Wat is tijd? Augustinus de Gezegende zei: "Ik weet hoe laat het is, totdat ik erover nadenk." Volgens het standaardmodel van de natuurkunde is tijd de vierde dimensie, naast de drie ruimtelijke dimensies. Zodat je er doorheen kunt. Jarenlang hebben sciencefictionschrijvers op verschillende manieren genoten van de mogelijkheden van tijdreizen. Elke eeuw beheersen we meer en meer nieuwe technologieën, ontdekken we nieuwe aspecten van de wetenschap. Wat moeten we nog leren over tijdreizen voordat we het werkelijkheid gaan maken?
Het is je misschien opgevallen dat we constant in de tijd bewegen. We gaan er doorheen. Op het basisniveau van het concept is tijd de snelheid waarmee het universum verandert, en of we het nu leuk vinden of niet, we zijn onderhevig aan constante veranderingen. We worden oud, de planeten bewegen rond de zon, dingen worden vernietigd.
We meten het verstrijken van de tijd in seconden, minuten, uren en jaren, maar dit betekent helemaal niet dat de tijd met een constante snelheid stroomt. Net als water in een rivier, verstrijkt de tijd op verschillende plaatsen op verschillende manieren. Kortom, tijd is relatief.
Maar wat veroorzaakt tijdelijke fluctuaties op de weg van wieg naar graf? Het komt allemaal neer op de relatie tussen tijd en ruimte. De mens kan in drie dimensies waarnemen: lengte, breedte en diepte. Tijd vult dit feest aan als de belangrijkste vierde dimensie. Tijd bestaat niet zonder ruimte, ruimte bestaat niet buiten tijd. En dit paar is verbonden in een ruimte-tijd continuüm. Elke gebeurtenis die in het universum plaatsvindt, moet ruimte en tijd inhouden.
In dit artikel zullen we de meest reële en alledaagse mogelijkheden van reizen door de tijd in ons universum bekijken, evenals minder toegankelijke, maar niet minder mogelijke paden door de vierde dimensie.
Tijdelijke reizen naar de toekomst
Als je een paar jaar iets sneller wilt leven dan iemand anders, heb je te maken met ruimte-tijd. Wereldwijde positioneringssatellieten doen dit elke dag, drie miljardste van een seconde voor op het natuurlijke tijdsverloop. In een baan om de aarde stroomt de tijd sneller omdat de satellieten ver verwijderd zijn van de massa van de aarde. En aan de oppervlakte draagt de massa van de planeet de tijd met zich mee en vertraagt deze op relatief kleine schaal.
Promotie video:
Dit effect wordt gravitationele tijddilatatie genoemd. Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie buigt de zwaartekracht de ruimtetijd, en astronomen gebruiken dit uitvloeisel bij het bestuderen van licht dat langs massieve objecten passeert.
Maar wat heeft dit met timing te maken? Onthoud - elke gebeurtenis die in het universum plaatsvindt, omvat zowel ruimte als tijd. De zwaartekracht trekt niet alleen ruimte, maar ook tijd samen.
Omdat je in de loop van de tijd bent, zul je nauwelijks een verandering in zijn loop opmerken. Maar objecten die massief genoeg zijn - zoals het superzware zwarte gat alpha Sagittarius, gelegen in het centrum van onze melkweg - zullen het weefsel van de tijd ernstig vervormen. De massa van zijn singulariteitspunt is 4 miljoen zonnen. Deze massa vertraagt de tijd met de helft. Vijf jaar in een baan om een zwart gat (zonder erin te vallen) is tien jaar op aarde.
De bewegingssnelheid speelt ook een belangrijke rol in de snelheid van de stroom van onze tijd. Hoe dichter je bij de maximale bewegingssnelheid komt - de lichtsnelheid - hoe langzamer de tijd verloopt. Tegen het einde van de reis zal de klok van een snel rijdende trein een miljardste van een seconde 'laat' beginnen te worden. Als een trein een lichtsnelheid van 99,999% bereikt, kun je in een jaar in een treinwagon tweehonderddrieëntwintig jaar de toekomst in reizen.
In feite zijn hypothetische toekomstige reizen in de toekomst gebaseerd op dit idee, excuseer de tautologie. Maar hoe zit het met het verleden? Kunt u de tijd terugdraaien?
Tijdelijke reizen in het verleden
We ontdekten dat de reis naar de toekomst de hele tijd plaatsvindt. Wetenschappers hebben dit experimenteel bewezen, en het idee vormt de kern van Einsteins relativiteitstheorie, die dit jaar 100 wordt. Het is heel goed mogelijk om de toekomst in te gaan, de enige vraag is "hoe snel"? Als het gaat om reizen terug in de tijd, is het antwoord om naar de nachtelijke hemel te kijken.
Het Melkwegstelsel is ongeveer 100.000 lichtjaar breed, wat betekent dat licht van verre sterren duizenden en duizenden jaren moet reizen voordat het de aarde bereikt. Vang dit licht op, en in wezen kijk je gewoon in het verleden. Wanneer astronomen kosmische microgolfstraling meten, kijken ze in de kosmos zoals die 10 miljard jaar geleden was. Maar dat is niet alles.
Niets in Einsteins relativiteitstheorie sluit de mogelijkheid uit om naar het verleden te reizen, maar het zeer mogelijke bestaan van een knop die je terug zou kunnen brengen naar gisteren is in strijd met de wet van causaliteit, of oorzaak en gevolg. Als er iets gebeurt in het universum, genereert de gebeurtenis een nieuwe eindeloze reeks gebeurtenissen. De oorzaak wordt altijd geboren vóór het effect. Stel je een wereld voor waarin het slachtoffer zou sterven voordat de kogel haar hoofd zou raken. Dit is een schending van de realiteit, maar ondanks dit sluiten veel wetenschappers de mogelijkheid van reizen naar het verleden niet uit.
Er wordt bijvoorbeeld aangenomen dat sneller bewegen dan de lichtsnelheid terug kan sturen naar het verleden. Als de tijd langzamer gaat naarmate een object de lichtsnelheid nadert, kan het doorbreken van deze barrière dan de tijd terugdraaien? Wanneer de lichtsnelheid nadert, groeit natuurlijk ook de relativistische massa van het object, dat wil zeggen, het nadert de oneindigheid. Het lijkt onmogelijk om een oneindige massa te versnellen. In theorie kan warpsnelheid, dat wil zeggen de vervorming van de snelheid als zodanig, de universele wet misleiden, maar zelfs hiervoor zijn enorme energiekosten nodig.
Wat als tijdreizen naar de toekomst en het verleden niet zozeer afhangt van onze basiskennis van de ruimte, maar meer van bestaande kosmische verschijnselen? Laten we eens kijken naar een zwart gat.
Zwarte gaten en Kerr-ringen
Baan lang genoeg rond het zwarte gat, en de tijddilatatie van de zwaartekracht zal je in de toekomst werpen. Maar wat als je recht in de kaken van dit kosmische monster valt? We hebben al geschreven over wat er gebeurt als je in een zwart gat stort, maar we hebben niet gesproken over zo'n exotische variëteit aan zwarte gaten als de Kerr-ring. Of het zwarte gat van Kerr.
In 1963 stelde de Nieuw-Zeelandse wiskundige Roy Kerr de eerste realistische theorie van een roterend zwart gat voor. Het concept omvat neutronensterren - massieve instortende sterren ter grootte van bijvoorbeeld Sint-Petersburg, maar met de massa van de zon van de aarde. We hebben neutronengaten opgenomen in de lijst van de meest mysterieuze objecten in het heelal en noemen ze magnetars. Kerr theoretiseerde dat als een stervende ster zou instorten in een roterende ring van neutronensterren, hun middelpuntvliedende kracht zou voorkomen dat ze een singulariteit zouden worden. En aangezien het zwarte gat geen singulariteitspunt zal hebben, bedacht Kerr dat het mogelijk zou zijn om naar binnen te gaan, zonder bang te hoeven zijn door de zwaartekracht in het midden te worden verscheurd.
Als er zwarte gaten van Kerr bestaan, kunnen we er doorheen gaan en het witte gat binnengaan. Het is als de uitlaat van een zwart gat. In plaats van alles op te zuigen wat het kan, zal het witte gat integendeel alles weggooien wat het kan. Misschien zelfs in een andere tijd of in een ander universum.
Kerr zwarte gaten blijven een theorie, maar als ze bestaan, zijn het een soort portalen die een enkele reis naar de toekomst of het verleden mogelijk maken. En hoewel een extreem geavanceerde beschaving zich op deze manier zou kunnen ontwikkelen en door de tijd zou kunnen reizen, weet niemand wanneer het "wilde" zwarte gat van Kerr zal verdwijnen.
Wormgaten (wormgaten)
Theoretische Kerr-ringen zijn niet de enige manier om mogelijk paden naar het verleden of de toekomst te "verkorten". Sciencefictionfilms - van Star Trek tot Donnie Darko - gaan vaak over de theoretische Einstein-Rosen-brug. Voor jou zijn deze bruggen beter bekend als wormgaten.
Einsteins algemene relativiteitstheorie staat het bestaan van wormgaten toe, aangezien de theorie van de grote fysicus is gebaseerd op de kromming van ruimte-tijd onder invloed van massa. Om deze kromming te begrijpen, stel je het weefsel van de ruimtetijd voor als een wit vel en vouw je het dubbel. Het oppervlak van het vel blijft hetzelfde, het vervormt zichzelf niet, maar de afstand tussen de twee contactpunten zal duidelijk kleiner zijn dan wanneer het vel op een plat oppervlak lag.
In dit vereenvoudigde voorbeeld wordt de ruimte afgebeeld als een tweedimensionaal vlak, en niet als vierdimensionaal, wat het in feite is (onthoud de vierde dimensie - tijd). Hypothetische wormgaten werken op een vergelijkbare manier.
Snel vooruit naar de ruimte. De concentratie van massa in twee verschillende delen van het universum zou een soort tunnel in ruimte-tijd kunnen creëren. In theorie zou deze tunnel twee verschillende segmenten van het ruimte-tijd continuüm met elkaar verbinden. Het is natuurlijk heel goed mogelijk dat sommige fysische of kwantumeigenschappen voorkomen dat dergelijke wormgaten vanzelf tevoorschijn komen. Nou, of ze worden geboren en komen onmiddellijk om, omdat ze onstabiel zijn.
Volgens Stephen Hawking kunnen wormgaten voorkomen in kwantumschuim, het kleinste medium in het universum. Kleine tunnels worden constant geboren en barsten, die voor korte momenten verschillende plaatsen en tijden met elkaar verbinden.
Wormgaten zijn misschien te klein en van korte duur om door een persoon te worden verplaatst, maar wat als we ze op een dag kunnen vinden, vasthouden, stabiliseren en vergroten? Mits, merkt Hawking op, dat u klaar bent voor feedback. Als we de ruimte-tijd-tunnel kunstmatig willen stabiliseren, kan de straling van onze acties deze vernietigen, net zoals omkering van geluid een luidspreker kan beschadigen.
Kosmische snaren
We proberen ons door zwarte gaten en wormgaten te wringen, maar is er een andere manier van tijdreizen met een theoretisch kosmisch fenomeen? Met deze gedachten in gedachten wenden we ons tot natuurkundige J. Richard Gott, die in 1991 het idee van een kosmische snaar schetste. Zoals de naam suggereert, zijn dit hypothetische objecten die zich mogelijk in de vroege stadia van de ontwikkeling van het universum hebben gevormd.
Deze snaren doordringen het hele universum, zijn dunner dan een atoom en staan onder sterke druk. Hieruit volgt natuurlijk dat ze zwaartekracht geven aan alles wat er dichtbij komt, wat betekent dat objecten die aan de kosmische snaar zijn vastgemaakt met een ongelooflijke snelheid in de tijd kunnen reizen. Als je twee kosmische snaren dichter naar elkaar toe trekt of er een naast een zwart gat plaatst, kun je een zogenaamde gesloten tijdachtige curve creëren.
Met behulp van de zwaartekracht geproduceerd door twee kosmische snaren (of een snaar en een zwart gat), zou het ruimtevaartuig zichzelf theoretisch terug in de tijd kunnen sturen. Om dit te doen, zou je een lus rond de kosmische snaren moeten maken.
Over kwantumstrings wordt momenteel trouwens fel gedebatteerd. Gott verklaarde dat je om terug in de tijd te reizen een lus zou maken rond een string die de helft van de massa-energie van een heel sterrenstelsel bevat. Met andere woorden, de helft van de atomen in de melkweg zou moeten worden gebruikt als brandstof voor je tijdmachine. Zoals iedereen weet, kun je niet terug in de tijd gaan voordat de machine zelf is gemaakt.
Bovendien zijn er tijdelijke paradoxen.
Tijdreizen paradoxen
Zoals we al zeiden, wordt het idee van een reis terug in de tijd enigszins overschaduwd door het tweede deel van de wet van causaliteit. Oorzaak komt voor gevolg, althans in ons universum, wat betekent dat het zelfs de meest doordachte tijdreisplannen kan verpesten.
Stel je om te beginnen voor dat als je 200 jaar terug in de tijd reist, je lang voordat je werd geboren, zult verschijnen. Denk er even over na. Het gevolg (jij) zal enige tijd vóór de oorzaak (jouw geboorte) bestaan.
Overweeg de beroemde grootvaderparadox om beter te begrijpen waar we mee te maken hebben. Je bent een huurmoordenaar in de tijd, je eigen grootvader is je doelwit. Je sluipt door een nabijgelegen wormgat en loopt naar een levende 18-jarige versie van de vader van je vader. Je heft je pistool op, maar wat gebeurt er als je de trekker overhaalt?
Denk er over na. Je bent nog niet geboren. Zelfs je vader is nog niet geboren. Als je je grootvader vermoordt, krijgt hij geen zoon. Deze zoon zal je nooit baren, en je kunt niet met een bloedige taak terug in de tijd reizen. En uw afwezigheid zal op geen enkele manier de trekker overhalen, waardoor de hele reeks gebeurtenissen wordt ontkend. We noemen dit een lus van incompatibele oorzaken.
Of overweeg het idee van een opeenvolgende causale lus. Hoewel het aanzet tot nadenken, elimineert het theoretisch temporele paradoxen. Volgens natuurkundige Paul Davis ziet zo'n lus er als volgt uit: een wiskundeprofessor gaat de toekomst in en steelt een complexe wiskundige stelling. Dan geeft hij het aan de meest briljante student. Daarna groeit en leert de veelbelovende student om op een dag de man te worden van wie de professor ooit een stelling heeft gestolen.
Daarnaast is er nog een ander model van tijdreizen dat een vertekening van de waarschijnlijkheid inhoudt wanneer de mogelijkheid van een paradoxale gebeurtenis wordt benaderd. Wat betekent dit? Laten we teruggaan in de schoenen van de moordenaar van je grootvader. Dit tijdreismodel kan je grootvader virtueel doden. Je kunt de trekker overhalen, maar het pistool schiet niet. De vogel zal op het juiste moment tjilpen, of er gebeurt iets anders: een kwantumfluctuatie laat geen paradoxale situatie toe.
En tot slot het meest interessante. De toekomst of het verleden waar je naar toe gaat, kan gewoon bestaan in een parallel universum. Laten we ons dit voorstellen als de paradox van scheiding. Je kunt alles vernietigen wat je maar wilt, maar dit heeft op geen enkele manier invloed op je thuiswereld. Je zult je grootvader vermoorden, maar je zult niet verdwijnen - misschien verdwijnt een andere 'jij' in een parallelle wereld, of het scenario volgt de paradoxpatronen die we al hebben overwogen. Het is echter mogelijk dat deze tijdreis een eenmalige reis is en dat u nooit meer naar huis kunt.
Ben je helemaal in de war? Welkom in de wereld van tijdreizen.
Ilya Khel
