Wat sciencefictionschrijvers ook schrijven, de moderne wetenschap laat niet toe naar het verleden te reizen. Maar wetenschappers zijn nog lang niet zo eensgezind over reizen naar de toekomst …
De Britse wetenschapspopularis Brian Clegg publiceerde onlangs een boek met de spectaculaire titel How to build a time machine: the real science of time travel.
Het boek bespreekt manieren van praktische uitvoering van de eeuwenoude droom van de mens van tijdelijke omzwervingen. Clegg is een serieuze opvoeder met een internationale reputatie, dus hij praat alleen over projecten die wetenschappelijk onderbouwd kunnen worden, zij het niet 100% bewezen.
Isolatie van de tijd
Een van die mogelijkheden is herhaaldelijk beschreven door sciencefictionschrijvers. Maak een ruimtewandeling naar interstellaire afstanden, waarvoor ten minste twee versnellingen nodig zijn tot bijna-lichtsnelheden, en je zult honderden of duizenden jaren na vertrek naar je thuisplaneet kunnen terugkeren, en je zult zelf iets ouder worden.
De fundamentele mogelijkheid van zo'n tijdelijke reis wordt gegarandeerd door de formules van de speciale relativiteitstheorie. Het is waar dat versnelling naar relativistische snelheden ook moet worden geboden met behulp van super-energie-intensieve brandstof (het beste van alles van antimaterie), maar dit zijn details.
Promotie video:
Op de speciale relativiteitstheorie convergeerde licht echter niet als een wig, je kunt de algemene toepassen. Volgens zijn vergelijkingen vertraagt de zwaartekracht de snelheid van de tijd (correcties voor dit effect zijn opgenomen in de software van satellietnavigatiesystemen GPS en GLONASS, en ze overtreffen numeriek soortgelijke correcties die de speciale relativiteitstheorie voorschrijft om te worden geïntroduceerd in verband met de orbitale beweging van satellieten).
De mate van deze vertraging neemt toe met de kracht van het zwaartekrachtveld. Hier is nog een tijdmachine voor je: zoek een gebied in de ruimte met een extreem sterke zwaartekracht, blijf daar een tijdje en bij terugkomst bevind je je in de toekomst.
Natuurlijke superzwaargewichten
Zwaartekrachtgeneratoren zijn in principe mogelijk, maar het is te vroeg om erover te praten. De natuur heeft echter in de ruimte natuurlijke zwaartekrachtklonters gecreëerd als neutronensterren. Een kubieke centimeter gedegenereerde materie in het midden van een neutronenster trekt honderden miljoenen tonnen, terwijl de diameter niet groter is dan 20-30 km.
Zou het mogelijk zijn om in de buurt van zo'n ruimtemonster in een baan om de aarde te komen en van daaruit naar de toekomst te katapulteren? Het wordt niet aanbevolen om op het oppervlak te zitten, het is daar honderd keer heter dan in de atmosfeer van de zon.
Deze optie is echter ook erg onveilig. Elk object dat in een baan om een neutronenster draait, wordt vervormd en verscheurd door getijdenkrachten. Hetzelfde zou natuurlijk gebeuren als een schip met chrono-reizigers niet naar een neutronenster werd gestuurd, maar naar een zwart gat.
"Tijd ondoordringbare" schelp
Clegg is ervan overtuigd dat er een uitweg is. Isaac Newton toonde aan dat de resulterende zwaartekracht die op een object in een massieve sferische isotrope schaal inwerkt, strikt nul is. Deze conclusie is volledig geldig in de algemene relativiteitstheorie.
Stel je nu een neutronenster voor met een holte in het midden. Er zullen daar geen getijdekrachten zijn en de tijdstroom in relatie tot de buitenwereld zal nog steeds worden vertraagd.
Zo is het nu al mogelijk om een technisch project te formuleren voor een toekomstige superbeschaving. Het is nodig om een neutronenster in vele stukken te breken en daaruit een bolvormige schaal te bouwen rond een schip met tijdreizigers.
Om ze te beschermen tegen getijdenkrachten, zal de schaal moeten worden geassembleerd zonder de isotropie te breken, waarbij telkens twee blokken van gelijke massa van tegenoverliggende zijden, op gelijke afstand van het schip, worden toegevoegd. De ontmanteling zal op dezelfde manier moeten gebeuren, anders zal de zwaartekracht de chrononauten in de toekomst vernietigen.
De taak van superbeschaving
Hoe effectief is zo'n tijdmachine? Als je pure neutronenmaterie als bouwmateriaal gebruikt, kun je een vijfvoudige vertraging in de tijd bereiken - in ieder geval geeft Brian Clegg precies zo'n schatting.
Het resultaat is nogal bescheiden, dus je moet nog bedenken of het spel de kaars waard is. Aangenomen kan echter worden dat de superbeschaving over technologieën zal beschikken die neutronenmaterie extra zullen comprimeren tot nog hogere dichtheden.
Dit moet echter met de nodige voorzichtigheid gebeuren, anders stort de hele constructie in een zwart gat met onaangename gevolgen voor het schip en zijn bemanning. Dus de kosten van zo'n experiment zullen de praktische waarde ervan onmetelijk overtreffen - althans vanuit ons standpunt. Superbeschaving kan echter totaal andere criteria hebben.
Hoe een neutronenster werkt
Nadat de nucleaire brandstof in de kern van de ster is opgebrand, wacht de onvermijdelijke ineenstorting van de zwaartekracht. Als de druk van een gedegenereerd elektronengas de zwaartekracht niet kan weerstaan, worden de elektronen letterlijk "gedrukt" in de protonen van de kernen, waardoor neutronen worden gevormd. Het eindproduct van dit proces is een neutronenster gemaakt van superdense (tot 1015 g / cm3 in de kern) materie met een diameter van 10-20 km.
De structuur van een neutronenster is vrij complex - zijn atmosfeer bestaat uit gewone kernen, onder de kernen zijn ze opgehangen in een neutronen-supervloeistof, zelfs daaronder combineren neutronen zich om draadachtige structuren of platen te vormen. De buitenste kern bestaat uit continue neutronenmaterie, terwijl de binnenste kern nog meer exotische toestanden van materie kan bevatten, zoals pion-condensaat, lambda-hyperonen of quark-gluon-plasma.
