Пътуването във времето се приема не по-сериозно от въображението на писателите на научна фантастика. Всъщност това е уникално явление - директното извличане на уравнения, които описват физиката на нашия свят. Какво може да направи такива пътувания реалност е в нашия материал.
Нашата колонистка и физик Дария Заремба вярва, че стремежът да се преведе на практика идеята за пътуване във времето може да допринесе за научен прогрес и нестандартни открития. В крайна сметка така се раждат екзотичните вещества, фотонните ракети и новите свойства на астрофизичните обекти. Тя състави речник от механизми, които теоретично биха могли да изпращат хората на пътешествие във времето.
B - Warp задвижване
Warp задвижване е хипотетична технология за пътуване към бъдещето, при която поради деформацията на платното на пространство-време ефектът от движение се създава със скорост, превишаваща скоростта на светлината.
Представете си, че лежите на килим и трябва да, без да се движите, да бъдете отпред предния му ръб. Едно възможно решение е да смачкате предната част на килима под себе си и след това да издърпате, като дърпате отзад. Приблизително същото може да се направи и с „килима“на пространството-времето: това е принципът, използван от хипотетичен звезден кораб, задвижван от warp устройство.
Той компресира пространството пред себе си и го разширява отзад, създавайки илюзията за движение със скорост няколко пъти по-голяма от скоростта на светлината. В този случай няма да има приливни сили вътре в космическия кораб, а действителното ускорение ще бъде равно на нула.
Екипажът може лесно да отпива коктейли от сламки или дори да се отпусне в бълбукащото джакузи, докато звездният кораб лудо ще „гребе“пространство-време под себе си, отвеждайки пътешествениците в недрата на Галактиката.
Промоционално видео:
Един модел на машина за време, базиран на технологията за задвижване на основата, е Alcubierri Bubble, кръстен на мексиканския си изобретател Мигел Алкубиери.
Цялата физика на пътуването към бъдещето на подобна „единица“се основава на постулатите на Специалната теория на относителността, които казват, че след като балонът спре, екипажът ще намери външния свят, остарял в продължение на много години, защото за тях времето вътре в балона се забави.
В този случай няма да има нарушения на принципа на абсолютността на скоростта на светлината, тъй като в този случай движението по-бързо от светлината не означава, че самият балон се движи с такава скорост, а че балонът достига местоназначението си по-бързо от лъч светлина, движещ се извън балона.
Но за да се създаде такъв ефект на деформация на пространство-време, е необходима специална материя, проявяваща нетрадиционни физически свойства - „екзотична материя“, която ще създаде обвивка (балон) около космическия кораб и ще осигури самото „гребене“на пространството. Докато напредъкът в производството на такава материя не се наблюдава, разсъжденията за пригодността на основата на практика са доста ограничени.
Теоретичният механизъм на основата на задвижването.
D - Гравитация
Гравитацията - в широк смисъл - проява на кривината пространство-време, в тесен смисъл - силата, която привлича обектите.
Известният служител на патентното ведомство - Алберт Айнщайн помогна да се отворят портите към света на "управлението на времето". За да направи това, той трябваше да установи само две неща: първо - че пространството и времето са неразривно свързани, второ - че масивните тела с тяхната маса са способни да деформират това платно в пространството и времето, създавайки гравитация.
С други думи, Айнщайн доказа, че Земята (подобно на други подобни масивни тела), „огъвайки“„батута“на космоса със своята маса (създавайки кръгови орбити около себе си), в същото време огъва времето, а именно, забавя хода си с приближаването до повърхността (и по-дълбоко).
Революционният характер на тази идея беше, че за първи път вече не се възприема като абсолютна стойност в класическата механика. Установено е, че часовниците на миньор и алпинист тикат по различен начин (макар и неусетно в такъв мащаб), брат-близнак, живеещ край реката, е по-млад (отново, не значително), брат му живее в къща на планина, а сърцевината на Земята е по-млада повърхността му.
По този начин беше открит начин да се забави „нечие“време и по този начин да се пътува към бъдещето, приближавайки се например до тяло, чиято маса е многократно по-голяма от масата на Земята, и след това да се върне на родната планета и да обмисли света на бъдещето.
D - Черна дупка
Черната дупка е обект в космоса, който се е срутил под влияние на собствените си гравитационни сили до такава степен, че дори електромагнитното излъчване не може да избяга от гравитационното си поле.
Най-добрият обект за пътуване в бъдещето, ако изберете гравитационния механизъм за влияние върху времето, определено е черна дупка.
За да преминете през такова пътуване, ще трябва да отидете в космоса директно към нея. Спуснете се там по супер силен кабел, но само за да не пресечете хоризонта на събитията - границата в черна дупка, последвана от „спагетизация“- разтягане и разкъсване на всички предмети, които са попаднали там под въздействието на особена гравитация.
Докато виси в това положение, времето се забавя за вас. В същото време той е напълно незабележим за себе си, защото всичко във вашата референтна рамка се забавя: метаболизъм, биологичен часовник, сърдечен ритъм, движение на електрони в атоми и т.н.
Но ако по някакъв чудотворен начин бихте могли да шпионирате земляните от вашата черна дупка, тогава ви се струва, че те се движат с десетократно ускорена скорост! И те, като те гледат, биха си помислили, че гледат видео с бавен ефект.
Така вашият един ден близо до черна дупка съответства на почти три години живот на Земята (зависи и от това колко сте близо до хоризонта - времето изобщо спира). И когато вие, окачени толкова малко, се върнете на родната си планета, ще забележите, че светът е достатъчно стар във ваше отсъствие. Voila - ти си в бъдещето!
Механизмът на пътуване към бъдещето чрез ефекта на дилатация на времето близо до хоризонта на събитията на черна дупка. Конусите в изображението са „светли конуси“- хиперповърхността на пространство-време, която ограничава областите на бъдещето и миналото спрямо дадено събитие. Наклонът на конуса демонстрира промяната на времето за астронавта. Повече подробности за структурата на светлинния конус на изображението по-долу:
Лек конус.
Освен че се използват като „гравитационен модератор“, въртящите се черни дупки могат да бъдат полезни за пътуване в миналото. Факт е, че благодарение на гравитационното си поле те са в състояние да създадат така наречените „затворени часови криви“, движещи се по които, пътникът може да се движи назад във времето.
Но „полезността“на черните дупки като машини за време също не свършва. Според английския физик и математик Роджър Пенроуз някои черни дупки - а именно тези със заряд или въртене - могат да служат като „порти“на вселените на бъдещето.
Според диаграмата на Пенроуз, извън хоризонта на събитията, пространствените координати са заменени с времеви.
Необичайното при черните дупки със заряд или с момент на въртене е, че те трябва да имат два такива хоризонта на събитията. Съответно, подмяната на пространствени и времеви координати също ще се случи два пъти.
Оказва се, че скачайки в такава дупка, астронавтът първо ще преодолее един хоризонт на събитията - точката на връщане назад, а след това и втората, която ще бъде последвана от вселената на бъдещето. Но такива смелчаци едва ли ще бъдат намерени, така че хипотезата остава несигурна.
З - Затворена часова крива
Затворена крива, наподобяваща времето, е световна линия (крива в пространство-време, която описва движението на тяло) в структурата на пространството-време, която връща обект на събитие (точка в пространство-време), което вече е преминало.
ZVK - едно от математическите решения на уравнението на общата относителност. Именно този физически феномен най-често се тълкува като основен механизъм на пътуване в миналото.
Според гравитационните уравнения, затворена времеподобна крива може да се образува, където масивен обект или мощно гравитационно поле се движи и буквално „дърпа“пространство-време зад него. Ето защо например само въртящи се черни дупки могат да създадат ZVK - статичното гравитационно поле не е в състояние да ги формира.
Придвижвайки се по CEC, обектът се връща към същите пространствени координати, от които е тръгнал, но с времето на пристигане преди излизането му. Тоест, това всъщност прави пътуване в миналото.
L - лазер
Лазер (от усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация) е устройство, което излъчва интензивен монохроматичен тесен електромагнитен лъч с широко разпространение.
Поради своите характеристики, лазерният лъч има повишена енергийна плътност, което дори може да надвиши енергийната плътност на ядрен взрив (с максимално намаляване на ширината на лъча).
Авторът на една от най-простите и усъвършенствани машини на времето в изпълнение е теоретичният физик от университета в Кънектикът, Роналд Малет.
Идеята за създаването на такова устройство идва от професора в ранна детска възраст, когато баща му неочаквано почина от сърдечен удар на 33-годишна възраст. Професорът многократно признава, че всичко, което е постигнал в областта на науката, се основава на безкрайната му любов към баща си и желанието да го види отново.
Дълги години Роналд работеше по своя модел на машина на времето, криейки го от колегите и „криейки се“зад изследването на черните дупки. И на около 70-годишна възраст той успя да получи желания резултат.
Моделът на Малет се основава на енергията на лазерен лъч. А създаването му беше улеснено от най-известното уравнение на Айнщайн - E = mc2.
От тази легендарна формула следва, че масата е еквивалентна на енергия, което означава, че платното за пространство-време също трябва да бъде изкривено под въздействието на високите енергии.
Сега нека поговорим за енергията на електромагнитното излъчване (в тесния смисъл - светлина). Прехвърля се, както знаете, с помощта на фотони - „части“на електромагнитното излъчване. Последните от своя страна имат енергия, която може да бъде изчислена по специална формула: E = hv, където h е коефициентът на пропорционалност (константата на Планк), а nu е честотата на фотоните.
Така се оказва, че светлинен лъч също може да създаде гравитационно поле, тъй като има енергия. Именно тази мисъл постави основата на научните трудове на Роналд Малет.
Ученият взе мощен лазерен лъч и с помощта на система от огледала го накара да циркулира в кръг, създавайки така наречения лазерен пръстен. Идеята е, че пространството-времето платното вътре в този пръстен е изкривено, усукващо се като водовъртеж.
Наблюдаваме приблизително същото при разбъркване на чай с лъжица. Поради подобни "манипулации", заедно с пространството, времето вътре в пръстена се затваря в контур, което дава възможност за преместване на обекти, които са попаднали вътре в миналото.
Геометрията на машината за време на Роналд Малет.
Според професора такава единица ще може да изпраща кодирани съобщения в миналото, прехвърляйки частици във времето. Вярно е, че такова съобщение ще може да пътува само до създаването на тази машина на времето: то ще служи както като предавател, така и като приемник.
Така ще бъде възможно например да се предупреди хората от миналото за предстоящи бедствия. По отношение на движението на макро обекти по този начин, тук учените ще имат пот, както се казва.
Но такава машина на времето също не е без своите „клопки“. Например, теорията беше критикувана от Алън Еверет и Кен Олум за неправилно избрана пространствено-времева геометрия за формиране на очакваната затворена времева крива (TLC).
Учените също се смутиха от необходимото количество енергия: според техните изчисления, за да провокират SEC в пространство-време, диаметърът на лазерния пръстен трябва да надвишава размера на видимата Вселена. И въпреки че Роналд се опита да намали необходимото количество енергия, като забави светлинния изход на своя лазер, бавните лъчи се оказаха безполезни в проучването.
О - отрицателна енергия
Отрицателната енергия е една от разновидностите на "екзотична материя" (или по-скоро "енергия"), получена чрез ефекта Казимир, който може да се използва за пътуване в миналото, както и за поддържане на червейни дупки.
В опростена форма "рецептата" за получаване на такава енергия може да бъде описана, както следва:
Вземете две незаредени метални платини и ги поставете във вакуум. Събираме чиниите заедно, доколкото е възможно, но така, че да не се допират.
Наблюдаваме привличането на плочите една към друга. Това се дължи на факта, че вакуумът всъщност има енергия - въпреки че не съдържа частици, познати на нас, двойки виртуални частици и античастици постоянно възникват и унищожават (взаимно унищожават) в него.
Такива процеси създават налягане. Но тъй като оставихме малка пролука между плочите, концентрацията на частици от частици там е много по-малка, отколкото в пространството наоколо. Следователно, по-силното налягане отвън започва да сближава плочите.
Докато дърпате вътре, плочите намаляват енергията на вакуума между тях под нормалната нулева точка, като по този начин създават пространство с отрицателна енергия.
Казимир ефект.
Феноменът на появата на отрицателна енергия в резултат на такъв експеримент се нарича ефект Казимир - в чест на холандския физик Хендрик Казимир. Подобна енергия може потенциално да предизвика кривата на пространство-време, необходима за пътуване в миналото.
Обаче количеството отрицателна енергия, генерирано по този начин, е незначително в сравнение с това колко е необходимо за правилния ефект на деформация. Но, както отбелязват учените, разработването на механизъм вече е добър напредък.
R - релативистични ефекти
Релативистките ефекти са физически явления, наблюдавани, когато обект се движи с почти светлинна скорост. Те са обект на изследване в релативистката механика, базирана на Специалната теория на относителността.
Сред всички релативистични ефекти, като увеличаване на масата, намаляване на дължината на даден обект, най-интересният и практичен от гледна точка на използването при пътуване във времето, е ефектът от разширяването на времето.
Според Специалната теория на относителността, за да се движи тяло със скорост, сравнима със скоростта на светлината, времето се забавя спрямо телата в покой.
Тази теория намери своето експериментално потвърждение през 1971 г., когато двама отчаяни физици Хафеле и Китинг летяха два пъти по света с четири атомни часовника на борда. След кацане те откриха, че пътният часовник наистина изостава от оставащите часове във Военноморската обсерватория на САЩ.
Като възможност за пътуване във времето може да изглежда така. Да речем, че сте намерили начин да ускорите космическия си кораб до 99,5 процента от скоростта на светлината. В този случай можете да стигнете до една от най-близките звезди за, да речем, минута. Четири години ще минат на Земята.
Така по пътя напред-назад ще прекарате две минути от вашето субективно време - поради ефекта от разминаването на времето в кораба, а когато се върнете на Земята, ще го намерите с осем години по-възрастен.
Между другото, благославяйте великия Айнщайн всеки път, когато търсите магазин на бургер наблизо в онлайн карти: ако GPS сателитите не са взели предвид тези скорости на забавяне на времето (и те се движат с орбитална скорост от 14 000 км / ч), маркерът на местоположението, от който се нуждаете, ще се показва с километрова грешка …
Ускоряването до скорост, близка до скоростта на светлината, не е лесна задача. Айнщайн установи, че скоростта на светлината е максималната възможна скорост на движение и може да се постигне само с нещо без маса. Колкото по-голяма е масата на даден предмет, толкова по-малка е вероятността да се достигне почти светлинна скорост.
Една от причините за това е колосалното увеличение на масата при достигане на почти светлинни скорости. Ето защо например фотоните, частиците от светлината, които нямат маса на покой, могат да се движат с такава скорост.
Въпреки че днес има идеи за създаването на така наречените фотонически ракети (като например ракетата на норвежкия професор Хауг), ускорението до такава скорост е несъвместимо с живота на екипажа поради прекомерни претоварвания. Затова засега говорим за този начин на пътуване към бъдещето само на теория.
Н - червей
Дупка на червей, или червей, е теоретичен пасаж в структурата на космическото време, който свързва две далечни събития (точки в космическото време) във Вселената.
Червените дупки са като проходими черни дупки. Те също имат хоризонт на събитията, но само след като преминете през него, той не ви разкъсва под въздействието на силната гравитация, а само „изплюва“от задната страна, вече в друга точка в пространството-времето (основното е да не бъркате черна дупка с къртица, иначе вместо да пътувате до друга време ще се преместите „в следващия свят“).
Такива входове и изходи се наричат усти и те са свързани чрез гърло-тунел, минаващ през Вселената. Дупка на червей може да свърже както минали, така и бъдещи събития.
Има предположение, че цялата ни Вселена е осеяна с червейни дупки. Едва сега те съществуват под формата на „квантова пяна“на невероятно микроскопични нива: те са толкова пъти по-малки от атомното ядро, колкото ядрото е по-малко от планетата Земя (говорим за така наречената пяна от пространството-времето на Джон Уилър).
И има хипотеза, че в процеса на разширяването на Вселената тези микроскопични червеи могат да се увеличат до забележими размери.
Учените предполагат също, че черните дупки може да са "входната уста" за някои червейни дупки. Според известния астрофизик-теоретик и космолог Игор Новиков, ядрата на някои галактики може да не са свръхмасивни черни дупки, а входът в червей.
Ето защо, както отбелязва професорът, когато се търсят дупки, първо трябва да се погледне в центъра на галактиката. Според учения е напълно възможно някои червейни дупки да свързват събития (точки в пространството-времето) на две различни вселени.
Проблемът с червейна дупка обаче е, че той се срива, преди нещо да може да премине през него. И за да се направи дупка на червей, проходима и повече или по-малко стабилна, е необходимо поле с отрицателна енергийна плътност, което ще държи устата си отворена.
Създадената от такава материя антигравитация ще действа срещу силите на гравитация („притискане“) на червейната дупка и по този начин ще бъде възможно тя да бъде принудена да остане в проходимо състояние по-дълго и в същото време да увеличи размера си.
Популярният американски физик и астроном Кип Торн предложи механизъм за поддържане на дупка на червей, като постави успоредни проводящи плочи от противоположните му страни.
Това, според ефекта на Казимир, ще създаде отрицателна енергия и от двете страни, което ще попречи на спукването да се срути. В същото време, под въздействието на отрицателната енергия, червейната дупка ще се разшири, което е много полезно, ако сте свикнали да пътувате във времето с впечатляващ космически кораб (продължавайки хипотезата на Торн, астрофизикът от университета в Кеймбридж Люк Бътчър предложи по-ефективен начин за създаване на отрицателна енергия в червейна дупка чрез генериране много червей, без използването на плочи).
Обаче количествата на тази отрицателна енергия за поддържане на червейна дупка трябва да са огромни. В същото време изчисленията показват, че това число има свой лимит, което малко успокоява писателите на научна фантастика.
Моделиране от Kip Thorn на външния вид на устата на червей в зависимост от неговата дължина и лещи.
Е - Екзотична материя
Екзотичната материя е материя, която по един или друг начин се различава от класическата и има „екзотични“свойства. Това ще се счита за материя, която има отрицателна маса или е способна да се движи със свръхлюминална скорост или се състои от частици, които са различни от обичайните бариони (тоест протони и неутрони) - като тъмна материя, например.
В теорията за пътуването във времето екзотичната материя играе една от ключовите роли в реализирането на пътуването към миналото. Теоретиците казват, че ако се създаде или открие екзотично вещество, което може да деформира пространството-времето по нетрадиционен начин, във структурата на пространствено-времевия континуум може да се образува времева верига, подходяща за движение назад.
Това се доказва например от автора на един от най-точните математически модели на машината на времето - ретроградни домейн с променящи се акаузи в космическото време (TARDIS) - канадският математик и физик Бен Типет:
„Ефектът на кривина на пространство-време, с който сме най-познати, е гравитацията: тя ни дърпа към центъра на Земята, а планетите - към Слънцето.
Но в теорията на Айнщайн кривината на пространството и времето може да генерира много по-разнообразни ефекти: въртящи се масивни тела изтеглят близки предмети в посока на въртенето им; Вселената се разширява бързо; масивните предмети могат да причинят гравитационни вълни наскоро измерени от обсерваторията Лиго “, отбелязва ученият.
Според него теорията на Айнщайн ви позволява да свържете различни видове кривина на пространство-време с различен характер на въпросната материя. "Нашата геометрия в пространството и времето беше проектирана така, че да позволи пътуване във времето. Уравнението на Айнщайн ни казва типа материя, която ще огъне Вселената по този начин с теглото си: в частност екзотичната материя."
Така според модела на Типпет машината на времето трябва да е нещо като "кутия" (физически осезаема структура), заобиколена от екзотична материя.
Нещо повече, отрицателната плътност на енергията трябва да придаде „екзотика” на този въпрос: с други думи, тя трябва да създаде нещо като антигравитационно поле и да огъва пространството-времето по необичаен за нас начин, така че времевата линия да се затвори в пръстен, образувайки затворена времевидна крива.
Движението TARDIS на Бен Типпет в пространството-времето - по затворена времева крива.
„Достатъчно е да го разпределите от външната страна на„ машината “и Вселената ще се огъне по желание в отговор на нейното присъствие“, обяснява Бен.
Бен представи всички изчисления, доказващи възможността за създаване на такава машина на времето в своята статия, публикувана на 31 март 2017 г. в списанието Classical and Quantum Gravity.
Необходима е и екзотична материя със свойства против гравитация, за да се поддържа пропускливостта на червейни дупки. Днес най-подходящият вид екзотична материя се счита за отрицателна енергия, генерирана поради ефекта на Казимир.
Пътуването във времето не ви се струва толкова фантастично? В следващата статия на Дария Заремба прочетете за това какво пречи на човечеството да мечтае за тези разселвания - за опровергаване на мисловни експерименти, парадокси на пътуването в миналото и техните решения.
Дария Заремба
