Artykuł ten zawiera fragment z książki Michio Kaku "Hiperprzestrzeń".
Hiperprzestrzeń. Naukowa podróż przez wszechświaty równoległe, pętle czasowe i dziesiąty wymiar
Czy oprócz znanych nam z życia codziennego trzech wymiarów istnieją inne? Czy możliwe są podróże w czasie? Czy czarne dziury są wrotami do innych światów? Czy ludzkość przeżyje śmierć wszechświata? Jeszcze niedawno uczeni odrzucali tego rodzaju pomysły jako dziwaczne spekulacje, dzisiaj znajdują się one wśród najważniejszych tematów podejmowanych przez naukę.
Rozpoczynając tam, gdzie kończy się Krótka historia czasu Stephena Hawkinga, Michio Kaku, profesor fizyki, wykładowca na Uniwersytecie w Nowym Jorku, przystępnie i w porywający sposób popularyzuje wyniki badań nad wielowymiarowymi przestrzeniami, pętlami czasowymi i wszechświatami wielokrotnymi.
Zbudować wehikuł czasu
Ludzie tacy jak my, wierzący w fizykę, wiedzą,
że różnica między przeszłością, teraźniejszością
i przyszłością jest tylko uparcie obecną iluzją.
Albert Einstein
Rozdział 11
Czy możemy cofnąć się w czasie? Czy możemy, jak bohater H.G. Wellsa z Wehikułu czasu, pokręcić dźwignią maszyny i przebyć w mgnieniu oka setki tysięcy lat dzielące nas od roku 802 701? Czy też jak Michael J. Fox wskoczyć do napędzanego plutonem samochodu i powrócić do przyszłości?
Podróże w czasie
Podróże w czasie otwierają przed nami nowy świat niezwykłych możliwości. Jak Kathleen Turner w filmie Peggy Sue wyszła za mąż, każdy nosi w sobie sekretne marzenie, by móc ponownie przeżyć przeszłość i naprawić jakąś małą, ale brzemienną w skutkach pomyłkę w swoim życiu. W czasie lektury wiersza Roberta Frosta Droga nie wybrana zastanawiamy się, co by się stało, gdybyśmy w kluczowych momentach życia podjęli inne decyzje i wybrali inną drogę. Podróżując w czasie, moglibyśmy powrócić do młodości i wymazać z naszej przeszłości wstydliwe wydarzenia, wybrać innego towarzysza życia lub odmienną karierę. Moglibyśmy nawet ingerować w bieg najważniejszych wydarzeń historycznych i zmienić losy ludzkości.
W końcowych scenach Supermana bohater się załamuje, gdy trzęsienie ziemi niszczy znaczne obszary Kalifornii i grzebie jego ukochaną pod setkami ton skał i gruzów. Opłakując jej przerażającą śmierć, jest tak przepełniony bólem, że wylatuje w przestrzeń kosmiczną i łamie swoją przysięgę, że nie będzie wpływał na bieg historii ludzkości. Zwiększa prędkość i przekracza barierę światła, rozrywając tkankę przestrzeni i czasu. Podróżując z prędkością światła, zmusza czas, aby biegł wolniej, potem zatrzymuje go i w końcu cofa do okresu przed śmiertelnym wypadkiem Lois Lane.
Taka sztuczka jest jednak z całą pewnością niemożliwa. Chociaż czas rzeczywiście zwalnia, gdy zwiększamy prędkość, nie można podróżować z prędkością większą niż prędkość światła (i w ten sposób cofnąć czasu), ponieważ według szczególnej teorii względności nasza masa wzrosłaby wówczas do nieskończoności. Proponowana przez większość autorów literatury fantastycznonaukowej metoda podróży z prędkością większą niż prędkość światła przeczy szczególnej teorii względności.
Einstein zdawał sobie sprawę, że jest to niemożliwe, podobnie jak A.H.R. Buller, który opublikował w „Punchu” następujący limeryk:
Pewna młoda dama imieniem Aurora
Gdy nie pędziła szybciej od światła, była chora.
Kiedy razu pewnego w podróż wyjechała,
Na relatywny sposób się zdecydowała
I powróciła poprzedniego wieczora.1
Większość uczonych, którzy nie studiowali dogłębnie równań Einsteina, odrzuca możliwość podróży w czasie jako bzdurę tego samego kalibru, co barwne opowieści o porwaniach przez kosmitów. Sytuacja jest jednak bardziej skomplikowana.
Aby rozwiązać ten problem, musimy porzucić prostotę szczególnej teorii względności, zabraniającej podróży w czasie, i zagłębić się w ogólną teorię względności, która może na nie zezwalać. Ogólna teoria względności ma o wiele większy zakres stosowalności niż teoria szczególna. Podczas gdy szczególna teoria względności opisuje tylko ciała poruszające się ze stałą prędkością, daleko od jakichkolwiek masywnych obiektów, ogólna teoria względności jest znacznie potężniejsza: potrafi opisać rakietę, która przyspiesza w pobliżu supermasywnych gwiazd i czarnych dziur. Niektóre z prostszych wniosków szczególnej teorii należy zatem rozpatrzyć od nowa. Każdy fizyk, który uważnie przeanalizuje matematykę podróży w czasie w ogólnej teorii względności Einsteina, nie dojdzie ku swemu zdumieniu do jednoznacznych wniosków.
Zwolennicy podróży w czasie twierdzą, że równania ogólnej teorii względności Einsteina dopuszczają pewne formy takich eskapad. Przyznają jednak, że energia, którą trzeba by dysponować, aby zakrzywić czas w okrąg, jest tak olbrzymia, że równania Einsteina przestają obowiązywać. W interesującym fizycznie obszarze, w którym podróż w czasie wydaje się możliwa, teoria kwantowa staje się ważniejsza od teorii względności.
Równania Einsteina stwierdzają, że zakrzywienie przestrzeni i czasu jest określone przez zawartość materio-energii we Wszechświecie. Można znaleźć wystarczająco potężne konfiguracje materio-energii, aby wymusiły zakrzywienie czasu i umożliwiły podróże w czasie. Jednak koncentracje materio-energii konieczne do zakrzywienia czasu w tył są tak olbrzymie, że ogólna teoria względności załamuje się i zaczynają nad nią dominować poprawki kwantowe. Dlatego ostatecznego werdyktu w sprawie podróży w czasie nie można sformułować na podstawie równań Einsteina. W ekstremalnie dużych polach grawitacyjnych przestają one obowiązywać i oczekujemy, że zaczną dominować procesy kwantowe.
W tym właśnie miejscu może przyjść z pomocą teoria hiperprzestrzeni. Ponieważ zarówno teoria kwantowa, jak i teoria grawitacji Einsteina jednoczą się w dziesięciowymiarowej przestrzeni, oczekujemy, że kwestia podróży w czasie zostanie ostatecznie rozwiązana przez teorię hiperprzestrzeni. Podobnie jak w przypadku tuneli czasoprzestrzennych i okien do innych wymiarów, ostatni rozdział zostanie napisany, gdy wykorzystamy w pełni potęgę teorii hiperprzestrzeni.
Przedstawię teraz kontrowersje dotyczące podróży w czasie i interesujące, nieuniknione paradoksy, które się zawsze wtedy pojawiają.
Załamanie się przyczynowości
Pisarze literatury fantastycznonaukowej często się zastanawiają, co by się stało, gdyby ktoś cofnął się w czasie. Wiele takich historii wygląda na pierwszy rzut oka przekonująco. Ale wyobraźmy sobie, jaki zapanowałby chaos, gdyby wehikuły czasu były tak powszechne jak samochody i dostępne w dziesiątkach milionów egzemplarzy. Rozpętałoby się piekło, które zniszczyłoby tkankę naszego Wszechświata. Miliony ludzi cofałyby się w czasie, aby wpłynąć na własną przeszłość i przeszłość innych, zmieniając tym samym historię. Ktoś mógłby nawet cofnąć się w czasie, aby zastrzelić rodziców swoich wrogów jeszcze przed ich narodzeniem. Niemożliwe byłoby przeprowadzenie najprostszego spisu, który określiłby, ilu ludzi żyje w danym momencie.
Gdyby podróże w czasie stały się możliwe, załamałaby się zasada przyczynowości. Co więcej, cała historia, jaką znamy, mogłaby również przestać istnieć. Wyobraźmy sobie chaos, spowodowany przez tysiące ludzi, którzy cofają się w czasie, aby wpłynąć na bieg historii. Nagle widownia Ford’s Theater zostałaby zapełniona ludźmi z przyszłości, kłócącymi się między sobą o to, który z nich będzie miał zaszczyt zapobiec zabójstwu prezydenta Lincolna. Desant w Normandii zakończyłby się niepowodzeniem z powodu tysięcy poszukiwaczy dreszczyku emocji, którzy przybyliby z aparatami fotograficznymi, aby zrobić zdjęcia.
Pola najważniejszych bitew historii zmieniłyby się nie do poznania. Rozważmy decydujące zwycięstwo Aleksandra Wielkiego nad Persami dowodzonymi przez Dariusza III w 331 roku p.n.e. w bitwie pod Gaugamelą. Bitwa ta doprowadziła do upadku perskiej potęgi i umożliwiła rozkwit zachodniej cywilizacji, zapoczątkowując jej dominację nad światem przez następne tysiąc lat. Zastanówmy się, co by się stało, gdyby do walki wkroczyła niewielka grupa najemników uzbrojonych w małe rakiety i nowoczesną artylerię. Najmniejsza demonstracja współczesnej siły bojowej spowodowałaby popłoch wśród przerażonych żołnierzy Aleksandra. Taka interwencja w przeszłości mogłaby zapobiec ekspansji zachodniej cywilizacji.
Podróże w czasie sprawiłyby, że żadne historyczne wydarzenie nie mogłoby nigdy zostać ostatecznie rozstrzygnięte. Nie miałoby sensu pisanie podręczników historii. Zawsze znalazłby się ktoś, kto usiłowałby zamordować generała Ulyssesa S. Granta czy przekazać sekret bomby atomowej Niemcom w latach trzydziestych.
Co by się stało, gdyby historię można było pisać od nowa z taką łatwością, jak się ściera tablicę? Nasza przeszłość przypominałaby ruchome piaski nad brzegiem morza, ciągle przesuwane w tę lub tamtą stronę przez najlżejszy powiew wiatru. Historia zmieniałaby się nieustannie, za każdym razem, gdy ktoś uruchomiłby wehikuł czasu i wyruszył na wycieczkę w przeszłość. Znana nam historia nie byłaby możliwa. Przestałaby istnieć.
Oczywiście większość uczonych nie cieszy się z takiej nieprzyjemnej możliwości. Nie tylko historycy nie mogliby wyciągać żadnych wniosków z „historii”, lecz za każdym razem, gdy wkraczalibyśmy w przeszłość albo przyszłość, pojawiałyby się prawdziwe paradoksy. Kosmolog Stephen Hawking używa tego argumentu, aby dostarczyć „eksperymentalnego” dowodu na to, że podróże w czasie są niemożliwe, zauważając, iż jak dotąd „nie zostaliśmy zalani przez hordy turystów z przyszłości”.
Paradoksy czasowe
Aby zrozumieć problemy związane z podróżami w czasie, trzeba najpierw sklasyfikować różne związane z nimi paradoksy. Generalnie większość z nich da się podzielić na dwa zasadnicze typy:
1. Spotkanie z rodzicami przed własnym narodzeniem.
2. Człowiek bez przeszłości.
Pierwszy rodzaj podróży w czasie najbardziej niszczy tkankę czasoprzestrzeni, ponieważ zmienia wydarzenia, które już się działy. Pamiętamy na przykład, że w Powrocie do przyszłości młody bohater cofa się w czasie i spotyka swoją matkę, która jest młodą dziewczyną i nie zakochała się jeszcze w jego ojcu.
Zdziwiony i zrozpaczony odkrywa, że nie dopuścił do spotkania swoich rodziców. Co gorsza, jego przyszła matka zakochuje się w nim samym! Jeśli nie uda mu się skierować uczucia matki ku właściwej osobie, zniknie, ponieważ nigdy się nie narodzi.
Drugi paradoks dotyczy wydarzeń bez początku. Załóżmy na przykład, że biedny zdeterminowany wynalazca próbuje skonstruować w swojej zagraconej piwnicy pierwszy wehikuł czasu. Nagle pojawia się zamożny starszy mężczyzna i oferuje mu duże pieniądze, skomplikowane równania i obwody elektroniczne. Następnie wynalazca wzbogaca się dzięki podróżom w czasie, wiedząc z góry, kiedy dokładnie nastąpi hossa, a kiedy bessa na giełdzie. Robi fortunę, grając na giełdzie, na wyścigach konnych i w innych zakładach. Po latach, jako zamożny starzejący się człowiek, cofa się w czasie, by dopełnić swój los. Spotyka siebie jako młodego człowieka pracującego w piwnicy i przekazuje mu sekret podróży w czasie oraz pieniądze na jego wykorzystanie. Rodzi się pytanie: skąd wzięła się idea podróży w czasie?
Najbardziej chyba szalony z paradoksów czasowych drugiego rodzaju został przedstawiony przez Roberta Heinleina w jego klasycznym opowiadaniu All you Zombies.
W 1945 roku do sierocińca w Cleveland zostaje w tajemniczy sposób podrzucona maleńka dziewczynka. Jane dorasta w samotności, nie wiedząc, kim są jej rodzice. Pewnego dnia w 1963 roku spotyka włóczęgę, do którego odczuwa dziwny pociąg. Zakochuje się w nim. Gdy sprawy zaczynają się w końcu układać, następuje seria nieszczęść. Najpierw zachodzi w ciążę z włóczęgą, który wtedy znika. Później w trakcie skomplikowanego porodu lekarze odkrywają, że Jane posiada zarówno męskie, jak żeńskie organy płciowe i aby uratować jej życie, zmuszeni są chirurgicznie zmienić „ją” w „niego”. Na koniec tajemniczy nieznajomy porywa jej dziecko ze szpitala.
Wstrząśnięty tymi nieszczęściami, odrzucony przez społeczeństwo i pognębiony przez los „on” staje się pijakiem i włóczęgą. Jane nie tylko straciła swoich rodziców i ukochanego, ale i swoje jedyne dziecko. Kilka lat później, w 1970 roku, wchodzi do rzadko odwiedzanego baru Pop’s Place i opowiada swoją żałosną historię staremu barmanowi. Współczujący barman oferuje włóczędze szansę zemsty na nieznajomym, który ją porzucił, kiedy spodziewała się dziecka, pod warunkiem, że przyłączy się do „oddziałów podróżników w czasie”. Obydwaj wchodzą do wehikułu czasu i barman zostawia włóczęgę w 1963 roku. Ten czuje dziwny pociąg do pewnej młodej sieroty: wkrótce dziewczyna zachodzi w ciążę.
Barman natomiast zatrzymuje się dziewięć miesięcy później, porywa niemowlę ze szpitala i podrzuca do sierocińca w 1945 roku. Następnie przenosi zupełnie zdezorientowanego włóczęgę do 1985 roku, żeby zaciągnął się do oddziałów podróżników w czasie. Ostatecznie włóczędze udaje się ułożyć sobie życie, staje się szanowanym starszym członkiem korpusu podróżników w czasie, a wtedy przebiera się za barmana i spełnia swoją najtrudniejszą misję: randkę z przeznaczeniem, czyli spotkanie z pewnym włóczęgą w Pop’s Place w 1970 roku.
Pytanie brzmi: kto jest matką Jane, jej ojcem, dziadkiem, babcią, synem, córką, wnuczką i wnukiem? Dziewczyna, włóczęga i barman to oczywiście ta sama osoba. Takie paradoksy mogą przyprawić o zawrót głowy, szczególnie gdy próbuje się rozwikłać zagmatwane pochodzenie Jane. Gdyby narysować drzewo genealogiczne Jane, odkrylibyśmy, że wszystkie jego gałęzie są zagięte do środka i tworzą okręgi. Dochodzimy do zadziwiającej konkluzji, że Jane jest swoją własną matką i ojcem! Sama jest dla siebie drzewem genealogicznym.
Linie świata
Teoria względności daje nam prostą metodę przyjrzenia się najbardziej problematycznym paradoksom podróży w czasie. Posłużymy się stworzoną przez Einsteina metodą „linii świata”.
Załóżmy, że gdy pewnego dnia budzik dzwoni o ósmej rano, postanawiamy nie iść do pracy i spędzić cały ranek w łóżku. Chociaż wydaje się, że nic nie robimy, wylegując się w łóżku, w rzeczywistości wytyczamy „linię świata”.
Weźmy kartkę papieru milimetrowego i na linii poziomej odłóżmy „odległość”, a na skali pionowej zaznaczmy „czas”. Jeśli leżymy w łóżku od godziny 8:00 do 12:00, nasza linia świata jest prostą linią pionową. Przebyliśmy cztery godziny w przyszłość, ale nie ruszyliśmy się z miejsca. Nawet spędzanie czasu w ulubiony sposób – nie podejmowanie żadnej czynności – tworzy linię świata. (Jeśli kiedykolwiek ktoś będzie nas krytykował za lenistwo, możemy zgodnie z prawdą twierdzić, że według teorii względności Einsteina wytyczamy linię świata w czterowymiarowej czasoprzestrzeni).
Załóżmy teraz, że wreszcie w południe wygrzebaliśmy się z łóżka i o godzinie 13:00 przyszliśmy do pracy. Nasza linia świata pochyla się, ponieważ poruszamy się zarówno w przestrzeni, jak i w czasie. W dolnym lewym rogu znajduje się nasz dom, a w prawym górnym – biuro. Jeśli jednak do pracy pojedziemy samochodem, przybędziemy do biura wcześniej, o godzinie 12:30. Oznacza to, że im szybciej podróżujemy, tym bardziej nasza linia świata odchyla się od pionu. (Zauważmy, że istnieje na wykresie „zakazany obszar”, do którego nasza linia świata nie może wkroczyć, ponieważ musielibyśmy poruszać się szybciej od światła).
Jeden wniosek jest natychmiastowy. Nasza linia świata nigdy się nie zaczyna ani nie kończy. Nawet gdy umrzemy, linie świata cząsteczek naszego ciała będą nadal wytyczane. Mogą się one rozproszyć w powietrzu lub w ziemi, ale będą wytyczały swoje własne, nie kończące się linie świata. Podobnie, gdy się rodzimy, linie świata cząsteczek pochodzących od naszej matki zbiegają się w dziecku. W żadnym punkcie linie świata nie ulegają przerwaniu ani też nie pojawiają się znikąd.
Jako przykład weźmy naszą własną linię świata. Załóżmy, że w 1950 roku nasza matka i ojciec spotykają się, zakochują w sobie i mają dziecko (nas). W ten sposób linie świata naszej matki i ojca złączyły się i utworzyły trzecią linię (naszą). Gdy ktoś umiera, linie świata składające się na tę osobę rozbiegają się w miliardy linii świata cząsteczek tworzących jego ciało. Z tego punktu widzenia istotę ludzką można zdefiniować jako tymczasowy zbiór linii świata cząsteczek. Linie te były rozproszone, zanim się narodziliśmy, spotkały się, aby stworzyć nasze ciało, i rozproszą się ponownie po naszej śmierci. Biblia mówi: „z prochu powstałeś i w proch się obrócisz”. Odwołując się do teorii względności, możemy powiedzieć: „z linii świata powstałeś i w linię świata się obrócisz”.
Nasza linia świata zawiera kompletny zbiór informacji związanych z naszą historią. Wszystko, co się nam kiedykolwiek przydarzyło – od pierwszego roweru do pierwszej randki i pierwszej pracy – jest zapisane w naszej linii świata. Wielki kosmolog rosyjskiego pochodzenia George Gamow, który słynął z dowcipnego podejścia do prac Einsteina, trafnie zatytułował swą autobiografię: Moja linia świata.
Za pomocą linii świata możemy teraz narysować, co się dzieje, gdy cofamy się w czasie. Powiedzmy, że wchodzimy do wehikułu czasu i spotykamy swoją matkę jeszcze przed naszym narodzeniem. Niestety, zakochuje się w nas i odrzuca naszego ojca. Czy naprawdę znikniemy, jak to zostało przedstawione w Powrocie do przyszłości? Dzięki linii świata widzimy, dlaczego jest to niemożliwe. Jeśli znikniemy, zniknie również nasza linia świata. Jednak według Einsteina linie świata nie mogą się urywać. Dlatego zmiana przeszłości nie jest w teorii względności możliwa.
Drugi z paradoksów, związany z ponownym tworzeniem przeszłości, stwarza jednak interesujący problem. Cofając się w czasie, nie niszczymy przeszłości, tylko ją wypełniamy. Dlatego linia świata wynalazcy wehikułu czasu jest zamkniętą pętlą. Jego linia świata wypełnia raczej, niż zmienia przeszłość.
Dużo bardziej skomplikowana jest linia świata „Jane” – kobiety, która jest swoją własną matką, ojcem, synem i córką.
Podkreślam raz jeszcze, że nie można zmienić przeszłości. Gdy linia świata cofa się w czasie, wypełnia po prostu to, co już jest znane. W takim wszechświecie można więc spotkać siebie w przeszłości. Jeśli przeżyjemy pełny cykl, prędzej czy później spotkamy młodego mężczyznę lub kobietę, która okaże się nami, gdy byliśmy młodsi. Powiemy tej młodej osobie, że wygląda podejrzanie znajomo. Potem, po chwili zastanowienia, przypomnimy sobie, że gdy byliśmy młodzi, spotkaliśmy dziwną starszą osobę, która twierdziła, że wyglądamy znajomo.
W ten sposób można dopełnić przeszłość, nie zmieniając jej jednak. Linie świata, jak to już podkreślałem, nie mogą się urywać ani kończyć. Mogą tworzyć pętle w czasie, ale w żadnym wypadku nie wpłyną na przeszłość.
Diagramy czasoprzestrzenne zostały zaproponowane tylko w związku ze szczególną teorią względności, która może opisać, co się stanie, gdy znajdziemy się w przyszłości, jest jednak zbyt prymitywna, aby rozwiązać kwestię, czy podróże w czasie mają w ogóle sens. Aby odpowiedzieć na to obszerniejsze pytanie, musimy zwrócić się do ogólnej teorii względności, gdzie sytuacja staje się znacznie subtelniejsza.
Okaże się bowiem, że zagmatwane linie świata mogą być fizycznie dozwolone. Zamknięte pętle zyskały nawet naukową nazwę zamkniętych krzywych czasowych (CTC – akronim angielskiego: closed timelike curves). W kołach naukowych toczy się debata na temat, czy ogólna teoria względności i teoria kwantowa dopuszczają istnienie CTC.
Burzyciel arytmetyki i ogólnej teorii względności
W 1949 roku Einstein był zaniepokojony odkryciem dokonanym przez jednego ze swych bliskich współpracowników i przyjaciół, wiedeńskiego matematyka Kurta Gödla, pracującego również w Institute for Advanced Study w Princeton. Gödel odkrył niepokojące rozwiązanie równań Einsteina, które dopuszczało pogwałcenie podstawowych dogmatów zdrowego rozsądku: zezwalało ono na pewien rodzaj podróży w czasie. Po raz pierwszy w historii podróże w czasie otrzymały matematyczne podstawy.
W pewnych kręgach Gödel był znany jako burzyciel. W 1931 roku stał się sławny (lub raczej niesławny), gdy wbrew wszelkim oczekiwaniom udowodnił, że nie można dowieść spójności matematyki. W ten sposób przekreślił liczące dwa tysiące lat marzenie, sięgające jeszcze czasów Euklidesa i Greków, które miało być ukoronowaniem osiągnięć matematyki; wykazał, że nie da się zredukować całej matematyki do niewielkiego, spójnego zbioru aksjomatów, z którego wszystko można wyprowadzić.
W matematycznym tour de force Gödel udowodnił, że w matematyce zawsze będą istniały twierdzenia, których poprawności czy niepoprawności nie da się uzasadnić na podstawie aksjomatów arytmetyki, co oznacza, że arytmetyka zawsze pozostanie niekompletna. Wynik ten był chyba najbardziej zadziwiającym i nieoczekiwanym wydarzeniem w historii logiki matematycznej ostatniego tysiąclecia.
Kiedyś sądzono, że matematyka jest najczystszą ze wszystkich nauk, ponieważ była dokładna i pewna, niesplamiona niemiłą zgrzebnością świata materialnego. Teraz stała się niepewna. Gödel pozbawił podstawy matematyki punktu oparcia. (Mówiąc w skrócie, słynny dowód Gödla rozpoczyna się wykazaniem, że w logice istnieją dziwne paradoksy. Rozważmy na przykład zdanie: „To zdanie jest fałszywe”. Jeśli jest ono prawdziwe, to wynika z niego, że jest fałszywe. Jeśli jest fałszywe, to jest ono prawdziwe. Przyjrzyjmy się też zdaniu: „Jestem kłamcą”. Znaczy to, że jestem kłamcą tylko wtedy, gdy mówię prawdę. Następnie Gödel sformułował zdanie: „Nie można udowodnić, że to zdanie jest prawdziwe”. Jeśli jest ono prawdziwe, nie można udowodnić, że jest prawdziwe. Uważnie konstruując skomplikowaną pajęczynę takich paradoksów, Gödel wykazał, że istnieją prawdziwe zdania, których nie sposób udowodnić za pomocą arytmetyki).
Po rozwianiu jednego z najbardziej pielęgnowanych marzeń całej matematyki, Gödel zburzył konwencjonalną mądrość równań Einsteina. Wykazał, że teoria Einsteina zawiera pewne zaskakujące patologie, włącznie z podróżami w czasie.
Najpierw przyjął, że Wszechświat jest wypełniony powoli obracającym się gazem lub pyłem. Miało to uzasadnienie, ponieważ wydaje się, że najdalsze zakątki kosmosu rzeczywiście zawierają takie składniki. Rozwiązanie Gödla wzbudziło wielki niepokój z dwóch powodów.
Po pierwsze, nie spełniało ono zasady Macha. Gödel wykazał, że dla takiego samego rozkładu pyłu i gazu możliwe są dwa rozwiązania równań Einsteina. (Oznaczało to, że zasada Macha była w jakiś sposób niekompletna, że istniały
jakieś ukryte założenia).
Ważniejsze było jednak to, że Gödlowi udało się udowodnić, iż dozwolone są pewne rodzaje podróży w czasie. Gdyby podążać śladem cząstki we wszechświecie Gödla, powrócilibyśmy w końcu do punktu wyjścia i spotkali samych siebie w przeszłości. Gödel pisał: „Udając się w okrężną podróż w statku kosmicznym po wystarczająco szerokiej krzywej, można w tych światach docierać do dowolnych obszarów przeszłości, teraźniejszości i przyszłości, tam i z powrotem”. W ten sposób Gödel znalazł pierwszą CTC w ogólnej teorii względności.
Wcześniej Newton uważał, że czas płynie jak prosta strzała, nieomylnie lecąca w kierunku swojego celu. Gdy już została wystrzelona, nic nie mogło odchylić lub zmienić jej toru. Einstein wykazał jednak, że czas przypomina raczej potężną rzekę płynącą przed siebie, często meandrującą przez doliny i równiny. Obecność materii lub energii może chwilowo zmienić bieg rzeki, ale w ogólnych zarysach jej kierunek jest ustalony: nigdy nagle się nie urywa ani gwałtownie nie zawraca. Tymczasem Gödel udowodnił, że rzekę czasu można łagodnie zawrócić. W końcu w rzekach tworzą się wiry. Choć rzeka płynie do przodu, na jej brzegach często powstają zatoki, gdzie woda płynie ruchem okrężnym.
Rozumowania Gödla nie można było potraktować jako dzieła szaleńca, ponieważ aby znaleźć te niezwykłe rozwiązania, w których czas zakrzywia się w okrąg, użył równań pola Einsteina. Gödel grał zgodnie z przyjętymi regułami i odkrył pełnoprawne rozwiązanie jego równań, Einstein zmuszony był więc zrobić unik i odrzucić je, ponieważ nie potwierdzały go dane eksperymentalne.
Słabym punktem w rozważaniach Gödla było założenie, że gaz i pył powoli się obracają. Z obserwacji nie wynika jakakolwiek rotacja kosmicznego pyłu i gazu w przestrzeni. Nasze Instrumenty potwierdziły, że Wszechświat się rozszerza, ale nic nie wskazuje na to, że się obraca. Dlatego wszechświat Gödla można bezpiecznie wykluczyć. (Zostajemy więc z raczej niepokojącym, ale przekonującym przypuszczeniem, że gdyby nasz Wszechświat się obracał, jak to założył Gödel, to CTC i podróże w czasie byłyby fizycznie możliwe).
Einstein zmarł w 1955 roku, zadowolony, że niepokojące rozwiązanie jego równań można było zignorować na podstawie danych eksperymentalnych i że nikt nie spotka swoich rodziców przed własnym narodzeniem.
Życie w strefie mroku
W 1963 roku Ezra Newman, Theodore Unti i Louis Tamburino odkryli nowe, jeszcze bardziej niezwykłe rozwiązanie równań Einsteina. W przeciwieństwie do rezultatu Gödla, ich rozwiązanie nie wymagało przyjęcia założenia o wirującym, wypełnionym pyłem wszechświecie. Na pierwszy rzut oka przypominało ono typową czarną dziurę.
Podobnie jak w przypadku rozwiązania Gödla, ich wszechświat pozwalał na powstawanie CTC i podróże w czasie. Co więcej, gdyby obejść tę czarną dziurę dookoła, wcale nie znaleźlibyśmy się w punkcie wyjścia. Zamiast tego, jak w przypadku cięć Riemanna, trafilibyśmy na inną powierzchnię wszechświata. Topologię wszechświata Newmana-Unti-Tamburino można porównać do spiralnych schodów. Jeśli przejdziemy po takich schodach, wykonując obrót o 360 stopni, nie dotrzemy do tego punktu, z którego wyruszyliśmy, ale piętro wyżej. Życie w takim wszechświecie byłoby gorsze od koszmaru, a zdrowy rozsądek zdałby się na nic. Ten dziwaczny twór był tak niedorzeczny, że wkrótce nazwano go wszechświatem NUT, od inicjałów jego twórców.
W pierwszej chwili relatywiści odrzucili rozwiązanie NUT w ten sam sposób, w jaki poradzili sobie z pracą Gödla – nic nie wskazywało na to, by nasz Wszechświat ewoluował tak, jak przewidywało to rozwiązanie, więc zostało ono arbitralnie zaniechane. Jednak po upływie dziesięcioleci worek z dziwacznymi rozwiązaniami równań Einsteina, pozwalającymi na podróże w czasie, się rozwiązał. Na początku lat siedemdziesiątych Frank J. Tipler z Uniwersytetu Tulane’a w Nowym Orleanie ponownie przeanalizował stare rozwiązanie równań Einsteina, znalezione przez W.J. van Stockuma w 1936 roku, jeszcze przed pracą Gödla. Zakładało ono istnienie nieskończenie długiego, wirującego cylindra. Nieoczekiwanie rozwiązanie to, jak wykazał Tipler, również przeczy zasadzie przyczynowości.
Okazało się, że nawet rozwiązanie Kerra (które jest najbardziej realistycznym fizycznie opisem czarnych dziur w przestrzeni kosmicznej) pozwalało na podróże w czasie. Rakieta, która przejdzie przez środek czarnej dziury Kerra (jeśli, oczywiście, nie zostanie zmiażdżona) może przestać spełniać zasadę przyczynowości.
Wkrótce fizycy odkryli, że osobliwości typu NUT tkwią w bardzo wielu rozwiązaniach, opisujących czarne dziury lub rozszerzający się Wszechświat. Pozwala to na stworzenie nieskończonej liczby patologicznych rozwiązań równań Einsteina. Można na przykład wykazać, że każde rozwiązanie tych równań zawierające tunel czasoprzestrzenny zezwala na jakąś formę podróży w czasie.
Według relatywisty Franka Tiplera, „można znaleźć rozwiązania równań pola opisujące praktycznie dowolnie dziwne zachowanie”. W ten sposób pojawiło się mnóstwo niedorzecznych rozwiązań równań Einsteina, które z pewnością przeraziłyby wielkiego fizyka, gdyby jeszcze żył.
W pewnym sensie równania Einsteina okazały się koniem trojańskim. Z zewnątrz wyglądały one jak wspaniały prezent, który przewiduje obserwowalne zakrzywienie światła gwiazd pod wpływem grawitacji i daje przekonujące wyjaśnienie pochodzenia Wszechświata. W środku jednak czyhały wszelkiego rodzaju demony i gobliny, pozwalające na podróże międzygwiezdne przez tunele czasoprzestrzenne i przemieszczanie się w czasie. Ceną, jaką musieliśmy zapłacić za zgłębienie najciemniejszych sekretów Wszechświata, była możliwość zanegowania niektórych z naszych najpowszechniejszych przekonań o świecie: że przestrzeń nie jest wielokrotnie połączona, a historii nie da się zmienić.
Ciągle jednak nierozstrzygnięte pozostawało pytanie: czy można odrzucić CTC z czysto eksperymentalnych powodów, jak to uczynił Einstein, czy też istnieje sposób, by udowodnić, że są teoretycznie możliwe, a następnie rzeczywiście zbudować wehikuł czasu?
Zbudować wehikuł czasu
W czerwcu 1988 roku trzech fizyków – Kip Thorne i Michael Morris z California Institute of Technology (Caltech) oraz Ulvi Yurtsever z Uniwersytetu Stanu Michigan – zaproponowało po raz pierwszy poważnie budowę wehikułu czasu. Przekonali oni wydawców „Physical Review Letters”, jednego z najbardziej szanowanych czasopism naukowych na świecie, że ich praca zasługuje na poważne rozpatrzenie. (W ciągu lat nadsyłano do znanych czasopism fizycznych wiele niepoważnych propozycji podróży w czasie, ale wszystkie zostały odrzucone, ponieważ nie odwoływały się do przejrzystych zasad fizycznych i równań Einsteina). Jako doświadczeni uczeni, Thorne i jego koledzy przedstawili swoje argumenty w ogólnie przyjętym języku teorii pola, a następnie dokładnie wyjaśnili, gdzie znajdują się ich najsłabsze założenia.
Zdawali sobie sprawę, że aby pokonać sceptycyzm społeczności naukowej, będą musieli poradzić sobie z powszechnymi obiekcjami, dotyczącymi użycia tuneli czasoprzestrzennych jako wehikułów czasu. Po pierwsze, o czym już wcześniej wspomniałem, Einstein wiedział, że siła grawitacji w centrum czarnej dziury będzie tak olbrzymia, iż każdy statek kosmiczny zostanie rozerwany. Chociaż matematyka dopuszcza istnienie tuneli czasoprzestrzennych, są one praktycznie bezużyteczne.
Po drugie, tunele mogą być niestabilne: niewielkie zakłócenie w tunelu czasoprzestrzennym spowoduje zapadnięcie się mostu Einsteina-Rosena. Dlatego obecność statku kosmicznego wewnątrz czarnej dziury mogłaby się stać wystarczającą przyczyną, by wejście do tunelu się zamknęło.
Po trzecie, aby przelecieć przez tunel czasoprzestrzenny na jego drugą stronę, trzeba poruszać się szybciej niż światło.
Po czwarte, efekty kwantowe byłyby tak wielkie, że tunel mógłby zamknąć się sam. Na przykład potężne promieniowanie powstające przy wejściu do czarnej dziury nie tylko zabiłoby każdego, kto próbowałby się tam dostać, ale mogłoby również zamknąć to wejście.
Po piąte, w tunelu czasoprzestrzennym czas zwalnia i zatrzymuje się zupełnie w jego środku. Dlatego tunele mają tę nieprzyjemną cechę, że gdyby ktoś obserwował z Ziemi podróżnika wkraczającego do tunelu, zauważyłby, że zbliżając się do centrum czarnej dziury, zwalnia on i w końcu się zatrzymuje. Wyglądałoby to tak, jak gdyby podróżnik został zamrożony w czasie. Innymi słowy, aby przejść przez czarną dziurę, potrzeba nieskończonego czasu. Zakładając na chwilę, że komuś udałoby się w jakiś sposób przekroczyć środek tunelu czasoprzestrzennego i powrócić na Ziemię, zniekształcenie czasu byłoby tak wielkie, że na naszej planecie upłynęłyby miliony, a nawet miliardy lat.
Z wszystkich tych powodów rozwiązań zawierających tunele czasoprzestrzenne nigdy nie traktowano poważnie.
Thorne jest uznanym kosmologiem, który mógłby w zasadzie patrzeć na wehikuły czasu z największym sceptycyzmem, czy nawet kpiną. Jednak został on stopniowo wciągnięty w próby rozwiązania tego zagadnienia w bardzo ciekawy sposób. Latem 1985 roku Carl Sagan wysłał mu rękopis swojej kolejnej książki – powieści zatytułowanej Kontakt, która poważnie badała naukowe i polityczne kwestie związane z epokowym wydarzeniem: nawiązaniem kontaktu z pozaziemską cywilizacją. Każdy uczony, który zastanawia się nad zagadnieniem istnienia życia w kosmosie, musi zmierzyć się z pytaniem, jak przełamać barierę światła. Ponieważ szczególna teoria względności Einsteina wyraźnie zabrania poruszania się
szybciej niż światło, podróż do odległych gwiazd konwencjonalnym statkiem kosmicznym trwałaby tysiące lat, czyli zdecydowanie za długo. Ponieważ Sagan chciał, żeby jego książka była jak najbardziej poprawna naukowo, napisał do Thorne’a, pytając, czy istnieją jakieś naukowo akceptowalne sposoby ominięcia bariery światła.
Prośba Sagana rozbudziła ciekawość Thorne’a. Oto jeden uczony zwraca się do drugiego z uczciwą, poprawną z punktu widzenia nauki prośbą, która zasługuje na poważną odpowiedź. Na szczęście, z powodu nietypowej natury tego zadania, Thorne wraz z kolegami podeszli do niego w niecodzienny sposób: pracowali wstecz. Normalnie fizycy rozpoczynają od jakiegoś znanego obiektu astronomicznego (gwiazdy neutronowej, czarnej dziury, Wielkiego Wybuchu) i rozwiązują równania Einsteina, aby znaleźć zakrzywienie otaczającej go przestrzeni. Istotą równań Einsteina, jak pamiętamy, jest to, że materia i energia obiektu określają stopień zakrzywienia otaczającej go czasoprzestrzeni. Postępując w ten sposób, mamy gwarancję, że znajdziemy rozwiązanie równań Einsteina dla rzeczywistych obiektów, które spodziewamy się odkryć w przestrzeni kosmicznej.
Rozmyślając nad dziwnym pytaniem Sagana, Thorne wraz z kolegami podeszli jednak do problemu od przeciwnej strony. Rozpoczęli z mglistą ideą tego, co chcieli osiągnąć. Poszukiwali rozwiązania równań Einsteina, w których kosmiczny podróżnik nie zostałby rozerwany przez efekty przypływowe w silnym polu grawitacyjnym. Potrzebowali tunelu czasoprzestrzennego, który byłby stabilny i nie zamknąłby się w trakcie podróży. Chcieli znaleźć, tunel, w którym czas potrzebny na podróż tam i z powrotem byłby mierzony w dniach, a nie milionach czy miliardach ziemskich lat, i tak dalej. Ich podstawowe założenie sprowadzało się do tego, by podróżnik miał stosunkowo wygodną podróż w czasie, gdy już znajdzie się w tunelu. Dopiero gdy zdecydowali, jak powinien wyglądać ich tunel, rozpoczęli obliczenia ilości energii potrzebnej do jego stworzenia.
W ich nieortodoksyjnym podejściu właściwie nie miało znaczenia, czy wymaganą ilość energii da się wyprodukować w naszym stuleciu. Skonstruowanie wehikułu czasu potraktowali jako problem inżynierski jakiejś przyszłej cywilizacji. Chcieli udowodnić, że jest to możliwe z punktu widzenia nauki; nie interesowała ich strona ekonomiczna ani techniczna takiego przedsięwzięcia:
„Fizyk teoretyk zwykle pyta "Jakie są prawa fizyki?" i/lub "Co mówią one o Wszechświecie?" W tym artykule stawiamy natomiast pytanie: "Jakie ograniczenia nakładają prawa fizyki na działalność dowolnie zaawansowanej cywilizacji?" Prowadzi to do kilku intrygujących problemów dotyczących samych praw. Rozpoczynamy od kwestii, czy prawa fizyki pozwalają dowolnie zaawansowanej cywilizacji na skonstruowanie i utrzymanie tuneli czasoprzestrzennych w celu odbywania podróży międzygwiezdnych”.
Kluczowym terminem jest oczywiście „dowolnie zaawansowana cywilizacja”. Prawa fizyki określają, co jest możliwe, a nie – praktyczne. Są one niezależne od kosztów, jakie trzeba ponieść, aby je sprawdzić. Dlatego to, co jest dopuszczalne przez teorię, może przekroczyć całkowity dochód naszej planety. Bardzo rozsądnie więc Thorne i jego koledzy zastrzegli, że ta mityczna cywilizacja, która potrafi wykorzystać potęgę tuneli, musi być „dowolnie zaawansowana”, czyli zdolna do przeprowadzenia wszystkich eksperymentów, jakie są możliwe (jeśli nawet nie skorzystają z nich mieszkańcy Ziemi).
Ku swemu wielkiemu zadowoleniu wkrótce z olbrzymią łatwością znaleźli zadziwiająco proste rozwiązanie, które spełniało ich wszystkie założenia. W żadnym wypadku nie było to typowe rozwiązanie z czarną dziurą, nie musieli więc martwić się licznymi problemami wiążącymi się z rozrywaniem przez zapadniętą gwiazdę zbliżających się do niej obiektów. Swoje odkrycie nazwali „przekraczalnym tunelem”, aby odróżnić je od innych rozwiązań z tunelem czasoprzestrzennym, którego nie można przebyć statkiem kosmicznym. Byli tak zadowoleni ze swojej pracy, że odpisali Saganowi, a ten wykorzystał niektóre z pomysłów w swojej książce. Zaskoczyła ich prostota tego rozwiązania; uważali, że nawet początkujący student fizyki potrafi je zrozumieć. Jesienią 1985 roku, na końcowym egzaminie kursu ogólnej teorii względności w Caltech, Thorne przedstawił to rozwiązanie studentom, nie mówiąc im, co to takiego, i poprosił, aby wyprowadzili jego fizyczne własności. (Większość studentów sporządziła szczegółową matematyczną analizę tego rezultatu, ale nie zauważyła, że mają przed sobą rozwiązanie pozwalające na podróże w czasie).
Gdyby na końcowym egzaminie studenci byli trochę bardziej spostrzegawczy, wyprowadziliby kilka zadziwiających własności tego tunelu czasoprzestrzennego. Odkryliby, że podróż przezeń byłaby tak wygodna, jak lot samolotem. Maksymalna siła grawitacji, jakiej doświadczaliby podróżujący, nie przekraczałaby 1 g. Innymi słowy, nie odczuwaliby ciężaru większego niż na Ziemi. Co więcej, podróżujący nie musieliby martwić się tym, że wejście do tunelu Thorne’a zamknie się w trakcie podróży; jest on stale otwarty. Podróż przez przekraczalny tunel nie trwałaby miliony czy miliardy lat i łatwo byłoby ją zrealizować. Morris i Thorne pisali, że „podróż będzie w pełni komfortowa i potrwa w sumie około dwustu dni” lub mniej.
Thorne zauważa, że nie znajdziemy tu paradoksów czasowych, które zwykle oglądamy w filmach: „Na podstawie scenariuszy filmów fantastycznonaukowych (na przykład takich, w których ktoś cofa się w czasie i zabija siebie samego) można oczekiwać, że CTC spowodują powstanie początkowych trajektorii o wielokrotności zerowej” (to znaczy trajektorii, które są niemożliwe). Wykazał jednak, że CTC, które pojawiają się w jego tunelu czasoprzestrzennym, wypełniają przeszłość, nie zmieniając jej i nie powodując paradoksów czasowych.
Przedstawiając te zadziwiające rezultaty społeczności naukowej, Thorne napisał: „Prezentujemy nową klasę rozwiązań równań pola Einsteina, opisującą tunele czasoprzestrzenne, które charakteryzują się tym, że mogą je przekraczać ludzie”.
Wiąże się z tym wszystkim oczywiście jeszcze jeden problem i dlatego właśnie nie mamy dotąd wehikułów czasu. Ostatnim krokiem w obliczeniach Thorne’a było wydedukowanie dokładnej natury materii i energii, potrzebnych do stworzenia tego cudownego, przekraczalnego tunelu. Thorne i jego koledzy odkryli, że w centrum tunelu musi znajdować się „egzotyczna” materia o niezwykłych właściwościach. Thorne szybko jednak wskazuje, że ta „egzotyczna” materia, chociaż niezwykła, nie wydaje się pozostawać w sprzeczności z jakimkolwiek znanym prawem fizyki. Ostrzega, że w przyszłości uczeni mogą dowieść, że coś takiego nie istnieje. Obecnie jednak wydaje się, że jest ona akceptowalną formą materii, jeśli ma się dostęp do wystarczająco zaawansowanej technologii. Thorne z pełnym przekonaniem pisze, że „dzięki jednemu tunelowi dowolnie zaawansowana cywilizacja może skonstruować maszynę umożliwiającą cofanie się w czasie”.
Schemat wehikułu czasu
Każdego, kto czytał Wehikuł czasu H.G. Wellsa, może jednak spotkać rozczarowanie, gdy zapozna się ze schematem maszyny do podróży w czasie zaproponowanym przez Thorne’a. Nie siada się na krześle w salonie, nie przesuwa kilku dźwigni, nie widzi migoczących światełek i nie doświadcza szerokiej panoramy historii włącznie z niszczycielską wojną światową, powstaniem i upadkiem wielkich cywilizacji czy owocami futurystycznych cudów nauki.
Jedna z wersji wehikułu czasu Thorne’a składa się z dwóch pomieszczeń, z których każde zawiera dwie równoległe płyty metalowe. Intensywne pole elektryczne wytwarzane pomiędzy każdą parą płyt (większe od tego, na jakie pozwala nasza dzisiejsza technika) rozdziera tkankę czasoprzestrzeni, tworząc w przestrzeni dziurę, która łączy te dwa pomieszczenia. Wtedy jedno pomieszczenie umieszcza się w rakiecie, która zostaje przyspieszona do prędkości bliskiej prędkości światła, podczas gdy drugie pozostaje na Ziemi. Ponieważ tunel czasoprzestrzenny może łączyć dwa obszary czasoprzestrzeni o różnym czasie, zegar w pierwszym pomieszczeniu odmierza czas wolniej niż zegar w drugim. Skoro czas biegnie w różnym tempie na dwóch końcach tunelu, każdy, kto wpadłby do jednego z jego wejść, zostałby natychmiast przerzucony w przeszłość lub w przyszłość.
Inny wehikuł czasu mógłby wyglądać następująco. Gdyby udało się znaleźć tę egzotyczną materię i kształtować ją tak jak metal, to prawdopodobnie idealną formą byłby cylinder. W środku cylindra stoi człowiek. Egzotyczna materia zakrzywia otaczające ją przestrzeń i czas, tworząc tunel czasoprzestrzenny połączony z odległą częścią Wszechświata w innym czasie. W środku tego zawirowania znajduje się człowiek, który, doświadczając ciśnienia grawitacyjnego nie większego niż na Ziemi, zostaje wessany do tunelu i przeniesiony na drugi koniec Wszechświata.
Na pierwszy rzut oka rozumowanie Thorne’a jest bez zarzutu. Równania Einsteina rzeczywiście wykazują, że rozwiązania z tunelami zezwalają na to, aby czas upływał w różnym tempie na obu końcach tunelu, tak więc podróże w czasie są w zasadzie możliwe. Sztuczka polega na tym, żeby takie tunele stworzyć. Thorne i jego koledzy wskazują, że główny problem wiąże się z zaprzęgnięciem wystarczającej ilości energii do zbudowania i utrzymania tunelu z egzotyczną materią.
Jednym z podstawowych dogmatów elementarnej fizyki jest to, że wszystkie ciała mają dodatnią energię. Wibrujące cząsteczki, poruszające się samochody, lecące ptaki i wzbijające się rakiety – wszystkie mają dodatnią energię. (Z definicji pusta próżnia przestrzeni ma energię zerową). Gdybyśmy jednak potrafili stworzyć ciało o „ujemnej energii” (to znaczy coś, co ma zawartość energetyczną mniejszą niż próżnia), moglibyśmy budować nietypowe konfiguracje przestrzeni i czasu, w których czas zakrzywia się w okrąg.
Ten raczej prosty pomysł ma skomplikowanie brzmiącą nazwę: uśredniony słaby warunek energetyczny (AWEC – akronim angielskiego averaged weak energy condition). Thorne ostrożnie zauważa, że AWEC musi zostać pogwałcony: aby podróż w czasie zakończyła się sukcesem, energia musi na chwilę stać się ujemna. Ujemna energia jest od samego początku przekleństwem relatywistów, którzy zdają sobie sprawę, że jej istnienie umożliwiłoby antygrawitację i wiele innych zjawisk, których nigdy nie zaobserwowano.
Thorne stwierdza jednak szybko, że istnieje sposób otrzymania ujemnej energii i to dzięki teorii kwantowej. W 1948 roku holenderski fizyk Henrik Casimir wykazał, że z teorii kwantowej może wynikać istnienie ujemnej energii: wystarczy wziąć dwie olbrzymie, pozbawione ładunku, równoległe metalowe płyty. Zdrowy rozsądek podpowiada nam, że pomiędzy płytami nie działają żadne siły, ponieważ są one elektrycznie obojętne. Casimir udowodnił, że z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, iż próżnia oddzielająca te dwie płyty aż kipi od aktywności – ciągle powstają w niej i znikają miliardy cząstek i antycząstek. Pojawiają się znikąd i rozpływają się w próżni. Ponieważ są tak ulotne, przeważnie nie udaje się ich zaobserwować i nie przeczą żadnemu prawu fizyki. Te „wirtualne cząstki” tworzą pomiędzy dwoma płytami efektywną siłę przyciągającą, która według Casimira jest mierzalna.
Gdy Casimir opublikował swój artykuł, spotkał się on z wyjątkowym sceptycyzmem. W końcu w jaki sposób dwa elektrycznie obojętne ciała mogą się przyciągać, zaprzeczając zwykłym prawom klasycznej elektryczności? Nigdy o czymś takim nie słyszano. W 1958 roku, zgodnie z przewidywaniem Casimira, fizyk M.J. Sparnaay zaobserwował ten efekt w laboratorium; od tego czasu nazywa się go efektem Casimira.
Jednym ze sposobów wykorzystania tego efektu jest umieszczenie dwóch równoległych przewodzących płyt przy wejściu do każdego tunelu; tworzy się w ten sposób na każdym jego końcu ujemną energię. Thorne i jego koledzy podsumowują: „Może się okazać, że uśredniony słaby warunek energetyczny musi być zawsze spełniony i w takim wypadku przekraczalne tunele, podróże w czasie i załamanie przyczynowości nie mogłyby zaistnieć. Nie należy jednak martwić się na zapas”.
Obecnie kwestia możliwości zbudowania wehikułu czasu Thorne’a pozostaje ciągle otwarta. Wszyscy się zgadzają, że decydującym czynnikiem będzie w pełni skwantowana teoria grawitacji. Stephen Hawking zwraca uwagę na to, że promieniowanie wytwarzane przy wejściu do tunelu będzie dość duże i dołączy z powrotem do zawartości materio-energii w równaniach Einsteina. To sprzężenie zwrotne w równaniach Einsteina zniekształci wejście do tunelu, a może nawet zamknie je na zawsze. Thorne nie zgadza się jednak z tym, że promieniowanie to będzie wystarczająco silne, aby zamknąć wejście.
W tym momencie na scenę wkracza teoria superstrun. Ponieważ teoria ta jest w pełni kwantowo-mechaniczna i zawiera ogólną teorię względności Einsteina jako podzbiór, można ją wykorzystać do obliczenia poprawek do pierwotnej teorii tuneli czasoprzestrzennych. W szczególności pozwoli ona określić, czy warunek AWEC jest fizycznie możliwy do zrealizowania i czy wejście do tunelu czasoprzestrzennego pozostanie otwarte wystarczająco długo, aby podróżnik mógł nacieszyć się wycieczką w przeszłość.
Hawking sformułował zastrzeżenia pod adresem tuneli Thorne’a. Jest to jednak dosyć zabawne, ponieważ sam Hawking zaproponował nową teorię tuneli czasoprzestrzennych, nawet jeszcze bardziej fantastyczną. Zamiast połączyć teraźniejszość z przeszłością, proponuje użyć tuneli do połączenia naszego Wszechświata z nieskończoną liczbą wszechświatów równoległych!
Źródło
