Er is nog steeds geen algemeen aanvaarde theorie van tijd of zelfs een beschrijving die voor iedereen geschikt zou zijn. Niettemin hebben wetenschappers veel tijdmachines uitgevonden - per slot van rekening verbiedt geen enkele natuurkundige wet dit. Zullen we ooit in staat zijn om deze vreemde categorie van het universum te manipuleren?
Pijl van de tijd
We nemen met geen van de zintuigen tijd waar, maar we weten er intuïtief van en weten zelfs hoe we, binnen bepaalde grenzen, kunnen voorspellen wat er binnenkort zal gebeuren. Volgens ons verstrijkt de tijd, loopt, stroomt. We hebben het over het huidige moment, verleden en toekomst. Twee verschillende gebeurtenissen kunnen als oorzaak en gevolg met elkaar worden verbonden: de ene geeft aanleiding tot de andere. Nooit andersom. Dit is de essentie van het principe van causaliteit, of onomkeerbaarheid van tijd.
Nobelprijswinnaar Academicus Vitaly Ginzburg nam onomkeerbaarheid (pijl van de tijd) op in de lijst van drie grote natuurkundige problemen.
In de klassieke mechanica is onomkeerbaarheid te wijten aan het feit dat lichamen bestaan uit vele atomen, moleculen, die neigen naar een chaotische toestand (entropie neemt toe). Het eenvoudigste voorbeeld is room in thee. Ze kunnen worden geroerd, maar ze kunnen niet in exact dezelfde druppel worden verzameld, hoewel de moleculen van de stof en hun aantal hetzelfde lijken te blijven.
Een ander ding is de kwantumwereld, waar objecten elementaire deeltjes zijn, velden. Daar bestaat de pijl van de tijd niet, de processen zijn omkeerbaar, maar observeer ze alleen zolang we ze niet proberen te meten. Deeltjes bevinden zich in alle mogelijke toestanden tegelijkertijd (natuurkundigen praten liever over de golffunctie). Maar op het moment van meten met onze apparaten 'kiezen' ze een van de toestanden (of wij kiezen).
Juridische vragen rijzen: is tijd een objectief fenomeen dat onafhankelijk van bewustzijn bestaat, zoals een meer, een huis, de zon? Of is het een eigenschap van bewustzijn, en zonder ons bestaat het niet?
Promotie video:
'Tijd is het ergste dat je een moderne natuurkundige kunt vragen. De complete onenigheid is dat elk van de wetenschappen de tijd alleen van één kant ziet. Daarom moeten we het hebben over geometrische, thermodynamische, kwantummechanische tijd. Zelfs begrijpen waarom verschillende definities van tijd iets met elkaar te maken hebben, is een probleem”, zegt Sergei Baranov, doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen, een vooraanstaand onderzoeker aan het Laboratorium voor interactie van straling met materie bij FIAN.
De tweeling en de klokparadox
In het Sovjettijdperk waren verhalen over tijdelijke anomalieën, waar mensen, schepen en vliegtuigen vielen, populair bij fans van sensaties. Op het web vindt u ooggetuigenverslagen van "tijdreizen" in een sterke tornado.
Als je opzettelijk bedrog uitsluit, worden volgens Sergei Baranov "tijdafwijkingen" verklaard door waarnemingsfouten, defecten aan elektronica onder invloed van atmosferische verschijnselen of industriële factoren.
"Chauffeurs die in de buurt van militaire radars passeren, merken storingen in het GPS-systeem op, maar het is onwaarschijnlijk dat dit verband houdt met teleportatie", geeft de wetenschapper een voorbeeld.
Natuurkundigen komen in experimenten echte tijdparadoxen tegen, maar ze zijn allemaal verklaarbaar. In de speciale relativiteitstheorie is bijvoorbeeld de "tweelingparadox" bekend: een van de tweelingbroers die de ruimte verkent met een snelle raket, ontdekt bij terugkeer dat de tweeling die op aarde achterblijft ouder is geworden. Geen mystiek. Het is alleen dat in vierdimensionale ruimte-tijd voor een bewegend lichaam de tijd langzamer stroomt.
Tijdsdilatatie is gefixeerd op versnellers tijdens het verval van onstabiele deeltjes. De atoomklok aan boord van satellieten die in een baan om de aarde draaien, loopt daarentegen een paar microseconden per dag vooruit. Hier speelt de zwaartekracht een rol, die, toenemend met de hoogte, de energieniveaus van elektronen en kernen enigszins oprekt.
De paradox van de tweeling. Links: de ene tweeling schiet de ruimte in, de andere - blijft op aarde. Rechts: er is meer tijd verstreken voor de broer die op aarde bleef dan voor de ruimtereiziger / Illustratie door RIA Novosti / Alina Polyanina.
Wormholes als teleport
De relativiteitstheorie voorspelt het bestaan van zwarte gaten in het heelal - objecten met een enorme massa die de ruimte vervormen. Voor een externe waarnemer lijkt het erop dat vooruit het einde van de wereld is, waarachter er niets is. Dit wordt de gebeurtenishorizon genoemd. De tijd vertraagt erachter, in het zwarte gat wordt elke materie verscheurd door getijdenkrachten. Je kunt alleen in een zwart gat vallen. Er is geen weg terug.
In die zin biedt het "wormgat" (of "wormgat") meer mogelijkheden. De twee ingangen zijn verbonden door een korte tunnel. Ze kunnen zich in verre delen van ons universum bevinden of in verschillende universums. Zoals de natuurkundige Michio Kaku in The Physics of the Impossible stelt, stellen wormgaten je in staat om door tijd en ruimte te reizen.
Het probleem is dat wormgaten onstabiel zijn en instorten onder invloed van de zwaartekracht. Kosmoloog Igor Novikov van het Astronomisch Centrum van het Lebedev Physical Institute gelooft: als het "wormgat" gevuld is met exotische materie met een negatieve energiedichtheid (om antizwaartekracht te creëren), zal het begaanbaar worden.
“Exotische substantie is een kwantumtoestand van materie, die alleen in theorie bekend is. We weten niet of er grote hoeveelheden van een dergelijke stof zijn, of deze kunstmatig kan worden verkregen. Er zijn geen wetten die het bestaan ervan verbieden, ook niet in de natuur”, specificeert de kosmoloog.
Moderne wetenschappelijke concepten gaan ervan uit dat in de centra van sterrenstelsels, inclusief onze Melkweg, de plaats van zwarte gaten wordt ingenomen door 'wormgaten'. Toekomstige projecten, zoals het Russische Millimetron, een ruimtestation op het Lagrange-punt, dat samen met radiotelescopen op de grond een gigantische interferometer vormt die objecten op relatief kleine afstand van elkaar kan onderscheiden, zullen dit helpen begrijpen. De lancering is gepland voor 2023.
“Het belangrijkste verschil tussen een 'wormgat' en een zwart gat is dat de ingangen een magnetisch monopoolveld hebben. Bovendien kan materie uit een wormgat stromen, maar alleen in een zwart gat. Je kunt in het "wormgat" kijken als in een gang. Als het naar een ander universum leidt, kun je zien wat daar gebeurt”, legt Novikov uit.
Een wormgat dat de twee universums met een pijl van de tijd verbindt (uit het artikel van I. D. Novikov, 2018) / Illustratie door RIA Novosti / Alina Polyanina.
Tijd machine
Volgens de conventionele zwaartekrachttheorie moeten wormgaten erg klein zijn, met een Planck-nekradius in de orde van grootte van 10-33 centimeter. Maar het wormgat kan worden vergroot. Hiervoor zou een extra parameter in de theorie moeten worden geïntroduceerd, vindt Arkady Popov, senior onderzoeker aan het Institute of Physics aan de Kazan Federal University.
“Er is nog een andere mogelijkheid om de straal te vergroten. Het is noodzakelijk om rekening te houden met de temperatuur van het vacuüm van gekwantiseerde velden - een exotische substantie die een "wormgat" creëert in ruimte-tijd. We zijn dit nu aan het berekenen”, zegt de wetenschapper.
Volgens hem is teleportatie door wormgaten niet verboden.
“Het kan zijn dat het pad erdoorheen veel korter is dan door de ruimte. Dan zullen de waarnemers van opzij denken dat je heel snel bent bewogen - geteleporteerd,”voegt Popov toe.
Ze probeerden ook een tijdmachine te maken met behulp van het "wormgat". Het ene uiteinde kan bijvoorbeeld in het gebied van een zwart gat worden gebracht en het andere - ver weg, waar de tijd op een andere manier stroomt. Maar dan ontstaan er allerlei schendingen van de theorie.
"Dit betekent dat tijdmachines hoogstwaarschijnlijk verboden zijn, wat trouwens, zei Stephen Hawking," herinnert de natuurkundige zich.
Tatiana Pichugina
