Chcesz „tesserować” po wszechświecie? Błyskawiczna podróż między planetami i gwiazdami nie jest tak łatwa, jak się wydaje w książce Madeleine L’Engle z 1962 r. „Zmarszczka w czasie”, której filmowa adaptacja wchodzi dziś (9 marca) na ekrany kin w USA. Fizycy twierdzą jednak, że tessering może być możliwy – pod warunkiem, że będzie zgodny z zasadami fizyki ustanowionymi po raz pierwszy przez Alberta Einsteina sto lat temu.
W fabule „Wrinkle,” dzieci Meg, Charles Wallace i Calvin (z pomocą potężnych istot Pani Whatsit, Pani Who i Pani Which) tesser do różnych planet, w poszukiwaniu kogoś bardzo ważne dla dzieci. Słynna ilustracja i opis z książki wyjaśnia tessering pokazując mrówkę maszerującą wzdłuż nici; to ma reprezentować mrówkę podróżującą między dwoma punktami, jak to zwykle robi.
Jednakże, jeśli nić jest złożona, zgodnie z książką, mrówka musi przebyć znacznie mniejszą odległość, a czas potrzebny na podróż mrówki jest zredukowany. Ekstrapolując ten pomysł na to, jak ludzie poruszają się w przestrzeni, „tessering” jest formą podróżowania – marszczenia przestrzeni i czasu – aby dostać się do odległych miejsc w bardzo krótkim czasie.
Książka wykorzystuje urządzenie piątego wymiaru zwane „tesseraktem”, aby przenosić ludzi z miejsca na miejsce. Ale – i tu zaczyna się zamieszanie – tesserakt w prawdziwym życiu ma zupełnie inne znaczenie. „To czterowymiarowe pole – to wszystko. Tak wygląda sześcian w czterech wymiarach”, powiedział Eric W. Davis, dyrektor naukowy fundacji badawczej EarthTech International’s Institute for Advanced Studies w Austin, w wywiadzie dla Space.com.
Davis przyznał, że wyobrażenie sobie trójwymiarowego sześcianu w czterech wymiarach jest trudne. (Jest jeszcze gorzej: teoria strun sugeruje, że nasz wszechświat może mieć 10 lub więcej wymiarów, ale to już inna historia). Jednak szybkie podróże w czasie i przestrzeni są równie trudne do wyobrażenia dla fizyków. Statki międzygwiezdne są częstym elementem fabuły we wszystkich seriach science-fiction, od „Gwiezdnych wojen” przez „Star Trek” po „Interstellar”. To jest jednak science fiction.
Jak byś podróżował tak szybko w prawdziwym życiu jest nadal zagadką dla fizyków, ale książka L’Engle wpłynęła na niektórych badaczy. Patrick Johnson, asystent profesora fizyki na Uniwersytecie Georgetown, po raz pierwszy przeczytał książkę – podpisany egzemplarz od autora pierwotnie podarowany jego ojcu, jak się okazało – kiedy był nastolatkiem. „Rzeczą, która utkwiła mi w pamięci był tesserakt. To było coś, o czym myślałem przez całe moje życie, od tamtej pory. Nie byłem w stanie tesserować, ale to była myśl, która była obecna w moim umyśle,” powiedział Space.com.
Tesserakty i tunele czasoprzestrzenne
Niektórzy z dzisiejszych fizyków widzą związek między fikcyjnym „tesserowaniem” a prawdziwymi teoriami o szybkich podróżach przez wszechświat. 'A Wrinkle in Time’ była jedną z moich ulubionych książek, kiedy byłem dzieckiem,” Stephen Hsu, fizyk i wiceprezes ds. badań i studiów magisterskich na Michigan State University, powiedział Space.com w e-mailu. Powiedział, że z opisu L’Engle dał, tessering „wydaje się podobny do tranzytu wormhole.”
Wormhole jest teoretyczne połączenie między dwoma miejscami. Ma ona zapewnić sposób na obejście normalnych ograniczeń prędkości podróżowania. Słynne równanie E=mc2, po raz pierwszy zaproponowane przez Alberta Einsteina w ramach teorii względności, dotyczy związku między energią a masą i zawiera ścisłe zastrzeżenia. Na przykład, nic nie może podróżować szybciej niż światło, ponieważ masa obiektu stałaby się nieskończona.
Wormhole mogą wykorzystywać czarne dziury do pracy. Czarne dziury są osobliwościami powstałymi w wyniku zapadania się masywnych gwiazd. Wypaczają one przestrzeń i czas wokół siebie, powodując dziwne efekty dylatacji czasu dla każdego, kto znajdzie się zbyt blisko. W odpowiednich okolicznościach, być może udałoby się przekształcić czarne dziury w urządzenia do podróży w czasie. Wymagałoby to jednak wiele pracy: Fizyka mówi, że wymagałoby to ogromnej ilości energii, aby utrzymać tunel otwarty, co jest zarówno problemem inżynieryjnym, jak i fizycznym.
„To nie jest coś, co Elon Musk ma zamiar wydać w ciągu tygodnia. Dokonał wielkich postępów w podróżach kosmicznych, ale jeśli stanie się to za jego życia, będę szczerze zaskoczony” – powiedział Johnson, który napisał „The Physics of Star Wars: The Science Behind a Galaxy Far, Far Away” (Adams Media, 2017).
Johnson zwrócił uwagę, że nasze rozumienie tuneli czasoprzestrzennych może się zmienić w miarę odkrywania jeszcze bardziej egzotycznych obiektów we wszechświecie. Powiedział, że z tego co wie, jutro LIGO – masywny detektor fal grawitacyjnych, który odbiera sygnały z ogromnych wydarzeń, takich jak łączenie się czarnych dziur – może znaleźć lepsze źródło szybkiej podróży.
„Byłoby to jak czarna dziura, ale o wiele bardziej kontrolowane, i to byłby najlepszy sposób na tworzenie tuneli czasoprzestrzennych” – powiedział Johnson. „Mogą być rzeczy, o których jeszcze nie wiemy, które mogłyby być najlepszym sposobem na zrobienie” szybkich podróży.
Przez wszechświat
Nie jest jasne, czy czarne dziury byłyby najlepszym surowcem do stworzenia tunelu czasoprzestrzennego. Jednym z problemów jest to, że tunele czasoprzestrzenne muszą mieć ujemną masę, a to „nie jest rzecz w naszym wszechświecie”, powiedział Space.com Paul Sutter, astrofizyk z Uniwersytetu Stanowego w Ohio. Nawet jeśli mielibyśmy użyć innego urządzenia – takiego jak nieskończenie długi cylinder obracający się bardzo szybko, który teoretycznie jest dobrym kandydatem na tunel – „jest to dość trudne do znalezienia w naszym wszechświecie”, dodał.
„Albo takie urządzenie nie istnieje, albo nie rozumiemy jak go używać, albo nie znaleźliśmy jeszcze odpowiedniego urządzenia”, powiedział Sutter o używaniu tuneli czasoprzestrzennych do podróżowania. Dodał, że nawet jeśli udałoby się nam zbudować i utrzymać otwarty tunel, pojawiłyby się nowe paradoksy. W teorii, można by przyspieszyć jeden koniec tunelu do prędkości światła, podczas gdy drugi koniec pozostaje nieruchomy, powiedział Sutter; robiąc to, można by przejść przez tunel i skończyć w przeszłości, zgodnie z zasadami ogólnej teorii względności. Innymi słowy, tunel zapewniałby formę podróży w czasie.
Ale podróże w czasie przynoszą więcej problemów, takich jak słynny „paradoks dziadka”, który pyta, co stałoby się z osobą, która zabiła swojego dziadka podczas podróży w czasie. Czy podróżujący w czasie umarłby, ponieważ nigdy by się nie urodził, czy też wydarzyłby się jakiś alternatywny scenariusz?
„To otwiera całą gigantyczną puszkę robaków o przyczynowości,” powiedział Sutter. „Wtedy, możesz wpływać na wydarzenia po tym, jak się wydarzyły, co nie wydaje się być dozwolone w naszym wszechświecie.”
Matematyka ogólnej teorii względności jest również ograniczona, jeśli chodzi o podróże w czasie, szczególnie dla kogoś wybierającego miejsce do podróży. Sutter powiedział, że najłatwiej jest skonstruować maszynę czasu, jeśli pozostaje się w tym samym miejscu podczas podróży w czasie. Aby otworzyć go do innej lokalizacji „staje się bardzo zdradliwe, a matematyka nie są jasne,” dodał.
Choć tessering L’Engle jest trudne do wyjaśnienia w kategoriach fizyki, Johnson – który przeczytał podpisaną kopię dekady temu – powiedział, że nadal znajduje jej wyjaśnienia cudem. „Teraz, kiedy jestem fizykiem patrzącym wstecz, jej książka została opublikowana na początku lat 60-tych. W tamtym czasie wciąż poznawaliśmy teorię względności Einsteina” – powiedział Johnson. Ale L’Engle mimo to próbowała włączyć ją do swojej fikcji: „Nawet nie wszyscy naukowcy byli zgodni, że jest to prawdziwa, dokładna teoria. Tak więc, dla niej wymyślić tę książkę było niesamowite.”
Śledź nas @Spacedotcom, Facebook i Google+. Oryginalny artykuł na Space.com.
Recent news
.