Cześć. Nazywam się Stephen Hawking. Jestem fizykiem, kosmologiem i po trosze marzycielem. Choć nie mogę się poruszać, a do mówienia potrzebuję komputera, nie ogranicza to swobody mojego umysłu. Korzystam z tej swobody, badając wszechświat i stawiając wielkie pytania, takie jak: czy podróże w czasie są możliwe? Czy możemy otworzyć bramę do przeszłości albo znaleźć skrót prowadzący w przyszłość? Czy kiedykolwiek będziemy w stanie wykorzystać prawa natury, by zapanować nad czasem?
Podróże w czasie niegdyś uważano za naukową herezję. Dawniej unikałem mówienia o nich z obawy, że zostanę uznany za pomyleńca. Dziś już nie jestem taki ostrożny. Powiem więcej: jestem taki jak ludzie, którzy zbudowali Stonehenge – mam obsesję na punkcie czasu. Jeśli miałbym wehikuł czasu, odwiedziłbym Marilyn Monroe albo wpadłbym do Galileusza w chwili, gdy kierował swój teleskop w niebo. Może nawet wybrałbym się na koniec wszechświata, żeby się dowiedzieć, jak ta cała nasza kosmiczna historia się kończy.
Żeby zrozumieć, jak mogłoby to być możliwe, musimy patrzeć na czas tak, jak to robią fizycy – jako na czwarty wymiar. To wcale nie takie trudne, jak by się mogło wydawać. Każde dziecko (jeśli uważało w szkole) wie, że wszystkie obiekty fizyczne – nawet ja na moim wózku – istnieją w trzech wymiarach. Wszystko ma szerokość, wysokość i długość.
Ale istnieje też inny rodzaj długości – rozciągłość w czasie. Podczas gdy człowiek może żyć jakieś 80 lat, głazy Stonehenge, na przykład, stoją już od tysięcy lat. A Układ Słoneczny będzie trwał przez miliardy lat. Wszystko ma swoją rozciągłość tak w czasie, jak i w przestrzeni. Podróżowanie w czasie to przemieszczanie się w czwartym wymiarze.
Żeby zrozumieć co to oznacza, wyobraźmy sobie, że odbywamy zwykłą, codzienną przejażdżkę samochodem. Jadąc po prostej, podróżujemy w jednym wymiarze. Skręcimy w lewo czy w prawo – dodamy drugi wymiar. A jadąc po górskich serpentynach, dodajemy też wysokość i mamy podróż we wszystkich trzech wymiarach. Ale jak u licha podróżować w czasie? Jak znajdziemy trasę poprzez czwarty wymiar?
Pozwólmy sobie przez moment na odrobinę science fiction. Filmy o podróżach w czasie często pokazują ogromne, energochłonne maszyny. Taka maszyna tworzy przejście przez czwarty wymiar, tunel w czasie. Podróżnik, dzielny (albo szalony) osobnik, gotowy na wszystko wchodzi do tunelu czasowego i wynurza się z niego Bóg wie kiedy. Cała ta koncepcja jest nadmiernie naciągana i rzeczywistość może być od niej bardzo odległa, ale sam pomysł wcale nie jest szalony. My, fizycy, też rozmyślamy nad tunelami w czasie, ale podchodzimy do nich od innej strony. Zastanawiamy się, czy przejścia w przeszłość czy w przyszłość kiedykolwiek będą możliwe zgodnie z prawami natury. I owszem, uważamy, że tak. Nadaliśmy im nawet nazwę: tunele czasoprzestrzenne (ang. wormholes). Prawda jest taka, że takich tuneli jest pełno dookoła, tylko że są zbyt małe, żeby je zobaczyć. Tunele czasoprzestrzenne pojawiają się w zakamarkach przestrzeni i czasu. Może się to wydawać trudne do pojęcia – ale czytajcie dalej.
Szczeliny w czasie
Nic nie jest płaskie ani lite. Jeśli popatrzycie na cokolwiek w dostatecznie dużym powiększeniu, zawsze znajdziecie dziury i zmarszczki. To jedna z podstawowych zasad fizyki, odnosząca się nawet do czasu. Nawet coś tak gładkiego jak kula bilardowa ma maleńkie szczeliny, zmarszczki i dziury. Łatwo wykazać, że to rzeczywiście prawda dla pierwszych trzech wymiarów. Ale wierzcie mi, ta zasada obowiązuje też dla czwartego wymiaru. Istnieją maleńkie szczeliny, zmarszczki i dziury w czasie. W niezwykle małej skali, mniejszej niż cząsteczki, mniejszej niż atomy, dochodzimy do czegoś, co jest nazywane pianą kwantową. To tu właśnie istnieją tunele czasoprzestrzenne. Maleńkie tunele czy skróty w przestrzeni i czasie stale powstają, znikają i powstają na nowo w tym kwantowym świecie. I każdy z nich faktycznie łączy dwa różne miejsca i dwa różne czasy.
Niestety te faktycznie istniejące tunele mają rozmiary rzędu ułamków trylionowych części mikrometra. O wiele za mało, by mógł przez nie przejść człowiek – ale tu wracamy do koncepcji wehikułu czasu wykorzystującego tunele czasoprzestrzenne. Niektórzy badacze uważają, że może być możliwe uchwycenie takiego tunelu i powiększenie go tryliony razy, żeby zmieścił się w nim nie tylko człowiek, ale nawet statek kosmiczny.
Przy odpowiedniej ilości energii i zaawansowanej technologii może nawet możliwe byłoby skonstruowanie gigantycznego tunelu czasoprzestrzennego w kosmosie. Nie twierdzę, że da się to zrobić, ale jeśliby się dało, byłoby to naprawdę niezwykłe urządzenie. Jeden koniec mógłby być tu, w pobliżu Ziemi, a drugi daleko, daleko, koło jakiejś odległej planety.
Teoretycznie tunel czasoprzestrzenny mógłby nawet służyć do czegoś więcej niż transport do odległych planet. Jeśli oba jego końce byłyby w tym samym miejscu, rozdzielone czasem, a nie przestrzenią, statek mógłby w taki tunel wlecieć i wylecieć z niego koło Ziemi – ale w odległej przeszłości. Może dinozaury oglądałyby statek podchodzący do lądowania.
Oczywiście zdaję sobie sprawę, że myślenie w czterech wymiarach nie jest łatwe i że tunele czasoprzestrzenne to zawiła koncepcja, która może wam namieszać w głowach. Ale odwagi: wymyśliłem prosty eksperyment dla wykazania, czy ludzie są w stanie podróżować w czasie przez tunele czasoprzestrzenne. Jestem miłośnikiem prostych eksperymentów – i szampana.
Połączyłem więc te dwie moje ulubione rzeczy, by sprawdzić, czy podróż z przyszłości w przeszłość jest możliwa.
Wyobraźmy sobie, że urządzam przyjęcie powitalne dla przyszłych podróżników w czasie. Ale jest pewien haczyk: nikogo nie informuję o imprezie aż do czasu, gdy się ona odbędzie. Przygotowałem zaproszenia, na których zawarte są dokładne koordynaty w czasie i przestrzeni. Mam nadzieję, że kopie tych zaproszeń, w tej czy innej formie, przetrwają tysiące lat. Może któregoś dnia ktoś żyjący w przyszłości znajdzie te informacje z zaproszenia i wykorzysta wehikuł czasu, żeby przenieść się w przeszłość na moje przyjęcie, udowadniając, że podróże w czasie będą kiedyś możliwe.
Paradoks szalonego naukowca
Moi podróżujący w czasie goście właśnie za chwilę powinni przybyć. Pięć, cztery, trzy, dwa, jeden. I nic. Nikt się nie pojawił. Jaka szkoda. Miałem nadzieję, że przynajmniej przyszła Miss Universum stanie w moich drzwiach. Dlaczego więc eksperyment się nie powiódł? Jedną z przyczyn mógł być dobrze znany problem podróży w przeszłość: problem paradoksów.
Rozmyślanie o paradoksach to niezła zabawa. Najbardziej znany to tzw. paradoks dziadka. Mam jego nową, prostszą wersję, którą nazwałem paradoksem szalonego naukowca.
Nie podoba mi się, że w filmach naukowców często przedstawia się jako szaleńców, ale w tym wypadku faktycznie chodzi o kogoś takiego. Ten facet za wszelką cenę chce stworzyć paradoks, nawet za cenę własnego życia. Wyobraźcie sobie, że jakoś udało mu się zbudować tunel czasoprzestrzenny, sięgający minutę w przeszłość. Przez tunel naukowiec może widzieć siebie sprzed minuty. Ale co by było, gdyby nasz naukowiec wykorzystał tunel, żeby zastrzelić swoje wcześniejsze ja? Teraz jest już martwy. No więc kto oddał strzał? Oto paradoks. To po prostu nie ma sensu. Takie właśnie sytuacje śnią się kosmologom po nocach jako koszmary.
Taki rodzaj wehikułu czasu naruszałby fundamentalną zasadę rządzącą całym wszechświatem, według której przyczyny występują przed skutkami, nigdy odwrotnie. Uważam, że zdarzenia nie mogą same czynić siebie niemożliwymi. Gdyby mogły, nic nie powstrzymałoby całego wszechświata przed pogrążeniem się w chaosie. Myślę więc, że zawsze dzieje się coś, co zapobiega paradoksowi. Musi być jakiś powód, dla którego nasz naukowiec nigdy nie znajdzie się w sytuacji, w której sam siebie mógłby zastrzelić. I w tym wypadku, z przykrością muszę stwierdzić, problem tkwi w samym tunelu czasoprzestrzennym.
Ostatecznie uważam, że tunel tego rodzaju nie może istnieć. Przyczyną jest sprzężenie zwrotne. Jeśli byliście kiedyś na koncercie rockowym, pewnie pamiętacie ten świdrujący uszy wizg – to sprzężenie zwrotne. Jego przyczyna jest prosta. Dźwięk dostaje się do mikrofonu. Przewody przenoszą go do wzmacniacza i już głośniejszy wydostaje się z głośników. Ale jeżeli zbyt dużo dźwięku z głośników trafia z powrotem do mikrofonu, to dźwięk ten krąży w kółko, z każdym okrążeniem coraz głośniejszy. Jeśli nikt tego nie przerwie, sprzężenie zwrotne może zniszczyć system nagłośnienia.
To samo stanie się z tunelem czasoprzestrzennym, z tym że tutaj miejsce dźwięku zajmie promieniowanie. Kiedy tunel się rozszerza, wnika w niego naturalne promieniowanie, które też się zapętla. Sprzężenie zwrotne staje się w końcu tak silne, że niszczy tunel. Choć więc maleńkie tunele czasoprzestrzenne rzeczywiście istnieją i może kiedyś uda się je powiększyć, to nie będą one trwały dość długo, by ich użyć jako wehikułu czasu. To właśnie prawdziwy powód, dla którego nikt z przyszłości nie pojawił się na moim przyjęciu.
Pomysł Einsteina
Wszelkie podróże w czasie w przeszłość, z użyciem tuneli czasoprzestrzennych czy innych metod, są prawdopodobnie niemożliwe, bo inaczej dochodziłoby do paradoksów. Wygląda więc niestety na to, że wyprawy w przeszłość nigdy nie dojdą do skutku. Łowcy dinozaurów pewnie są rozczarowani, za to historycy odetchnęli z ulgą.
Ale to jeszcze nie koniec opowieści. Bo to nie oznacza, że wszelkie podróże w czasie są niemożliwe. Ja naprawdę wierzę w podróże w czasie. Podróże w przyszłość. Czas płynie jak rzeka i wydaje się, że każdego z nas nieubłaganie unosi jego nurt. Ale czas można porównać do rzeki też pod innym względem. Płynie z różną prędkością w różnych miejscach i tu właśnie leży klucz do podróży w przyszłość. Ten pomysł jako pierwszy sformułował Albert Einstein ponad 100 lat temu. Zdał sobie sprawę, że powinny istnieć miejsca, w których czas zwalnia, i takie, w których przyspiesza. Miał absolutną rację. Dowód na to mamy nad głowami. W kosmosie.
To system nawigacji satelitarnej GPS. Tworząca go sieć satelitów orbitujących wokół naszej planety pokazuje, że czas w kosmosie płynie szybciej niż na Ziemi. W każdym satelicie jest bardzo precyzyjny zegar. Ale choć te zegary są tak dokładne, to chodzą za szybko – każdego dnia „przyspieszają” o trzy miliardowe sekundy. System musi korygować tę różnicę, bo inaczej do niczego by się nie nadawał – błąd odczytu wszystkich odbiorników GPS na Ziemi codziennie rósłby o jakieś 10 kilometrów. Wyobraźcie sobie, jaki by zapanował chaos.
Problem nie tkwi w zegarach. Spieszą się, bo to czas szybciej płynie w kosmosie niż tu na dole. A powodem tego niezwykłego efektu jest masa Ziemi. Einstein zrozumiał, że materia wpływa na czas i spowalnia go. Im większy obiekt, tym bardziej spowalnia czas. I to właśnie ten zdumiewający fakt otwiera nam możliwość podróży w czasie w przyszłość.
W samym środku Drogi Mlecznej, 26 tys. lat świetlnych od nas, leży najcięższy obiekt w naszej galaktyce. Jest to supermasywna czarna dziura zawierająca masę czterech milionów Słońc zgniecionych do jednego punktu przez własną grawitację. Im bliżej czarnej dziury, tym większa grawitacja. Z bezpośredniej bliskości nie może uciec nawet światło. Czarna dziura tego typu dramatycznie wpływa na czas, spowalniając go o wiele bardziej niż jakikolwiek inny obiekt w galaktyce. To czyni z niej naturalny wehikuł czasu.
Często sobie wyobrażam, jak statek kosmiczny mógłby wykorzystywać to zjawisko, orbitując wokół dziury. Dla agencji kosmicznej kontrolującej misję z Ziemi każde okrążenie trwałoby 16 minut. Ale dla dzielnych astronautów na pokładzie statku krążącego wokół tak masywnego obiektu czas by zwolnił. Efekt byłby o wiele bardziej ekstremalny niż grawitacyjny wpływ Ziemi. Dla załogi czas płynąłby dwa razy wolniej. Dla nich to 16-minutowe okrążenie trwałoby osiem minut.
Krążyliby tak sobie, doświadczając tylko połowy czasu, jaki płynął dla wszystkich będących z dala od czarnej dziury. Statek i jego załoga podróżowaliby w czasie. Wyobraźmy sobie, że okrążaliby czarną dziurę przez pięć swoich lat. Gdzie indziej upłynęłoby lat dziesięć. Po powrocie okazałoby się, że wszyscy na Ziemi postarzeli się o pięć lat więcej niż oni.
Tak więc supermasywna czarna dziura to wehikuł czasu. Rzecz jasna jednak nie jest on zbyt praktyczny. Ma tę przewagę nad tunelami czasoprzestrzennymi, że nie wywołuje paradoksów. Nie rozpadłby się też w błysku sprzężenia zwrotnego. Ale i tak jest raczej niebezpieczny. Poza tym jest daleko stąd, a nie zabiera nas w zbyt odległą przyszłość. Na szczęście jest inny sposób na podróże w czasie. I to ten sposób jest naszą ostatnią i największą nadzieją na zbudowanie prawdziwego wehikułu czasu.
Trzeba po prostu podróżować bardzo, bardzo szybko. Z szybkością o wiele większą nawet od tej, jaka jest niezbędna dla uniknięcia wessania przez czarną dziurę. To wynika z innej dziwnej właściwości wszechświata. Istnieje kosmiczne ograniczenie prędkości, znane też jako prędkość światła: 300 000 kilometrów na sekundę. Nic nie może tej prędkości przekroczyć. To jedna z najsolidniej umocowanych zasad w nauce. Wierzcie lub nie: podróżowanie z szybkością bliską prędkości światła przeniesie was w przyszłość.
Żeby wyjaśnić jak, wyobraźmy sobie futurystyczną kolej – biegnący dookoła Ziemi tor superszybkiego pociągu. Tego fantastycznego pociągu użyjemy, żeby zbliżyć się do prędkości światła i zobaczyć, jak zamienia się on w wehikuł czasu. W wagonach są pasażerowie z biletami w przyszłość. Pociąg zaczyna przyspieszać, coraz bardziej i bardziej. Wkrótce pędzi dookoła Ziemi.
One way ticket
Żeby zbliżyć się do prędkości światła, trzeba okrążać Ziemię siedem razy w ciągu sekundy. Niezależnie od tego jednak, jak potężny napęd miałby taki pociąg, samej prędkości światła nigdy nie osiągnie, bo zabraniają tego prawa fizyki. Nasz pociąg więc tylko się do tej prędkości zbliża. I kiedy już jest prawie tak szybki jak światło, dzieje się coś dziwnego. W wagonach czas zaczyna płynąć wolniej niż w otaczającym świecie, tak jak to było w pobliżu czarnej dziury – tylko jeszcze bardziej.
Dzieje się tak, by zachowane było kosmiczne ograniczenie prędkości, i nietrudno się domyślić dlaczego. Wyobraźmy sobie, że dziecko biegnie przez pociąg w stronę lokomotywy. Prędkość jego biegu sumuje się z prędkością pociągu, czy więc przypadkiem nie może przekroczyć limitu szybkości? Odpowiedź brzmi: nie. Prawa natury zapobiegają takiej ewentualności, spowalniając czas w pociągu.
Dziecko nie jest w stanie biec dość szybko, żeby przekroczyć limit. Czas zawsze zwolni właśnie o tyle, by ten limit szybkości zachować. Z tego faktu wynika możliwość przenoszenia się w czasie o wiele lat w przyszłość.
Wyobraźmy sobie, że pociąg opuścił stację 1 stycznia 2050 roku. Okrąża w kółko Ziemię przez 100 lat, aż wreszcie zatrzymuje się w dniu Nowego Roku 2150. Dla pasażerów minął zaledwie tydzień, bo czas tak mocno zwolnił wewnątrz pociągu. Po wyjściu z wagonów znaleźliby się w świecie zupełnie innym niż ten, jaki zostawili, wsiadając. W ciągu tygodnia przenieśliby się o 100 lat w przyszłość. Oczywiście zbudowanie pociągu, który osiągałby takie prędkości jest raczej niemożliwe. Ale coś całkiem podobnego zostało zbudowane w największym akceleratorze cząstek w CERN pod Genewą.
Głęboko pod ziemią, w kolistym tunelu o długości 25 km, porusza się strumień miliardów maleńkich cząstek. Po włączeniu zasilania w ułamku sekundy przyspieszają one od zera do 100 000 km na godz. Wraz ze zwiększaniem mocy cząstki poruszają się coraz szybciej i szybciej, aż wreszcie mkną, okrążając tunel 11 000 razy na sekundę, czyli prawie z prędkością światła. Ale tak jak w pociągu, tej prędkości nigdy nie osiągają. Mogą dotrzeć tylko do 99,99 proc. limitu szybkości. Kiedy tak się staje, zaczynają podróżować w czasie. Wiemy o tym, dzięki pewnym nietrwałym cząstkom zwanym mezonami pi. Normalnie rozpadają się one po 25 miliardowych sekundy. Ale kiedy zostaną przyspieszone prawie do prędkości światła, trwają 30 razy dłużej. To więc naprawdę proste. Jeżeli chcemy podróżować w przyszłość, po prostu musimy szybko się poruszać. Naprawdę szybko. Myślę, że jedyny prawdopodobny sposób osiągnięcia tych prędkości to lot w kosmos. Najszybszym w dziejach pojazdem załogowym był Apollo 10. Osiągnął 40 000 km na godz. Ale żeby podróżować w czasie, będziemy się musieli poruszać ponad dwa tysiące razy szybciej. I potrzebowalibyśmy o wiele większego statku, prawdziwie gigantycznej maszyny. Ten statek musiałby być dość duży, żeby przenieść olbrzymią ilość paliwa, konieczną, żeby rozpędzić go prawie do prędkości światła. Żeby prawie osiągnąć kosmiczny limit prędkości, silniki musiałyby pracować z pełną mocą przez sześć lat.
Dzień na statku, rok na Ziemi
Ze względu na swą wielkość i masę początkowo statek przyspieszałby łagodnie. Stopniowo jednak nabierałby prędkości i wkrótce zostawiałby za sobą ogromne odległości. W ciągu tygodnia dotarłby do planet zewnętrznych. Po dwóch latach osiągnąłby połowę prędkości światła i był daleko poza Układem Słonecznym. Dwa lata później podróżowałby z 90 procentami prędkości światła. Około 50 bilionów kilometrów od Ziemi, cztery lata po starcie, rozpocząłby podróż w czasie. W ciągu każdej godziny na statku, na Ziemi upływałyby dwie. Działoby się więc podobnie, jak na obiekcie orbitującym wokół masywnej czarnej dziury.
Po kolejnych dwóch latach ciągłego przyspieszania, statek osiągnąłby swą maksymalną prędkość – 99 proc. prędkości światła. Przy tej szybkości jeden dzień na statku odpowiadałby jednemu rokowi na Ziemi. Nasz statek po prostu leciałby w przyszłość. Spowolnienie czasu daje jeszcze inną korzyść. Oznacza, że możliwe byłoby, przynajmniej w teorii, pokonywanie ogromnych odległości za życia pojedynczego człowieka. Podróż na skraj naszej galaktyki zajęłaby tylko 80 lat.
Prawdziwie cudowne w naszej podróży jest jednak przede wszystkim to, że pokazuje ona, jak dziwny jest wszechświat. Wszechświat, w którym czas płynie z różną prędkością w różnych miejscach. W którym dookoła nas istnieją maleńkie tunele czasoprzestrzenne. I w którym kiedyś może będziemy mogli, dzięki naszemu zrozumieniu fizyki, zostać prawdziwymi podróżnikami w czwartym wymiarze.
Źródło
![:]](https://www.paranormalne.pl/public/style_emoticons/default/pleased1.gif)
