Podróż w czasie - Time travel

Podróże w czasie to koncepcja przemieszczania się między pewnymi punktami w czasie , analogiczna do przemieszczania się obiektu lub osoby między różnymi punktami w przestrzeni , zazwyczaj przy użyciu hipotetycznego urządzenia zwanego wehikułem czasu . Podróże w czasie to szeroko rozpoznawalna koncepcja w filozofii i fikcji , zwłaszcza science fiction . Ideę wehikułu czasu spopularyzowała powieść HG Wellsa z 1895 roku Wehikuł czasu .

Nie ma pewności, czy podróż w czasie do przeszłości jest fizycznie możliwa. Podróże w czasie do przodu, poza zwykłym poczuciem postrzegania czasu , są szeroko obserwowanym zjawiskiem i dobrze rozumianym w ramach szczególnej teorii względności i ogólnej teorii względności . Jednak przy obecnej technologii nie jest możliwe sprawienie, aby jedno ciało przesunęło się lub opóźniło o więcej niż kilka milisekund w porównaniu z innym ciałem. Jeśli chodzi o podróże w czasie wstecz, w ogólnej teorii względności można znaleźć rozwiązania, które na to pozwalają, np. obracającą się czarną dziurę . Podróżowanie do dowolnego punktu w czasoprzestrzeni ma bardzo ograniczone wsparcie w fizyce teoretycznej i zwykle wiąże się tylko z mechaniką kwantową lub tunelami czasoprzestrzennymi .

Historia koncepcji podróży w czasie

Niektóre starożytne mity przedstawiają postać przeskakującą w czasie . W mitologii hinduskiej Mahabharata wspomina historię króla Raivaty Kakudmi , który podróżuje do nieba, by spotkać stwórcę Brahmę i jest zaskoczony, gdy wraca na Ziemię, że minęło wiele wieków. Buddyjski kanon palijski wspomina o względności czasu. Payasi Sutta opowiada o jednym z Buddy głównych uczniów „s, Kumara Kassapa , który wyjaśnia, że sceptyk Payasi czas w niebiosach przechodzi inaczej niż na Ziemi. Japońska opowieść o „ Urashima Tarō ”, po raz pierwszy opisana w Manyoshu, opowiada o młodym rybaku o imieniu Urashima-no-ko (浦嶋子), który odwiedza podwodny pałac. Po trzech dniach wraca do swojej wioski i znajduje się 300 lat w przyszłości, gdzie został zapomniany, jego dom jest w ruinie, a jego rodzina zginęła. Według tradycji żydowskiej uczony z I wieku pne Honi ha-M'agel zasnął i spał przez siedemdziesiąt lat. Po przebudzeniu wrócił do domu, ale nie zastał nikogo ze znajomych i nikt nie uwierzył w jego twierdzenia o tym, kim jest.

Przejście do science fiction

Wczesne historie science fiction przedstawiają postacie, które śpią przez lata i budzą się w zmienionym społeczeństwie lub przenoszą się w przeszłość za pomocą nadprzyrodzonych środków. Wśród nich L'An 2440, rêve s'il en fût jamais ( Rok 2440: Sen, jeśli kiedykolwiek istniał , 1770) Louis-Sébastien Mercier , Rip Van Winkle (1819) Washington Irving , Patrząc wstecz (1888) przez Edwarda Bellamy , a gdy budzi Sleeper (1899) przez HG Wellsa. Przedłużony sen, podobnie jak późniejszy, bardziej znany wehikuł czasu , jest używany w tych opowieściach jako środek podróży w czasie.

Najwcześniejsze prace dotyczące podróży w czasie wstecz są niepewne. Chińska powieść Dodatek do podróży na Zachód (ok. 1640) autorstwa Dong Yue zawiera magiczne lustra i jadeitowe bramy, które łączą różne punkty w czasie. Główny bohater Sun Wukong cofa się w czasie do „Świata Starożytnych” ( Dynastia Qin ), aby odzyskać magiczny dzwon, a następnie podróżuje do „Świata Przyszłości” ( Dynastia Song ), aby znaleźć cesarza, który został wygnany czas. Jednak podróż w czasie odbywa się w iluzorycznym świecie marzeń stworzonym przez złoczyńcę, aby go usidlić i odwrócić. Samuel Madden „s Memoirs XX wieku (1733) to seria listów od brytyjskich ambasadorów w latach 1997 i 1998 do dyplomatów w przeszłości, Przenośnik warunki polityczne i religijne przyszłości. Ponieważ narrator otrzymuje te listy od swojego anioła stróża , Paul Alkon sugeruje w swojej książce Origins of Futuristic Fiction, że „pierwszy podróżnik w czasie w literaturze angielskiej jest aniołem stróżem”. Madden nie wyjaśnia, w jaki sposób anioł zdobywa te dokumenty, ale Alkon twierdzi, że Madden „zasługuje na uznanie jako pierwszy, który bawił się bogatą ideą podróży w czasie w postaci artefaktu wysłanego wstecz z przyszłości, aby zostać odkrytym w teraźniejszości”. . W antologii science fiction Far Boundaries (1951) redaktor August Derleth twierdzi, że wczesną opowieścią o podróży w czasie jest Missing One's Coach: An Anachronism , napisana dla Dublin Literary Magazine przez anonimowego autora w 1838 roku. drzewo dla autokaru, który zabrał go z Newcastle upon Tyne , cofa się w czasie o ponad tysiąc lat. Spotyka Czcigodnego Bedę w klasztorze i wyjaśnia mu rozwój wydarzeń w nadchodzących stuleciach. Jednak historia nigdy nie wyjaśnia, czy te wydarzenia są prawdziwe, czy senne. Inną wczesną pracą o podróżach w czasie jest The Forebears of Kalimeros: Alexander, syn Filipa Macedońskiego autorstwa Alexandra Veltmana, opublikowany w 1836 roku.

Pan i pani Fezziwig tańczą w wizji przedstawionej Scrooge'owi przez Ducha Świąt Bożego Narodzenia .

Charles Dickens " Opowieść wigilijna (1843) ma wczesnych przedstawień mistycznej podróży w czasie w obu kierunkach, jako bohater, Ebenezer Scrooge, jest transportowany do Christmases przeszłości i przyszłości. Inne historie wykorzystują ten sam szablon, w którym postać naturalnie zasypia, a po przebudzeniu znajduje się w innym czasie. Jaśniejszy przykład cofania się w czasie można znaleźć w popularnej książce z 1861 roku Paris avant les hommes ( Paryż przed ludźmi ) francuskiego botanika i geologa Pierre'a Boitarda , opublikowanej pośmiertnie. W tej opowieści protagonista zostaje przeniesiony do prehistorycznej przeszłości za pomocą magii „kulawego demona” (francuski kalambur od imienia Boitarda), gdzie spotyka plezjozaura i małpokształtnego przodka i jest w stanie wchodzić w interakcje ze starożytnymi stworzeniami. „Hands Off” (1881) Edwarda Everetta Hale'a opowiada historię nienazwanej istoty, prawdopodobnie duszy niedawno zmarłej osoby, która ingeruje w historię starożytnego Egiptu, zapobiegając zniewoleniu Józefa . Być może była to pierwsza historia, w której pojawiła się alternatywna historia stworzona w wyniku podróży w czasie.

Maszyny wczesnego czasu

Jedną z pierwszych historii, w których porusza się w czasie za pomocą maszyny, jest „ Zegar, który szedł wsteczEdwarda Page Mitchella , który ukazał się w New York Sun w 1881 roku. Jednak mechanizm graniczy z fantazją. Niezwykły zegar, gdy jest nakręcony, cofa się i cofa w czasie osoby znajdujące się w pobliżu. Autor nie wyjaśnia pochodzenia ani właściwości zegara. Enrique Gaspar y Rimbau „s El Anacronópete (1887) może być pierwszym historia wyposażonym w zbiornik inżynieryjny do podróży w czasie. Andrew Sawyer skomentował, że ta historia „wydaje się być pierwszym literackim opisem wehikułu czasu odnotowanym do tej pory”, dodając, że „historia Edwarda Page Mitchella ' The Clock That Went Backward ' (1881) jest zwykle opisywana jako pierwszy raz- historia maszyny, ale nie jestem pewien, czy zegar się liczy”. HG Wells ' The Time Machine (1895) spopularyzował koncepcję podróży w czasie za pomocą środków mechanicznych.

Podróże w czasie w fizyce

Niektóre teorie, w szczególności szczególna i ogólna teoria względności , sugerują, że odpowiednie geometrie czasoprzestrzeni lub określone rodzaje ruchu w przestrzeni mogą umożliwiać podróże w czasie w przeszłość i przyszłość, gdyby te geometrie lub ruchy były możliwe. W artykułach technicznych fizycy omawiają możliwość zamkniętych czasopodobnych krzywych , które są liniami świata, które tworzą zamknięte pętle w czasoprzestrzeni, umożliwiające obiektom powrót do własnej przeszłości. Wiadomo, że istnieją rozwiązania równań ogólnej teorii względności, które opisują czasoprzestrzenie zawierające zamknięte krzywe czasopodobne, takie jak czasoprzestrzeń Gödla , ale fizyczna wiarygodność tych rozwiązań jest niepewna.

Wiele osób w środowisku naukowym uważa, że ​​podróże w czasie wstecz są wysoce nieprawdopodobne. Każda teoria pozwalająca na podróże w czasie wprowadzałaby potencjalne problemy przyczynowości . Klasycznym przykładem problemu związanego z przyczynowością jest „ paradoks dziadka ”: co by było, gdyby ktoś cofnął się w czasie i zabił własnego dziadka, zanim ojciec został poczęty? Niektórzy fizycy, tacy jak Novikov i Deutsch, sugerowali, że tego rodzaju paradoksów czasowych można uniknąć dzięki zasadzie samospójności Novikova lub odmianie interpretacji wielu światów ze światami oddziałującymi.

Ogólna teoria względności

Podróże w czasie do przeszłości są teoretycznie możliwe w pewnych geometriach czasoprzestrzeni ogólnej teorii względności, które umożliwiają podróżowanie z prędkością większą niż prędkość światła , takich jak kosmiczne struny , przejezdne tunele czasoprzestrzenne i napędy Alcubierre'a . Teoria ogólnej teorii względności sugeruje naukową podstawę możliwości cofania się w czasie w pewnych niezwykłych scenariuszach, chociaż argumenty z półklasycznej grawitacji sugerują, że gdy efekty kwantowe zostaną włączone do ogólnej teorii względności, te luki mogą zostać zamknięte. Te półklasyczne argumenty doprowadziły Stephena Hawkinga do sformułowania hipotezy ochrony chronologii , sugerując, że fundamentalne prawa natury zapobiegają podróżom w czasie, ale fizycy nie mogą dojść do ostatecznego osądu tej kwestii bez teorii grawitacji kwantowej, która łączyłaby mechanikę kwantową i ogólną teorię względności w jedną całość. całkowicie ujednolicona teoria.

Różne geometrie czasoprzestrzeni

Teoria ogólnej teorii względności opisuje wszechświat za pomocą układu równań pola, które określają metrykę lub funkcję odległości czasoprzestrzeni. Istnieją dokładne rozwiązania tych równań, które zawierają zamknięte krzywe czasopodobne , które są liniami świata, które się przecinają; pewien punkt w przyczynowej przyszłości linii świata jest również w jej przyczynowej przeszłości, sytuacja, którą można opisać jako podróż w czasie. Takie rozwiązanie zostało po raz pierwszy zaproponowane przez Kurta Gödla , rozwiązanie znane jako metryka Gödla , ale jego (i innych) rozwiązanie wymaga, aby wszechświat miał cechy fizyczne, których wydaje się nie mieć, takie jak rotacja i brak ekspansji Hubble'a . Nadal badane jest, czy ogólna teoria względności zabrania zamkniętych krzywych czasopodobnych we wszystkich realistycznych warunkach.

Tunele czasoprzestrzenne

Tunele czasoprzestrzenne to hipotetycznie zakrzywiona czasoprzestrzeń, na którą zezwalają równania pola Einsteina z ogólnej teorii względności. Proponowana maszyna do podróży w czasie wykorzystująca przejezdny tunel czasoprzestrzenny działałaby hipotetycznie w następujący sposób: Jeden koniec tunelu czasoprzestrzennego jest przyspieszany do pewnej znaczącej części prędkości światła, być może za pomocą jakiegoś zaawansowanego systemu napędowego , a następnie sprowadzany z powrotem do punktu początek. Alternatywnie, innym sposobem jest skorzystanie z jednego wejścia do tunelu czasoprzestrzennego i przeniesienie go w pole grawitacyjne obiektu, który ma większą grawitację niż inne wejście, a następnie przywrócenie go do pozycji w pobliżu drugiego wejścia. W przypadku obu tych metod dylatacja czasu powoduje, że koniec tunelu czasoprzestrzennego, który został przeniesiony, starzeje się mniej lub staje się „młodszy” niż nieruchomy koniec widziany przez obserwatora zewnętrznego; jednak czas łączy się inaczej przez tunel niż poza nim, tak że zsynchronizowane zegary na obu końcach tunelu zawsze pozostaną zsynchronizowane, jak widzi obserwator przechodzący przez tunel, niezależnie od tego, jak oba końce się poruszają. Oznacza to, że obserwator wchodzący w „młodszy” koniec wyszedłby ze „starszego” końca w czasie, gdy był w tym samym wieku co „młodszy” koniec, skutecznie cofając się w czasie widzianym przez obserwatora z zewnątrz. Jednym ze znaczących ograniczeń takiego wehikułu czasu jest to, że możliwe jest cofnięcie się w czasie tylko tak daleko, jak początkowe stworzenie maszyny; w istocie jest to bardziej ścieżka w czasie niż urządzenie, które samo porusza się w czasie i nie pozwoliłoby na cofnięcie się w czasie samej technologii.

Zgodnie z obecnymi teoriami o naturze tuneli czasoprzestrzennych, budowa tunelu przejezdnego wymagałaby istnienia substancji o ujemnej energii, często określanej jako „ materia egzotyczna ”. Bardziej technicznie, czasoprzestrzeń czasoprzestrzenna wymaga dystrybucji energii, która narusza różne warunki energetyczne , takie jak stan energii zerowej wraz ze słabymi, silnymi i dominującymi warunkami energetycznymi. Wiadomo jednak, że efekty kwantowe mogą prowadzić do niewielkich mierzalnych naruszeń warunku energii zerowej, a wielu fizyków uważa, że ​​wymagana ujemna energia może być rzeczywiście możliwa dzięki efektowi Casimira w fizyce kwantowej. Chociaż wczesne obliczenia sugerowały, że wymagana byłaby bardzo duża ilość energii ujemnej, późniejsze obliczenia wykazały, że ilość energii ujemnej może być dowolnie mała.

W 1993 r. Matt Visser twierdził, że dwóch gardzieli tunelu czasoprzestrzennego z tak indukowaną różnicą zegara nie da się połączyć bez wywołania pola kwantowego i efektów grawitacyjnych, które spowodowałyby zapadnięcie się tunelu lub oba wyloty odpychały się nawzajem. Z tego powodu nie można było zbliżyć obu ust na tyle blisko, aby doszło do naruszenia związku przyczynowego . Jednak w artykule z 1997 r. Visser postawił hipotezę, że złożona konfiguracja „ pierścienia rzymskiego ” (nazwana na cześć Toma Romana) składająca się z liczby N tuneli czasoprzestrzennych ułożonych w symetryczny wielokąt może nadal działać jak wehikuł czasu, chociaż konkluduje, że jest to bardziej prawdopodobne. błąd w klasycznej teorii grawitacji kwantowej, a nie dowód, że możliwe jest naruszenie przyczynowości.

Inne podejścia oparte na ogólnej teorii względności

Inne podejście obejmuje gęsty wirujący cylinder, zwykle określany jako cylinder Tiplera , rozwiązanie GR odkryte przez Willema Jacoba van Stockuma w 1936 i Kornela Lanczosa w 1924, ale nierozpoznane jako umożliwiające zamknięcie krzywych zbliżonych do czasu aż do analizy przeprowadzonej przez Franka Tiplera w 1974. cylinder jest nieskończenie długi i kręci się wystarczająco szybko wokół swojej długiej osi, wtedy statek kosmiczny lecący wokół cylindra po spiralnej ścieżce mógłby cofnąć się w czasie (lub do przodu, w zależności od kierunku jego spirali). Jednak wymagana gęstość i prędkość są tak duże, że zwykła materia nie jest wystarczająco silna, aby ją zbudować. Podobne urządzenie można zbudować z kosmicznej struny , ale nie wiadomo, czy istnieje, i wydaje się, że nie jest możliwe stworzenie nowej kosmicznej struny. Fizyk Ronald Mallett próbuje odtworzyć warunki wirującej czarnej dziury za pomocą laserów pierścieniowych, aby zagiąć czasoprzestrzeń i umożliwić podróże w czasie.

Bardziej zasadniczy sprzeciw wobec schematów podróży w czasie opartych na obracających się cylindrach lub kosmicznych strunach wysunął Stephen Hawking, który udowodnił twierdzenie, że zgodnie z ogólną teorią względności nie da się zbudować wehikułu czasu specjalnego typu („wehikułu czasu z kompaktowo wygenerowanym horyzontem Cauchy’ego”) w regionie, w którym spełniony jest warunek słabej energii , co oznacza, że ​​region nie zawiera materii o ujemnej gęstości energii ( materia egzotyczna ). Rozwiązania takie jak Tipler zakładają cylindry o nieskończonej długości, które są łatwiejsze do analizy matematycznej, i chociaż Tipler sugerował, że skończony cylinder może generować zamknięte krzywe podobne do czasu, jeśli prędkość rotacji jest wystarczająco duża, nie udowodnił tego. Ale Hawking wskazuje, że z powodu jego twierdzenia „nie można tego zrobić wszędzie z dodatnią gęstością energii! Mogę udowodnić, że do zbudowania wehikułu skończonego czasu potrzebna jest energia ujemna”. Ten wynik pochodzi z artykułu Hawkinga z 1992 roku na temat hipotezy ochrony chronologii , w którym analizuje on „przypadek, że naruszenia przyczynowości pojawiają się w skończonym obszarze czasoprzestrzeni bez osobliwości krzywizny” i dowodzi, że „istnieje horyzont Cauchy'ego, który jest zwarty generowany i że ogólnie zawiera jedną lub więcej zamkniętych geodezji zerowych, które będą niekompletne.Można zdefiniować wielkości geometryczne, które mierzą wzrost Lorentza i wzrost powierzchni podczas obchodzenia tych zamkniętych geodezji zerowych.Jeśli naruszenie przyczynowości rozwinęło się z niezwartej powierzchni początkowej, uśredniona słaba energia warunek musi zostać naruszony na horyzoncie Cauchy'ego”. Twierdzenie to nie wyklucza możliwości podróży w czasie za pomocą wehikułów czasu z niekompaktowo wygenerowanymi horyzontami Cauchy'ego (takich jak wehikuł czasu Deutscha-Politzera) lub w regionach zawierających egzotyczną materię, które byłyby wykorzystywane do przebytych tuneli czasoprzestrzennych lub napęd Alcubierre i czarną dziurę .

Fizyka kwantowa

Twierdzenie o braku komunikacji

Gdy sygnał jest wysyłany z jednego miejsca i odbierany w innym miejscu, to dopóki sygnał porusza się z prędkością światła lub wolniej, matematyka jednoczesności w teorii względności pokazuje, że wszystkie ramki odniesienia zgadzają się, że zdarzenie transmisji wydarzyło się przed przyjęciem. Gdy sygnał przemieszcza się szybciej niż światło, jest odbierany przed wysłaniem we wszystkich ramkach odniesienia. Można powiedzieć, że sygnał cofnął się w czasie. Ten hipotetyczny scenariusz jest czasami określany jako antytelefon tachioniczny .

Zjawiska mechaniki kwantowej , takie jak teleportacja kwantowa , paradoks EPR lub splątanie kwantowe, mogą wydawać się tworzyć mechanizm, który umożliwia komunikację lub podróże w czasie szybciej niż światło (FTL), a w rzeczywistości niektóre interpretacje mechaniki kwantowej, takie jak Bohm Interpretacja zakłada, że ​​niektóre informacje są wymieniane między cząstkami natychmiast w celu utrzymania korelacji między cząstkami. Efekt ten został nazwany przez Einsteina „ upiornym działaniem na odległość ”.

Niemniej jednak fakt, że przyczynowość jest zachowana w mechanice kwantowej, jest rygorystycznym wynikiem we współczesnych kwantowych teoriach pola , a zatem współczesne teorie nie pozwalają na podróże w czasie ani komunikację FTL . W każdym konkretnym przypadku, w którym zgłoszono FTL, bardziej szczegółowa analiza wykazała, że ​​aby uzyskać sygnał, należy również użyć jakiejś formy komunikacji klasycznej. Twierdzenie o braku komunikacji daje również ogólny dowód na to, że splątanie kwantowe nie może być wykorzystywane do przesyłania informacji szybciej niż klasyczne sygnały.

Interakcja interpretacji wielu światów

Odmianą Hugh Everett jest wiele światów interpretacji (MWI) mechaniki kwantowej zapewnia rozdzielczość do paradoksu dziadka, który wiąże się z podróżnikiem w czasie przybywających w innym wszechświecie niż ten z którego pochodzą; twierdzono, że skoro podróżnik przybywa do historii innego wszechświata, a nie własnej historii, nie jest to „prawdziwa” podróż w czasie. Przyjęta interpretacja wielu światów sugeruje, że wszystkie możliwe zdarzenia kwantowe mogą zachodzić we wzajemnie wykluczających się historiach. Jednak niektóre odmiany pozwalają na interakcję różnych wszechświatów. Pojęcie to jest najczęściej używane w science-fiction, ale niektórzy fizycy, tacy jak David Deutsch , sugerowali, że podróżnik w czasie powinien skończyć w innej historii niż ta, od której zaczął. Z drugiej strony, Stephen Hawking argumentował, że nawet jeśli MWI jest poprawny, powinniśmy oczekiwać, że każdy podróżnik w czasie doświadczy jednej spójnej historii, tak aby podróżnicy w czasie pozostali w swoim własnym świecie, zamiast podróżować do innego. Fizyk Allen Everett argumentował, że podejście Deutscha „obejmuje modyfikowanie podstawowych zasad mechaniki kwantowej; z pewnością wykracza poza zwykłe przyjęcie MWI”. Everett twierdzi również, że nawet jeśli podejście Deutscha jest poprawne, oznaczałoby to, że każdy makroskopowy obiekt złożony z wielu cząstek zostałby rozdzielony podczas podróży w czasie przez tunel czasoprzestrzenny, z różnymi cząstkami pojawiającymi się w różnych światach.

Wyniki eksperymentalne

Niektóre przeprowadzone eksperymenty sprawiają wrażenie odwróconej przyczynowości , ale nie wykazują tego przy bliższym przyjrzeniu się.

Opóźnionym wybór kwantowa gumka eksperyment przeprowadzono przez Marlan Scully'ego obejmuje pary splątanych fotonami , które są podzielone na „fotony sygnału” oraz „napinające fotonów” z fotonów sygnałów wychodzących z jednej z dwóch miejscach, a ich położenie później mierzono jak w dwuszczelinowego eksperyment . W zależności od tego, jak mierzony jest foton jałowy, eksperymentator może dowiedzieć się, z której z dwóch lokalizacji wyłonił się foton sygnału, lub „wymazać” tę informację. Chociaż fotony sygnału można zmierzyć przed dokonaniem wyboru dotyczącego fotonów biernych, wybór wydaje się wstecznie określać, czy obserwuje się wzór interferencji, gdy koreluje się pomiary fotonów biernych z odpowiednimi fotonami sygnału. Ponieważ jednak interferencję można zaobserwować dopiero po zmierzeniu fotonów biernych i ich skorelowaniu z fotonami sygnałowymi, eksperymentatorzy nie mają możliwości wcześniejszego określenia, jaki wybór zostanie dokonany, patrząc tylko na fotony sygnałowe, a jedynie zbierając klasyczne informacje z całego systemu; w ten sposób przyczynowość jest zachowana.

Eksperyment Lijun Wang może również wykazać naruszenie przyczynowości, ponieważ umożliwił przesyłanie paczek fal przez bańkę gazu cezowego w taki sposób, że paczka wydawała się opuszczać bańkę 62 nanosekundy przed jej wejściem, ale paczka fal nie jest pojedynczy dobrze zdefiniowany obiekt, ale raczej suma wielu fal o różnych częstotliwościach (patrz analiza Fouriera ), a pakiet może wydawać się poruszać szybciej niż światło lub nawet cofnąć się w czasie, nawet jeśli żadna z czystych fal w sumie tego nie robi. Efekt ten nie może być wykorzystany do wysyłania jakiejkolwiek materii, energii lub informacji szybciej niż światło, więc rozumie się, że ten eksperyment również nie narusza przyczynowości.

Fizycy Günter Nimtz i Alfons Stahlhofen z Uniwersytetu w Koblencji twierdzą, że naruszyli teorię względności Einsteina, przesyłając fotony z prędkością większą niż prędkość światła. Mówią, że przeprowadzili eksperyment, w którym fotony mikrofalowe przemieszczały się „natychmiastowo” między parą pryzmatów, które zostały przesunięte na odległość 3 stóp (0,91 m), wykorzystując zjawisko znane jako tunelowanie kwantowe . Nimtz powiedział magazynowi New Scientist : „Na razie jest to jedyne naruszenie szczególnej teorii względności, o którym wiem”. Jednak inni fizycy twierdzą, że to zjawisko nie pozwala na szybsze przekazywanie informacji niż światło. Aephraim Steinberg, ekspert w dziedzinie optyki kwantowej z Uniwersytetu w Toronto w Kanadzie, posługuje się analogią pociągu jadącego z Chicago do Nowego Jorku, ale wysiadającego wagony na każdej stacji po drodze, tak że środek pociągu porusza się do przodu o każdy przystanek; w ten sposób prędkość środka pociągu przewyższa prędkość któregokolwiek z pojedynczych wagonów.

Shengwang Du twierdzi w recenzowanym czasopiśmie, że zaobserwował prekursory pojedynczych fotonów , mówiąc, że nie poruszają się one szybciej niż cw próżni. Jego eksperyment obejmował powolne światło, a także przepuszczanie światła przez próżnię. Wygenerował dwa pojedyncze fotony , przepuszczając jeden przez schłodzone laserem atomy rubidu (co spowalniał światło) i przepuszczając jeden przez próżnię. Najwyraźniej w obu przypadkach prekursory poprzedzały główne ciała fotonów, a prekursor przemieszczał się w punkcie c w próżni. Według Du oznacza to, że nie ma możliwości przemieszczania się światła szybciej niż c, a zatem nie ma możliwości naruszenia przyczynowości.

Brak podróżników w czasie z przyszłości

Wielu argumentowało, że brak podróżników w czasie z przyszłości dowodzi, że taka technologia nigdy nie zostanie opracowana, co sugeruje, że jest to niemożliwe. Jest to analogiczne do paradoksu Fermiego związanego z brakiem dowodów na życie pozaziemskie. Ponieważ nieobecność przybyszów pozaziemskich nie dowodzi kategorycznie ich nieistnienia, tak nieobecność podróżników w czasie nie dowodzi, że podróżowanie w czasie jest fizycznie niemożliwe; może być tak, że podróże w czasie są fizycznie możliwe, ale nigdy nie są rozwijane lub są używane ostrożnie. Carl Sagan zasugerował kiedyś, że podróżnicy w czasie mogą być tutaj, ale ukrywają swoje istnienie lub nie są rozpoznawani jako podróżnicy w czasie. Niektóre wersje ogólnej teorii względności sugerują, że podróże w czasie mogą być możliwe tylko w regionie czasoprzestrzeni, który jest zniekształcony w określony sposób, a zatem podróżnicy w czasie nie byliby w stanie podróżować z powrotem do wcześniejszych regionów czasoprzestrzeni, zanim ten region istniał. Stephen Hawking stwierdził, że wyjaśniałoby to, dlaczego świat nie został już opanowany przez „turystów z przyszłości”.

Reklama umieszczona w wydaniu Artforum z 1980 roku , reklamująca wydarzenie Krononauts

Przeprowadzono kilka eksperymentów, aby zachęcić przyszłych ludzi, którzy mogliby wymyślić technologię podróży w czasie, do powrotu i zademonstrowania jej ludziom współczesności. Zdarzenia takie jak Perth Cel Day lub MIT „s Konwencja podróżników czas mocno nagłośnionych stałych«reklamy»w czasie spotkania i miejsce dla podróżników w czasie przyszła do spełnienia. W 1982 roku grupa w Baltimore , Maryland , identyfikując się jako Krononauts, gospodarzem imprezy tego typu witają gości z przyszłości. Eksperymenty te miały jedynie możliwość wygenerowania pozytywnych wyników wykazujących istnienie podróży w czasie, ale jak dotąd zawiodły – nie wiadomo, czy podróżnicy w czasie uczestniczyli w którymkolwiek z wydarzeń. Niektóre wersje interpretacji wielu światów można wykorzystać do sugerowania, że ​​przyszli ludzie cofnęli się w czasie, ale cofnęli się do miejsca i czasu spotkania w równoległym wszechświecie .

Dylatacja czasu

Poprzeczna dylatacja czasu . Niebieskie kropki reprezentują impuls światła. Każda para kropek z „odskakującym” między nimi światłem to zegar. W przypadku każdej grupy zegarów druga grupa wydaje się tykać wolniej, ponieważ impuls świetlny poruszającego się zegara musi przebyć większą odległość niż impuls świetlny zegara stacjonarnego. Tak jest, mimo że zegary są identyczne, a ich ruch względny jest idealnie odwrotny.

Istnieje wiele obserwowalnych dowodów na dylatację czasu w szczególnej teorii względności i grawitacyjną dylatację czasu w ogólnej teorii względności, na przykład w słynnej i łatwej do powtórzenia obserwacji rozpadu mionów w atmosferze . Teoria względności stwierdza, że prędkość światła jest niezmienna dla wszystkich obserwatorów w dowolnym układzie odniesienia ; to znaczy, że jest zawsze taki sam. Dylatacja czasu jest bezpośrednią konsekwencją niezmienności prędkości światła. Dylatację czasu można traktować w ograniczonym sensie jako „podróż w czasie w przyszłość”: człowiek może stosować dylatację czasu tak, aby minęła dla niego niewielka ilość właściwego czasu , podczas gdy duża ilość czasu właściwego minęła gdzie indziej. Można to osiągnąć podróżując z relatywistycznymi prędkościami lub poprzez oddziaływanie grawitacji .

W przypadku dwóch identycznych zegarów poruszających się względem siebie bez przyspieszania, każdy zegar mierzy, że drugi zegar tyka wolniej. Jest to możliwe dzięki względności jednoczesności . Jednak symetria zostaje zerwana, gdy jeden zegar przyspiesza, co powoduje, że dla jednego zegara upływa mniej czasu niż dla drugiego. Paradoks bliźniąt opisuje tak: jedno podwójne szczątki na Ziemi, natomiast przyspieszenie inne przechodzi do relatywistycznej prędkości podczas ich podróży do miejsca, zawrócić, a podróż z powrotem na Ziemię; podróżujący bliźniak starzeje się mniej niż bliźniak, który pozostał na Ziemi, z powodu dylatacji czasu doświadczanej podczas ich przyspieszania. Ogólna teoria względności traktuje efekty przyspieszenia i efekty grawitacji jako równoważne i pokazuje, że dylatacja czasu występuje również w studniach grawitacyjnych , a zegar głębiej w studni tyka wolniej; efekt ten jest brany pod uwagę podczas kalibracji zegarów na satelitach Globalnego Systemu Pozycjonowania i może prowadzić do znacznych różnic w szybkości starzenia się obserwatorów znajdujących się w różnych odległościach od dużej studni grawitacyjnej, takiej jak czarna dziura .

Wehikułem czasu wykorzystującym tę zasadę może być np. kulista powłoka o średnicy pięciu metrów i masie Jowisza . Osoba znajdująca się w jej centrum będzie podróżować do przodu w czasie czterokrotnie wolniej niż odlegli obserwatorzy. W najbliższej przyszłości nie oczekuje się, że ściśnięcie masy dużej planety w tak małą strukturę znajdzie się w zakresie możliwości technologicznych ludzkości. Dzięki obecnym technologiom, po kilkuset dniach podróży kosmicznej możliwe jest jedynie, aby człowiek-podróżnik postarzał się mniej niż jego towarzysze na Ziemi o kilka milisekund.

Filozofia

Filozofowie dyskutowali o naturze czasu co najmniej od czasów starożytnej Grecji ; na przykład Parmenides przedstawił pogląd, że czas jest iluzją. Wieki później Isaac Newton popierał ideę czasu absolutnego , podczas gdy jego współczesny Gottfried Wilhelm Leibniz utrzymywał, że czas jest tylko relacją między zdarzeniami i nie może być wyrażany niezależnie. To ostatnie podejście końcu doprowadziły do czasoprzestrzeni z wzgl .

Prezentyzm a wieczność

Wielu filozofów twierdziło, że względność implikuje wieczność , ideę, że przeszłość i przyszłość istnieją w prawdziwym sensie, a nie tylko jako zmiany, które zaszły lub zajdą w teraźniejszości. Filozof nauki Dean Rickles nie zgadza się z niektórymi zastrzeżeniami, ale zauważa, że ​​„pomiędzy filozofami wydaje się, że konsensus jest taki, że szczególna i ogólna teoria względności jest nie do pogodzenia z prezentyzmem”. Niektórzy filozofowie postrzegają czas jako wymiar równy wymiarom przestrzennym, że przyszłe wydarzenia „już tam są” w tym samym sensie, że istnieją różne miejsca i że nie ma obiektywnego upływu czasu; jednak pogląd ten jest kwestionowany.

Bar i pierścień paradoksu jest przykładem względność jednoczesność . Oba końce drążka przechodzą przez pierścień jednocześnie w ramie spoczynkowej pierścienia (po lewej), ale końce drążka przechodzą jeden po drugim w ramie spoczynkowej drążka (po prawej).

Prezentyzm jest szkołą filozofii, która utrzymuje, że przyszłość i przeszłość istnieją tylko jako zmiany, które zaszły lub zajdą w teraźniejszości i nie mają własnego prawdziwego istnienia. Z tego punktu widzenia podróżowanie w czasie jest niemożliwe, ponieważ nie ma przyszłości ani przeszłości, do których można by podróżować. Keller i Nelson argumentowali, że nawet jeśli przeszłe i przyszłe obiekty nie istnieją, nadal mogą istnieć określone prawdy o przeszłych i przyszłych wydarzeniach, a zatem możliwe jest, że przyszła prawda o podróżniku w czasie decydującym się na podróż do teraźniejszości mogłaby wyjaśnić rzeczywisty wygląd podróżnika w czasie w teraźniejszości; poglądy te są kwestionowane przez niektórych autorów.

Prezentyzm w klasycznej czasoprzestrzeni zakłada, że ​​istnieje tylko teraźniejszość; nie da się tego pogodzić ze szczególną teorią względności, pokazaną w następującym przykładzie: Alicja i Bob są jednocześnie obserwatorami zdarzenia O . Dla Alicji pewne zdarzenie E jest równoczesne z O , ale dla Boba zdarzenie E jest w przeszłości lub przyszłości. Dlatego Alice i Bob nie zgadzają się co do tego, co istnieje w teraźniejszości, co jest sprzeczne z klasycznym prezentyzmem. „Prezentyzm tu i teraz” próbuje to pogodzić, uznając jedynie czas i przestrzeń jednego punktu; jest to niezadowalające, ponieważ przedmioty przychodzące i wychodzące z „tu-teraz” na przemian realne i nierzeczywiste, w dodatku brak uprzywilejowanego „tu-teraz”, które byłoby „prawdziwą” teraźniejszością. „Zrelatywizowany prezentyzm” przyznaje, że istnieją nieskończone układy odniesienia, z których każdy ma inny zestaw jednoczesnych zdarzeń, co uniemożliwia rozróżnienie jednej „rzeczywistej” teraźniejszości, a zatem albo wszystkie zdarzenia w czasie są rzeczywiste – zacierając różnicę między prezentyzmem a wiecznością — lub każdy układ odniesienia istnieje w swojej własnej rzeczywistości. Wydaje się, że możliwości prezentyzmu w szczególnej teorii względności są wyczerpane, ale Gödel i inni podejrzewają, że prezentyzm może być słuszny dla niektórych form ogólnej teorii względności. Ogólnie rzecz biorąc, idea absolutnego czasu i przestrzeni jest uważana za niezgodną z ogólną teorią względności; nie ma uniwersalnej prawdy o absolutnym położeniu zdarzeń zachodzących w różnym czasie, a tym samym nie ma możliwości określenia, który punkt w przestrzeni w jednym czasie znajduje się w uniwersalnej „tej samej pozycji” w innym czasie, a wszystkie układy współrzędnych są na równych prawach zgodnie z zasadą niezmienności dyfeomorfizmu .     

Paradoks dziadka

Powszechny sprzeciw wobec idei cofania się w czasie wysuwa paradoks dziadka lub argument o samodzieciobójstwie. Gdyby można było cofnąć się w czasie, powstałyby niekonsekwencje i sprzeczności, gdyby podróżnik w czasie miał cokolwiek zmienić; istnieje sprzeczność, jeśli przeszłość staje się inna niż jest . Paradoks jest powszechnie opisywany z osobą, która podróżuje w przeszłość i zabija własnego dziadka, uniemożliwia istnienie ojca lub matki, a tym samym własną egzystencję. Filozofowie kwestionują, czy te paradoksy dowodzą, że podróżowanie w czasie jest niemożliwe. Niektórzy filozofowie odpowiadają na te paradoksy, argumentując, że może być tak, że podróże w czasie wstecz mogą być możliwe, ale nie da się w żaden sposób zmienić przeszłości, co jest podobne do proponowanej zasady samospójności Novikova w fizyce.

Paradoks ontologiczny

Złożoność

Zgodnie z filozoficzną teorią kompozycyjności , to, co może się zdarzyć, na przykład w kontekście podróży w czasie, musi być porównane z kontekstem wszystkiego, co dotyczy sytuacji. Jeśli przeszłość jest w pewien sposób, to nie może być inaczej. To, co może się zdarzyć, gdy podróżnik w czasie odwiedza przeszłość, ogranicza się do tego, co się wydarzyło, aby zapobiec logicznym sprzecznościom.

Zasada samospójności

Zasada samospójności Novikova , nazwana na cześć Igora Dmitrievicha Novikova , stwierdza, że ​​wszelkie działania podjęte przez podróżnika w czasie lub przez obiekt, który cofa się w czasie, były przez cały czas częścią historii i dlatego podróżnik w czasie nie może „zmienić się”. historii w jakikolwiek sposób. Działania podróżnika w czasie mogą być jednak przyczyną wydarzeń z ich własnej przeszłości, co prowadzi do potencjalnej przyczynowości kołowej , czasami nazywanej paradoksem predestynacji, paradoksem ontologicznym lub paradoksem bootstrap. Termin paradoks bootstrap został spopularyzowany przez opowiadanie Roberta A. HeinleinaBy His Bootstraps ”. Zasada samospójności Novikova sugeruje, że lokalne prawa fizyki w regionie czasoprzestrzeni zawierającym podróżnych w czasie nie mogą się niczym różnić od lokalnych praw fizyki w jakimkolwiek innym regionie czasoprzestrzeni.

Filozof Kelley L. Ross twierdzi w „Paradoksach podróży w czasie”, że w scenariuszu dotyczącym obiektu fizycznego, którego linia świata lub historia tworzy zamkniętą pętlę w czasie, może dojść do naruszenia drugiej zasady termodynamiki . Ross podaje „ Gdzieś w czasie ” jako przykład takiego ontologicznego paradoksu, gdzie zegarek jest dany człowiekowi, a 60 lat później ten sam zegarek zostaje cofnięty w czasie i nadany tej samej postaci. Ross twierdzi, że entropia zegarka wzrośnie, a zegarek przeniesiony w czasie będzie coraz bardziej noszony z każdym powtórzeniem swojej historii. Druga zasada termodynamiki jest rozumiana przez współczesnych fizyków jako prawo statystyczne , więc entropia malejąca i nierosnąca nie są niemożliwe, po prostu nieprawdopodobne. Dodatkowo, entropia statystycznie wzrasta w układach izolowanych, więc układy nieizolowane, takie jak obiekt, które wchodzą w interakcję ze światem zewnętrznym, mogą stać się mniej zużyte i entropia spada, i jest to możliwe dla obiektu, którego linia świata tworzy zamknięta pętla, aby była zawsze w tym samym stanie w tym samym punkcie swojej historii.

Daniel Greenberger i Karl Svozil zaproponowali, że teoria kwantów daje model podróży w czasie, w którym przeszłość musi być spójna.

W fikcji

Motywy podróży w czasie w science fiction i mediach można podzielić na trzy kategorie: niezmienna oś czasu; zmienna oś czasu; i alternatywne historie, jak w interpretacji interakcji wielu światów . Nienaukowy termin oś czasu jest często używany w odniesieniu do wszystkich fizycznych wydarzeń w historii, tak że tam, gdzie wydarzenia ulegają zmianie, podróżnik w czasie jest opisywany jako tworzący nową oś czasu.

Zobacz też

Roszczenia dotyczące podróży w czasie

Kultura

Fikcja

Nauki ścisłe

Percepcja czasu

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Przeglądy i zasięg encyklopedyczny