Theoretisch natuurkundige Ben Tippett van de University of British Columbia, samen met de astrofysicus David Zang van de University of Maryland, hebben een werkend wiskundig model gemaakt van een 'tijdmachine' die het principe van de kromming van de ruimte-tijd van het universum gebruikt. Het onderzoek en de bevindingen van de wetenschappers werden gepubliceerd in het tijdschrift Classical and Quantum Gravity.
Wetenschappers leidden op basis van de algemene relativiteitstheorie een wiskundig model af, dat ze TARDIS noemden of Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-Time ("Passable acausal retrograde zones in space-time"). Maar haast u niet om u te verheugen over de gelegenheid om uw lang overleden grootmoeder in het verleden te bezoeken, zeggen wetenschappers. Er is een probleem waardoor het niet mogelijk is om de juistheid van hun wiskundige model te controleren, maar daarover later meer.
“Mensen beschouwen tijdreizen als fictie. In feite denken we dat het onmogelijk is, alleen omdat we het nog niet echt hebben geprobeerd,”zegt theoretisch natuurkundige en wiskundige Ben Tippett.
"Een tijdmachine is echter mogelijk, althans wiskundig", voegt de wetenschapper toe.
Het model van de wetenschappers is gebaseerd op het idee van de aanwezigheid van de vierde dimensie van het heelal, namelijk tijd. Dit stelt ons op zijn beurt in staat om aan te nemen dat er een ruimte-tijd continuüm bestaat waarin verschillende richtingen van ruimte en tijd verbonden zijn door het weefsel van het heelal.
Einsteins relativiteitstheorie verbindt de zwaartekrachtseffecten van het universum met de kromming van de ruimtetijd, het fenomeen achter de elliptische banen van planeten en sterren. In de aanwezigheid van "platte" of niet-gekromde ruimtetijd, zouden de planeten in een rechte lijn bewegen. De relativiteitstheorie zegt echter dat de geometrie van de ruimtetijd krom wordt in de aanwezigheid van zeer massieve objecten, waardoor ze in een baan om de sterren draaien.
Tippett en Tsang geloven dat niet alleen de ruimte kan worden gebogen in het universum. Onder invloed van een object met een grote massa kan ook de tijd gekromd worden. Als voorbeeld noemen ze de ruimte rond zwarte gaten.
“Het verloop van tijdverplaatsing binnen ruimte-tijd kan ook gekromd worden. Zwarte gaten zijn een voorbeeld. Hoe dichter we bij hen komen, hoe langzamer de tijd voor ons begint te stromen”, zegt Tippett.
Promotie video:
“Mijn model van een tijdmachine gebruikt gekromde ruimte-tijd om voor passagiers een cirkel te maken in plaats van een lijn. En beweging in deze cirkel kan ons terug in de tijd sturen."
Om de hypothese te testen, stellen wetenschappers voor om zoiets als een luchtbel te creëren die iedereen die erin zal zijn door tijd en ruimte langs een gebogen pad kan voeren. Als deze bel beweegt met een snelheid die hoger is dan de lichtsnelheid (dit is volgens wetenschappers ook wiskundig mogelijk), dan kan iedereen die zich in de bel bevindt terug in de tijd gaan.
Het idee wordt duidelijker als je kijkt naar de door Tippet voorgestelde regeling. Er staan twee karakters in: de ene bevindt zich in de bel / tijdmachine (persoon A), de andere is een externe waarnemer die zich buiten de bel bevindt (persoon B).
De pijl van de tijd, die onder normale omstandigheden (dat wil zeggen in ons universum) altijd voorwaarts beweegt, zorgt ervoor dat in het gepresenteerde schema het verleden het heden wordt (aangegeven door zwarte pijlen). Volgens de wetenschapper zal elk van deze mensen de beweging van de tijd anders voelen:
“Binnen de bubbel zal object A de gebeurtenissen van B periodiek zien veranderen en dan omkeren. Buiten de bubbel zal waarnemer B zien dat twee versies van A uit dezelfde locatie komen: de uurwijzer draait naar rechts en de andere naar links."
Met andere woorden, een externe waarnemer zal twee versies van objecten in de tijdmachine zien: de ene versie evolueert vooruit in de tijd, de andere achteruit.
Het klinkt natuurlijk allemaal heel interessant, maar Tippett en Zang zeggen dat we nog niet zo'n technologieniveau hebben bereikt dat deze hypothese in de praktijk kan worden getest. We hebben simpelweg geen materialen die geschikt zijn voor de bouw van zo'n tijdmachine.
“Hoewel het vanuit wiskundig oogpunt zou kunnen werken, kunnen we niet zo'n machine bouwen om in de ruimte-tijd te reizen, omdat we hiervoor niet de benodigde materialen hebben. Exotische materialen zijn hier vereist. Ze laten ruimte-tijd buigen. Helaas heeft de wetenschap zoiets nog niet uitgevonden”, zegt Tippett.
Het idee van Tippett en Zang weerspiegelt een ander idee van een tijdmachine, de zogenaamde Alcubierre-bubbel, die ook exotische materialen zou moeten gebruiken om in ruimte en tijd te bewegen. Alleen in dit geval hebben we het niet over cirkelvormige beweging in het ruimte-tijdveld, maar over beweging door de ruimte voor je samen te drukken en achter je uit te breiden.
* * *
Eerder:
Natuurkundigen van de University of Queensland in Australië hebben zichzelf een uitdaging gesteld.
simuleer een computerexperiment dat de mogelijkheid van tijdreizen op kwantumniveau zal bewijzen, voorspeld in 1991.
Ze slaagden erin om het gedrag van een enkel foton te simuleren, dat door een wormgat in ruimte-tijd het verleden in gaat en in interactie met zichzelf gaat.
Zo'n traject van een deeltje wordt een gesloten tijdachtige curve genoemd - het foton keert terug naar het oorspronkelijke ruimte-tijdpunt, d.w.z. zijn wereldlijn wordt gesloten.
De onderzoekers keken naar twee scenario's. In de eerste van hen passeert het deeltje de mol, keert terug naar zijn verleden en interageert met zichzelf. In het tweede scenario interageert het foton, voor altijd opgesloten in een gesloten tijdachtige curve, met een ander, gewoon deeltje.
Volgens wetenschappers zal hun werk een belangrijke bijdrage leveren aan de eenmaking van twee grote fysische theorieën, die tot nu toe weinig gemeen hadden: Einsteins algemene relativiteitstheorie (GR) en de kwantummechanica.
Einsteins theorie beschrijft de wereld van sterren en sterrenstelsels, terwijl de kwantummechanica vooral de eigenschappen van elementaire deeltjes, atomen en moleculen bestudeert.
- Martin Ringbauer, Universiteit van Queensland
Einsteins algemene relativiteitstheorie geeft de mogelijkheid toe dat een object terug in de tijd reist, wat in een gesloten tijdachtige curve valt. Een dergelijke mogelijkheid kan echter een aantal paradoxen veroorzaken: een tijdreiziger kan bijvoorbeeld voorkomen dat zijn ouders elkaar ontmoeten, waardoor zijn eigen geboorte onmogelijk wordt.
In 1991 werd voor het eerst gesuggereerd dat tijdreizen in de kwantumwereld dergelijke paradoxen zouden kunnen elimineren, aangezien de eigenschappen van kwantumdeeltjes niet precies zijn gedefinieerd, volgens het Heisenberg-onzekerheidsprincipe.
In een computerexperiment waren Australische wetenschappers de eersten die het gedrag van kwantumdeeltjes in een soortgelijk scenario bestudeerden. Tegelijkertijd werden nieuwe interessante effecten onthuld, waarvan de verschijning onmogelijk is in de standaard kwantummechanica.
Zo bleek dat het mogelijk is om de verschillende toestanden van een kwantumsysteem nauwkeurig te onderscheiden, wat helemaal uitgesloten is als je binnen de kaders van de kwantumtheorie blijft.
