Ce ne împiedică să putem călători în timp?

În cadrul acestui articol vom vorbi despre condiţiile în care s-ar putea realiza o călătorie virtuală în timp. Cu această ocazie vom încerca să răspundem următoarei întrebări: „Ce ne împiedică să putem călători în timp? Este adevărat că noi putem călători doar în viitor (ca urmare a unei deplasări relativiste, de exemplu) sau este posibil să călătorim în trecut, atunci când vom descoperi cum se poate realiza asta?"

Călătoria în timp este un subiect controversat, deci permiteţi-mi să vă spun câteva lucruri încă de la început:

1. Nu am de gând să dezbat teme filosofice cu voi, cel puţin nu aici. Cred că voi aţi aflat despre paradoxurile bunicului şi dacă nu, le vom discuta cu o altă ocazie.

2. Vă spun de la bun început că din punctul de vedere al fizicii călătoria în trecut ar putea fi imposibilă. Cu toate acestea, noi nu putem afirma că o călătorie în viitor ar fi imposibilă.

3. Doresc să vă vorbesc doar despre maşinile timpului din punctul de vedere al relativităţii generale. Deşi şi acestea se vor putea dovedi a fi imposibil de realizat, ele sunt mai puţin imposibile decât maşinile timpului care nu respectă principiile relativităţii generale. Ce vreau să vă spun se poate rezuma astfel: relativitatea generală este în prezent cea mai bună, cea mai acceptată şi cea mai convingătoare teorie pe care o avem pentru a descrie timpul. Şi se pare că ea are soluţii care permit călătoria în timp. Este posibil să aveţi propria voastră teorie nebună despre timp şi care nu respectă principiile relativităţii generale, aveţi dreptul acesta, dar asta nu înseamnă că ea este şi adevărată.

4. Pentru o călătorie în timp „realistă" avem nevoie, cu siguranţă, de o navă spaţială care să se poată deplasa cu o viteză ce reprezintă o fracţiune considerabilă din viteza luminii.

Relativitatea generală face o serie de predicţii importante, inclusiv aceea că materia deformează spaţiul-timp. Timpul se scurge mai lent în apropiere de un corp masiv, cum ar fi o gaură neagră, în comparaţie cu cazul în care ne îndepărtăm de acesta. Aţi putea construi o maşină a timpului care ar sta în apropiere de marginea unei găuri negre, ceea ce înseamnă că timpul în acest loc se va scurge mai lent decât în restul Universului şi care ne-ar permite ca după un timp să ne putem întoarce acasă... în viitor.

Ceea ce ne dorim cu adevărat este să călătorim în trecut. Dacă relativitatea generală ne permite să curbăm timpul, ne va permite aceasta să-l putem curba înapoi?

Proiectarea unei maşini a timpului

Au existat o mulţime de soluţii de proiectare a unor maşini ale timpului, chiar dacă vom vorbi doar despre cele permise de teoria relativităţii generale. Cu toate acestea, unele dintre ele presupun ca întregul Univers să se rotească (soluţia propusă de Kurt Godel în anul 1949) sau existenţa unor cilindri infiniţi care se rotesc (soluţia concepută de Frank Tipler în anul 1974). Aceste soluţii nu funcţionează pentru că Universul nu se roteşte şi acesta nu pare să fie umplut cu cilindri de lungime infinită care se rotesc. Cu toate acestea, există alte câteva soluţii pe care ne le putem exclude chiar atât de simplu.

Găurile de vierme

O gaură de vierme are două „guri" legate printr-un „gât". Fiecare astfel de gură este un fel de pâlnie tridimensională şi care din punct de vedere gravitaţional se aseamănă cu o gaură neagră privită de la distanţă. Dacă am intra în gura unei găuri de vierme atunci am putea ieşi prin celălalt capăt într-o altă zonă din spaţiu. Partea interesantă a acestui fapt este că lungimea gâtului nu are nicio legătură cu cât de departe se poate călători prin spaţiu, astfel încât, în principiu, acestea ar putea fi folosite pentru a călători pe distanţe enorme într-un interval scurt de timp, acesta fiind şi motivul pentru care scriitori de literatură science-fiction iubesc acest subiect.

Din punctul de vedere al analizei noastre, una din cele mai importante caracteristici ale găurilor de vierme este reprezentată de faptul că dacă două persoane se află în apropiere de cele două guri opuse ale unei găuri de vierme şi se observă reciproc prin aceasta, ceasurile lor vor rămâne sincronizate.

Am mai vorbit despre aceste lucruri cu o altă ocazie (link), dar să ne amintim ce ar trebui să se întâmple în acest caz. În cazul a doi gemeni în care unul stă în timp ce celălalt zboară în jurul Universului cu o viteză apropiată de cea a luminii, atunci când ei se vor întâlni din nou, după un timp, geamănul care a călătorit va constata că a îmbătrânit mult mai puţin decât geamănul său care a rămas acasă.

Putem face acelaşi lucru şi cu ajutorul gurilor unei găuri de vierme. Cineva ar putea zbura în jurul unei guri şi la fel ca în cazul „paradoxului gemenilor" ar constata că a îmbătrânit mai puţin decât cineva aflat pe partea cealaltă a găurii de vierme. Am putea folosi această diferenţă de timp pentru a călători pentru o perioadă de timp în viitor sau în trecut. Aici (link: http://www.usersguidetotheuniverse.com/video/movie_wormhole_timemachine.gif) puteţi vedea un scurt clip video pe care l-am făcut pentru a ilustra acesta mijloc de călătorie şi care este util atunci când vorbim despre călătoria în timp.

Dar aici există câteva probleme.

În primul rând, găurile de vierme nu pot exista la orice scară dimensională şi, într-adevăr, nu este evident cum le-am crea în cazul în care acestea nu se află deja în jurul nostru. Desigur, există diverse speculaţii în acest sens. La o scară dimensională foarte mică (aproximativ 10^-35 metri sau cam aşa ceva), ţesătura spaţiu-timp poate arăta foarte asemănător cu o „spumă cuantică." În acest caz, mici găuri de vierme ar putea să apară şi să dispară într-un interval de timp foarte scurt. Dar nu putem afirma aceasta cu certitudine. Noi nu ştim ce se întâmplă cu precizie la o astfel de scară dimensională.

În al doilea rând, chiar dacă există găuri de vierme microscopice, nu ştim cum am putea să le mărim pentru a putea trece prin ele.

Dacă am presupune că am avea o gaură de vierme suficient de mare pentru a zbura cu o navă spaţială prin ea, atunci am putea trece prin ea ? În primele modelele teoretice ale găurilor de vierme, precum cel propus de Einstein şi Rosen cu 75 de ani în urmă, răspunsul a fost negativ. Podul Einstein-Rosen a colapsat imediat înainte ca măcar un singur foton să treacă prin el. Probabil că Einstein a gândit că acesta este un lucru bun. Chiar înainte de a descoperi această caracteristică fatală a găurilor de vierme, el şi-a dat seama că acestea ar putea fi folosite ca maşini ale timpului şi nu a considerat această idee ca fiind un lucru bun.

În anii '80, Kip Thorne împreună cu studenţii săi a propus un model mai bun şi mai stabil al unei găuri de vierme. Chiar dacă a) găurile de vierme microscopice există şi b) noi am putea (cumva) să reuşim să le mărim la o scară dimensională suficient de mare pentru a permite trecerea unei persoane prin ele, atunci c) noi ne vom confrunta cu problema de a reuşi să le menţinem deschise. Thorne a propus soluţia „energiei exotice".

Ştiu că unii dintre voi vă îndoiţi de existenţa energiei întunecate. Dar energia exotică este chiar mai greu de înţeles. Energia întunecată reprezintă un câmp ce are o tensiune (presiune negativă) egală cu densitatea ei de energie. Se presupune că ea este cauza care determină accelerarea expansiunii Universului şi ea este similară fenomenului ce poate fi evidenţiat în cadrul „efectului Casimir", doar că estimarea noastră teoretică cu privire la valoarea ei este mult mai mare (cu un factor de 10¹⁰⁰) decât valoarea determinată ca urmare a observaţiilor cosmologice.

Ceea ce face ca energia exotică să fie mult mai dificil de conceput este faptul că aceasta are nevoie de o tensiune chiar mai mare decât cea a energiei întunecate şi acesta reprezintă genul de lucru care se presupune că nu ar fi posibil să existe. (Motivul este un pic mai complicat de explicat, dar o scurtă explicaţie ar fi că, în acest caz, am avea un observator aflat în mişcare pentru care densitatea energiei exotice ar fi negativă). Se crede că energia exotică ar putea exista pe plan local, în jurul găurilor negre şi a găurilor de vierme, dar nu se poate afirma cu siguranţă.

Cu alte cuvinte, găurile de vierme şi, în consecinţă, maşinile timpului ce ar folosi găurile de vierme ar putea fi imposibile.

Sforile cosmice

Mai există şi alte opţiuni pentru realizarea unei călătorii în timp, iar una din preferatele mele presupune existenţa sforilor cosmice. Acestea reprezintă o altă sursă de inspiraţie pentru literatura science-fiction. Ideea principală ar fi că acestea reprezintă structuri incredibil de dense, infinit de lungi şi incredibil de subţiri. Ele au, de asemenea, şi alte proprietăţi care, din păcate, este posibil să nu existe.

În anii '90 Rich Gott a proiectat o călătorie în timp bazată pe existenţa unei perechi de sfori cosmice. Ele pot fi folosite pentru a se obţine o maşină a timpului care poate fi utilizată doar o singură dată. În esenţă, procedeul este următorul: se utilizează o sfoară cosmică care se deplasează într-o singură direcţie cu o viteză apropiată de viteza luminii şi o altă sfoară cosmică, paralelă cu prima, care se deplasează într-o direcţie opusă tot cu o viteză apropiată de viteza luminii. În continuare trebuie să zburăm în jurul lor. Colegul meu Jeff Blomquist a realizat o schiţă schematică a procedeului pentru o înţelegere mai uşoară:

Dacă aţi făcut totul corect, atunci ar trebui să ajungeţi înapoi de unde aţi plecat înainte de momentul în care aţi plecat. Desigur, chiar dacă există sfori cosmice (din nou, un mare „dacă"), trebuie să vrem cu adevărat să facem această călătorie deoarece fiecare maşină a timpului se poate folosi o singură dată.

Ce au în comun toate aceste soluţii de proiectare ale unei maşini a timpului?

În loc să fac o mulţime de declaraţii generale cu privire la modul în care ar trebui să funcţionez aceste maşini ale timpului, permiteţi-mi să subliniez câteva caracteristici pe care aceste modele teoretice le au în comun:

1. Nu se poate călători înapoi în timp într-o perioadă în care maşina timpului nu a fost încă construită. Toate aceste modele (inclusiv maşinile timpului propuse de Godel şi Tipler) se bazează pe ideea rezolvării ecuaţiilor de câmp ale lui Einstein din teoria relativităţii generale. Deoarece soluţia acestor ecuaţii trebuie să existe în ambele momente ce definesc intervalul temporal al călătoriei în timp, nu se poate călători în timp într-o perioadă în care maşina timpului nu a fost încă construită. În acest fel se răspunde la întrebarea celebră formulată de Steven Hawking cu privire la unde sunt toţi călătorii în timp.

2. Linia timpului este autocoerentă. Soluţiile ecuaţiilor relativităţii generale trebuie să fie autocoerente ceea ce nu este tocmai uşor de înţeles. Este greu să înţelegem cum poate exista o unică versiune istorică a unei călătorii în timp atunci când avem de-a face cu lucruri foarte complexe ce ţin de liberul nostru arbitru. Cu toate acestea, Igor Novikov a arătat în anul 1980 că sistemele cuantice care permit călătoria în timp trebuie să fie autocoerente, în caz contrar probabilităţile lor scad la zero. Deoarece cu toţii suntem formaţi din ansambluri mari compuse din sisteme cuantice atunci, probabil, aceleaşi reguli se aplică şi la noi. Noi putem dezbate cu privire la rolul liberului arbitru în comparaţie cu al determinismului în cursul unei călătorii în timp.

3. Ele sunt bazate pe fenomene fizice care ar putea exista sau nu ar putea exista. Acesta este momentul în care intră în scenă ipoteza protecţiei temporale care afirmă că nu se pot realiza maşini ale timpului. Îmi pare rău.

Ştiu că unii dintre voi vor fi surprinşi de faptul că nu am vorbit despre teoria „lumilor multiple" a lui Everett din mecanica cuantică. Este adevărat. Noi aici am vorbit doar despre maşinile timpului din punctul de vedere al teoriei relativităţii generale şi interpretarea lumilor multiple din mecanica cuantică nu are nimic de spus cu privire la noţiunea de timp din relativitatea generală. Desigur, fără existenţa universurilor paralele noi rămânem doar cu posibilitatea reală a paradoxurilor amintite mai sus şi asta este o veste rea.