Is tijdreizen mogelijk?

Verhalen over reizen naar het verleden en de toekomst hebben al lang tot onze verbeelding gesproken, maar de vraag of tijdreizen mogelijk is, is een netelige vraag die recht doet aan het begrip van wat natuurkundigen bedoelen wanneer ze het woord 'tijd' gebruiken. 

De moderne natuurkunde leert ons dat tijd een van de meest mysterieuze aspecten van ons universum is, hoewel het op het eerste gezicht misschien eenvoudig lijkt. Einstein bracht een revolutie teweeg in ons begrip van het concept, maar zelfs met dit herziene begrip denken sommige wetenschappers nog steeds na over de vraag of tijd wel of niet bestaat of dat het slechts een "koppig hardnekkige illusie" is (zoals Einstein het ooit noemde). Wat de tijd ook is, natuurkundigen (en fictieschrijvers) hebben echter een aantal interessante manieren gevonden om het te manipuleren om te overwegen het op onorthodoxe manieren te doorkruisen.

Tijd en Relativiteit

Hoewel gerefereerd in H.G. Wells ' De tijdmachine (1895), de werkelijke wetenschap van tijdreizen ontstond pas ver in de twintigste eeuw, als een bijwerking van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein (ontwikkeld in 1915). Relativiteit beschrijft het fysieke weefsel van het universum in termen van een 4-dimensionale ruimtetijd, die drie ruimtelijke dimensies omvat (omhoog / omlaag, links / rechts en voor / achter) samen met een tijdsdimensie. Volgens deze theorie, die in de afgelopen eeuw door talloze experimenten is bewezen, is zwaartekracht een gevolg van het buigen van deze ruimtetijd in reactie op de aanwezigheid van materie. Met andere woorden, gegeven een bepaalde configuratie van materie, kan de werkelijke ruimtetijdstructuur van het universum op significante manieren worden gewijzigd.

Een van de verbazingwekkende gevolgen van relativiteit is dat beweging kan resulteren in een verschil in de manier waarop de tijd verstrijkt, een proces dat bekend staat als tijdverwijding. Dit manifesteert zich het meest dramatisch in de klassieke Twin Paradox. Met deze methode van 'tijdreizen' kun je sneller dan normaal de toekomst in, maar er is niet echt een weg terug. (Er is een kleine uitzondering, maar daarover later in het artikel meer.)

Vroege tijdreizen

In 1937 paste de Schotse natuurkundige W.J. van Stockum voor het eerst algemene relativiteitstheorie toe op een manier die de deur opende voor tijdreizen. Door de vergelijking van algemene relativiteitstheorie toe te passen op een situatie met een oneindig lange, extreem dichte roterende cilinder (een soort als een eindeloze kapperspaal). De rotatie van zo'n enorm object creëert eigenlijk een fenomeen dat bekend staat als "frame dragging", wat betekent dat het feitelijk ruimtetijd mee sleept. Van Stockum ontdekte dat je in deze situatie een pad kon creëren in 4-dimensionale ruimtetijd die op hetzelfde punt begon en eindigde - zoiets als een gesloten tijdige curve - wat het fysieke resultaat is dat tijdreizen mogelijk maakt. Je kunt vertrekken in een ruimteschip en een pad afleggen dat je terugbrengt naar exact hetzelfde moment waarop je begon.

Hoewel een intrigerend resultaat, dit was een redelijk gekunstelde situatie, dus er was niet echt veel bezorgdheid over dat het zou plaatsvinden. Een nieuwe interpretatie stond echter op het punt te komen, die veel controversiëler was.

In 1949 besloot de wiskundige Kurt Godel - een vriend van Einstein en een collega van het Institute for Advanced Study van Princeton University - een situatie aan te pakken waarin het hele universum roteert. In de oplossingen van Godel was tijdreizen eigenlijk toegestaan ​​door de vergelijkingen als het universum zou roteren. Een roterend universum zou zelf kunnen functioneren als een tijdmachine.

Als het universum nu zou roteren, zouden er manieren zijn om het te detecteren (lichtstralen zouden bijvoorbeeld buigen als het hele universum zou roteren), en tot nu toe is het bewijs overweldigend sterk dat er geen soort universele rotatie is. Dus nogmaals, tijdreizen is uitgesloten door deze specifieke reeks resultaten. Maar het feit is dat dingen in het universum wel roteren, en dat opent opnieuw de mogelijkheid.

Tijdreizen en zwarte gaten

In 1963 gebruikte de wiskundige Roy Kerr uit Nieuw-Zeeland de veldvergelijkingen om een ​​roterend zwart gat te analyseren, genaamd een Kerr zwart gat, en ontdekte dat de resultaten een pad door een wormgat in het zwarte gat mogelijk maakten, de singulariteit in het midden miste en het aan de andere kant. Dit scenario maakt ook gesloten tijdige krommen mogelijk, zoals theoretisch natuurkundige Kip Thorne jaren later realiseerde.

In de vroege jaren 1980, terwijl Carl Sagan werkte aan zijn roman uit 1985 Contact, hij benaderde Kip Thorne met een vraag over de fysica van tijdreizen, die Thorne inspireerde om het concept van het gebruik van een zwart gat als middel voor tijdreizen te onderzoeken. Samen met de natuurkundige Sung-Won Kim realiseerde Thorne zich dat je (in theorie) een zwart gat zou kunnen hebben met een wormgat dat het verbindt met een ander punt in de ruimte dat opengehouden wordt door een vorm van negatieve energie.

Maar alleen omdat je een wormgat hebt, wil nog niet zeggen dat je een tijdmachine hebt. Laten we aannemen dat u het ene uiteinde van het wormgat (het 'beweegbare uiteinde') kunt verplaatsen. U plaatst het beweegbare uiteinde op een ruimteschip en schiet het met bijna de snelheid van het licht de ruimte in. Tijdsvertraging begint en de ervaren tijd begint door het beweegbare einde is veel minder dan de tijd die door het vaste einde wordt ervaren. Laten we aannemen dat u het beweegbare einde 5000 jaar naar de toekomst van de aarde verplaatst, maar het beweegbare einde "leeft" slechts 5 jaar. U vertrekt dus in 2010 AD zeg en kom aan in 7010 AD.

Als je echter door het beweegbare uiteinde reist, kom je in 2015 AD uit het vaste uiteinde (sinds 5 jaar zijn teruggegaan op aarde). Wat? Hoe werkt dit?

Welnu, het feit is dat de twee uiteinden van het wormgat met elkaar zijn verbonden. Hoe ver ze ook uit elkaar liggen, in ruimtetijd zijn ze nog steeds in feite "bij" elkaar. Omdat het beweegbare uiteinde slechts vijf jaar ouder is dan toen het wegging, zal het er door heen gaan u terugsturen naar het bijbehorende punt op het vaste wormgat. En als iemand uit 2015 AD Earth door het vaste wormgat stapt, zouden ze in 7010 AD uit het beweegbare wormgat komen. (Als iemand in 2012 AD door het wormgat stapte, zouden ze ergens in het midden van de reis op het ruimteschip terechtkomen, enzovoort.)

Hoewel dit de fysiek meest redelijke beschrijving van een tijdmachine is, zijn er nog steeds problemen. Niemand weet of wormgaten of negatieve energie bestaan, noch hoe ze op deze manier in elkaar te zetten als ze bestaan. Maar het is (in theorie) mogelijk.