma come questo possa essere ottenuto non è ancora del tutto chiaro.
Vale la pena dire qui che tutta la materia a cui siamo abituati ha una densità di energia positiva, che conferisce allo spazio-tempo una curvatura positiva simile a una sfera. E per la deformazione dello spazio-tempo, che ci permetterebbe di viaggiare nel passato, abbiamo bisogno di materia con curvatura negativa, cioè con densità di energia negativa. La meccanica quantistica, come sapete, consente l'esistenza di una tale densità di energia negativa (a condizione che questa "negatività" sia compensata dalla "positività" in altre aree), e consente la possibilità teorica di deformare lo spazio-tempo.
Questo non è facile da immaginare. Per fare questo, gli astrofisici usano spesso l'esempio della collina. Se scavi una grande buca e butti fuori la terra sul bordo della buca, finirai con non solo un buco, ma anche una collina. In questo caso, la collina sarà una metafora di questa energia positiva e la fossa sarà negativa.
Buchi neri e altro ancora
Gli scienziati stanno cautamente suggerendo che i buchi neri potrebbero essere una sorta di analoghi dei wormhole. Il punto è che bo? La maggior parte dello spaziotempo è quasi piatto. È gravemente deformato solo nei buchi neri. Il buco nero distorce lo spazio-tempo intorno a sé così tanto da formare una specie di "imbuto", un "buco" di forma conica.
La gravità nelle immediate vicinanze del buco nero è così enorme che lo spazio-tempo in esso, infatti, cessa di esistere, o è talmente distorto che il tempo praticamente si ferma. Inoltre, alcuni buchi neri ruotano a velocità prossime alla luce. Di conseguenza, lo spazio-tempo si "piega" nel foro, praticamente in un "tubo". Forse, essendo penetrati in un buco nero, potremmo attraversare il suo stretto tunnel e ritrovarci … nel passato, o, per esempio, in un altro universo?
Il più famoso fisico teorico del nostro tempo - Stephen Hawking - è sicuro che questo sia impossibile. Anche se l'astronave in qualche modo incredibile (superando indenne l'effetto dell'enorme gravità) riuscirà ad entrare nel centro stesso del buco nero, finirà in una singolarità e semplicemente cesserà di esistere.
Tuttavia, molti altri scienziati ritengono che una volta in un buco nero, in determinate condizioni, si possa ancora sopravvivere e persino cercare modi per farlo. Ovviamente sembra eccentrico. Ma la storia della scienza conosce molti esempi di quando questi eccentrici inventarono un aeroplano o andarono sulla luna.
Il buco nero nella costellazione dell'Unicorno e la sua compagna B (e) -stella visti dall'artista
ESA
Richard Gott, professore di astrofisica alla Princeton University, è un appassionato di viaggi nel tempo. Crea il suo progetto teorico per una macchina del tempo e afferma persino di aver trovato una soluzione per viaggiare nel passato. Seguendo alcuni astrofisici, Gott crede che la macchina del tempo naturale sia il centro di un buco nero in rapida rotazione. Ma capisce anche quanto possa essere inaffidabile un tale "trasporto".
Tuttavia, Gott ha trovato un potenziale analogo meno pericoloso del centro di un buco nero, un fenomeno chiamato stringhe cosmiche. Le corde cosmiche sono pieghe ipoteticamente esistenti dello spazio-tempo, sottili fili di energia lasciati dal Big Bang. La loro larghezza è inferiore al nucleo atomico, ma hanno una densità fenomenale. Una simile stringa, lunga solo 1 m, avrebbe più gravità dell'intera Terra e creerebbe una curvatura tremenda. Gott ha scoperto che l'interazione di corde così veloci potrebbe portare a una macchina del tempo naturale.
I calcoli di Gott non sono stati ancora confermati dalle osservazioni, ma lo scienziato sta cercando di dimostrare che queste stringhe esistono. Tuttavia, anche lui dice che è quasi impossibile trovare due di queste stringhe che passerebbero l'una di fronte all'altra. Pertanto, Gott richiama l'attenzione su un'altra struttura teorica, gli anelli cosmici che potrebbero formare stringhe chiuse. Nonostante la mancanza di prove della loro esistenza, non ci sono errori diretti nella teoria di Gott. Oltre a ciò all'interno di un tale "anello" ci sarà … di nuovo un buco nero. E in generale, per controllare un sistema con una gravità così grandiosa, sarebbero necessarie le risorse energetiche di intere galassie.
Galaxy M83. Un buco nero trovato nella galassia M 83 ha aggirato il limite di luminosità teorico, confutando il fatto che il limite di Eddington è una legge fondamentale della natura
NASA
Non puoi restare indietro nel passato
Ma la teoria quantistica consente viaggi nel tempo sulla nostra scala macroscopica? Stephen Hawking dice di sì, a prima vista. Ciò è evidenziato dagli integrali di Feynman sulle traiettorie (l'essenza degli integrali di Feynman è che sostituiscono la definizione di una traiettoria unica, unica possibile di qualsiasi particella elementare con la somma totale di un insieme infinito di possibili traiettorie del suo moto). Dopotutto, coprono tutti i possibili scenari e, quindi, consentono l'esistenza di una tale distorsione dello spazio-tempo, necessaria per viaggiare nel passato. Pertanto, è impossibile affermare che tali viaggi sono impossibili in linea di principio.
Particelle pesanti che vengono accelerate nei collisori presso il Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN) o presso il Laboratorio nazionale. Fermi negli Stati Uniti raggiunge velocità pari al 99,99% della velocità della luce. Tuttavia, indipendentemente dalla potenza dell'installazione, non sarà possibile superare la barriera fotoelettrica.
Ehi, ospiti dal futuro
Ma se è così, perché non ci sono ancora venuti ospiti del futuro? Il punto di vista popolare è che la civiltà del futuro è così "avanzata" da considerare inappropriato rivelare il segreto del viaggio nel tempo a esseri così irragionevoli come noi. E se un contemporaneo entusiasta volesse tornare indietro nel tempo e rivelare ai nazisti il segreto della bomba atomica?..
Una storia così diversa
Può capitare che la storia sia una catena di eventi strettamente fissata, quindi anche se torni al passato, sarai condannato a fare la stessa cosa che hai fatto prima. Altrimenti, tornando al tuo futuro, potresti persino scoprire che … semplicemente non esisti, o i tuoi cari non esistono, o non esiste un paese in cui vivi, ecc. Un dramma simile è ben descritto nel famoso racconto di fantascienza di Ray Bradbury "And Thunder Rocked", il cui protagonista, in un viaggio nel passato, schiacciò accidentalmente una farfalla - e al ritorno scoprì che i suoi cari scrivevano in un'altra lingua, e al potere al posto del presidente un liberale è un dittatore. Nelle scienze naturali, questo termine è chiamato effetto farfalla:un piccolo impatto su un sistema caotico può avere conseguenze ampie e imprevedibili altrove e in un momento diverso.
Un altro possibile modo per risolvere i paradossi del viaggio nel tempo può essere descritto come l'ipotesi di una storia alternativa. Quando i viaggiatori del tempo tornano al passato, si ritrovano in storie alternative diverse da quella che conoscono. Molti scienziati oggi parlano della possibile esistenza di un Multiverso, che può includere tutte queste - e un numero infinito di altre - varianti del passato, ramificandosi in un numero infinito di mondi …
A prima vista, questa ipotesi ricorda le equazioni della meccanica quantistica di Feynman. Ma c'è anche una contraddizione insolubile tra di loro. Negli integrali di Feynman, ogni traiettoria include completamente lo spazio-tempo e tutto ciò che è in esso. E, come abbiamo scoperto, nell'ambito di tale visione, un razzo potrebbe viaggiare attraverso lo spazio-tempo curvo anche nel passato. Ma il razzo stesso sarebbe rimasto nello stesso spazio-tempo "proprio" e, quindi, nella stessa storia. Pertanto, gli integrali di Feynman parlano piuttosto a favore dell'ipotesi di un passato fisso.
La scienza moderna dubita della possibilità di viaggiare nel passato. Ma ancora, non ti consigliamo di discutere con qualcuno su questo punto: e se questo qualcuno sta litigando, conoscendo il futuro in anticipo?..
Olga Fadeeva
