Olvasnivaló: A rövid válaszok nagy kérdésekre Stephen Hawking legújabb könyve

2024 Szerző: Malcolm Clapton | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 03:59

Részlet a nagy tudós munkájából arról, hogy lehetséges-e az időutazás.

Az időutazással szorosan összefügg az a képesség, hogy a tér egyik pontjáról gyorsan át tudunk lépni a másikba. Ahogy korábban mondtam, Einstein megmutatta, hogy végtelenül erős tolóerőre van szükség ahhoz, hogy egy űrhajót közel fénysebességre gyorsítsanak fel. Tehát az egyetlen módja annak, hogy ésszerű időn belül a Galaxis egyik részéből a másikba kerüljünk, ha képesek vagyunk a téridőt úgy hajtogatni, hogy egy kis cső, vagy "féreglyuk" keletkezzen. Összekötheti a Galaxis két részét, és a legrövidebb útként működik közöttük; ide-oda repülhetsz, és még mindig élve elkaphatod az összes barátodat. Az ilyen „féreglyukakat” komolyan vették a jövő civilizációja számára elérhető lehetőségként. Ha néhány héten belül sikerül átköltöznie a Galaxis egyik részéből a másikba, akkor egy másik „lyukon” keresztül térhet vissza – ugyanabban az időben, mielőtt útnak indulna. Ezenkívül semmi sem akadályoz meg abban, hogy egy "féreglyukon" keresztül előrehaladjon és visszatérjen a múltba, ha annak mindkét vége egymáshoz képest elmozdul.

Azt mondhatjuk, hogy egy "féreglyuk" létrehozásához a téridőt az ellenkező irányba kell meghajlítani, mint amibe a közönséges anyag hajlítja. A közönséges anyag maga felé hajlítja a téridőt, akár a Föld felszíne. De egy "féreglyuk" létrehozásához olyan anyagra van szükség, amely a téridőt az ellenkező irányba hajli, akár egy nyereg felülete. Ugyanez igaz a téridő bármely más görbületére, amely a múltba utazik, kivéve, ha az univerzum annyira görbült, hogy már rendelkezik időutazási képességekkel. Csak ebben az esetben lesz szüksége negatív tömegű és negatív energiasűrűségű anyagra.

Az energia olyan, mint a pénz. Ha pozitív egyenlege van a bankban, a pénzt tetszőleges módon felhasználhatja. A klasszikus, egészen a közelmúltig megváltoztathatatlan törvények szerint azonban a folyószámlahitel energiafelhasználáskor nem megengedett.

A klasszikus törvények lehetetlenné teszik számunkra, hogy meghajlítsuk az univerzumot, hogy lehetővé váljon az időutazás. A klasszikus törvényeket azonban megcáfolja a kvantumelmélet – az általános relativitáselmélet után a második, az Univerzum megértésében bekövetkezett nagy intellektuális forradalom. A kvantumelmélet rugalmasabb, és bizonyos esetekben lehetővé teszi a folyószámlahitelt. A bank azonban legyen kedves velünk. Más szóval, a kvantumelmélet bizonyos helyeken negatív energiasűrűséget tesz lehetővé, ha máshol pozitív sűrűséget biztosít.

A kvantumelmélet megengedi a negatív energiasűrűséget, mert a bizonytalanság elvén alapul. És azzal érvel, hogy bizonyos jellemzőknek, mint például a részecske helyzetének és sebességének, nem lehetnek egyidejűleg pontosan mért értékei. Minél pontosabban határozzuk meg a részecske helyzetét, annál nagyobb a bizonytalanság a sebességével kapcsolatban, és fordítva. A bizonytalanság elve a mezőkre is vonatkozik – például elektromágneses vagy gravitációs térre. Azt állítja, hogy ezeknek a mezőknek nem lehet nulla értéke, még akkor sem, ha azt gondoljuk, hogy üres hely van. A helyzet az, hogy ha az értékük egyenlő nullával, akkor ez azt jelenti, hogy jól meghatározott pozícióval kell rendelkezniük, amely nullával egyenlő, és jól meghatározott sebességgel kell egyenlő nullával. Ez pedig ellentétes a bizonytalanság elvével. Ez azt jelenti, hogy a mezőknek minimális ingadozással kell rendelkezniük. Elképzelhető az úgynevezett vákuum fluktuáció részecskék és antirészecskék párjai formájában, amelyek hirtelen keletkeznek, szétválnak, majd újra összeolvadnak és megsemmisülnek, kölcsönösen megsemmisítik.

Az ilyen részecskepárokat - antirészecskéket virtuálisnak tekintjük, mivel részecskedetektorral közvetlenül nem detektálhatók. De közvetett hatás is megfigyelhető. Ehhez az úgynevezett Kázmér-effektust alkalmazzák. Próbáljon meg elképzelni két párhuzamos fémlemezt, amelyek kis távolságra vannak egymástól. A lemezek tükörként szolgálnak a virtuális részecskék és antirészecskék számára. Ez azt jelenti, hogy a lemezek közötti tér úgy néz ki, mint egy orgonasíp, csak bizonyos rezonanciafrekvenciájú fényhullámokat sugároz. Ennek eredményeként kiderül, hogy bizonyos mennyiségű kvantumfluktuáció lép fel a lemezek között, eltér attól, ami mögöttük történik, ahol ezeknek a fluktuációknak bármilyen hullámhossza lehet. A lemezek és a külső részecskék számának különbsége azt jelenti, hogy az egyik oldalon nagyobb nyomás nehezedik a lemezekre, mint a másikra. Kis erő lép fel, ami közelebb hozza egymáshoz a lemezeket. Ez az erő kísérletileg mérhető. Tehát a virtuális részecskék a valóságban léteznek, és valós hatást fejtenek ki.

Mivel a lemezek között kevesebb a virtuális részecske, vagy vákuumban kvantumfluktuáció, itt az energiasűrűség is kisebb, mint a környező térben. De a lemezektől nagy távolságban lévő üres tér energiasűrűségének nullának kell lennie. Ellenkező esetben a téridő görbült lesz, és az Univerzum nem lesz teljesen lapos. Ez azt jelenti, hogy a lemezek közötti területen az energiasűrűségnek negatívnak kell lennie.

Kísérletileg bizonyított fényeltérülés azt jelzi, hogy a téridő görbült, a Casimir-effektus pedig megerősíti, hogy a görbület negatív is lehet. És úgy tűnhet, hogy a tudomány és a technológia fejlődésével képesek leszünk "féreglyukakat" létrehozni, vagy más módon meghajlítani a teret és az időt, hogy el tudjunk utazni a múltba. De ebben az esetben számos kérdés és probléma óhatatlanul felmerül.

Például: ha a jövőben lehetségessé válik az időutazás, miért nem tért vissza hozzánk senki a jövőből, és nem mondta meg, hogyan tegyük.

Még ha jó okunk is van arra, hogy sötétben tartsanak bennünket, az embereknek eredendően nehéz elhinni, hogy senki sem akar megjelenni, és felfedni nekünk, szegény elmaradott parasztoknak az időutazás titkát. Természetesen egyesek azzal érvelnek, hogy a jövő vendégei már meglátogatnak bennünket – UFO-kon repülnek, és a kormányok óriási összeesküvésben vesznek részt, hogy eltusszák ezeket a tényeket, hogy felhasználják a tudományos ismereteket, amelyeket a vendégek magukkal hordnak. Csak egyet mondhatok: ha a kormányok titkolnak valamit, akkor sem tudják felhasználni az idegenektől kapott hasznos információkat. Nagyon szkeptikus vagyok az "összeesküvés-elméletet" illetően, és valószínűbbnek tartom a "zűrzavar-elméletet". Az UFO-jelentések nem köthetők kizárólag az idegenekhez, mert egymásnak ellentmondanak. De ha beismerjük, hogy ezeknek a megfigyeléseknek egy része csak tévedés vagy hallucináció, nem logikusabb-e beismerni, hogy azok, mint azt hinni, hogy a jövőből vagy a Galaxis egy másik részéből érkezők látogatnak hozzánk? Ha ezek a vendégek valóban kolonizálni akarják a Földet, vagy figyelmeztetnek minket valamilyen veszélyre, akkor rendkívül hatástalanok.

Van mód az időutazás gondolatának összeegyeztetésére azzal, hogy még soha nem találkoztunk jövőbeli vendégekkel. Elmondhatjuk, hogy ilyen utazás csak a jövőben lesz lehetséges. Múltunk térideje rögzült, mert megfigyeltük, és láttuk, hogy nem elég görbült ahhoz, hogy vissza tudjunk utazni az időben. A jövő pedig nyitott, így egyszer megtanuljuk meghajlítani a téridőt, és lehetőséget kapunk az időutazásra. De mivel a téridőt csak a jövőben tudjuk majd meghajlítani, nem tudunk visszatérni onnan a jelenünkbe, sőt még korábban sem.

Egy ilyen kép jól megmagyarázhatja, hogy miért nem tapasztalunk turisták beáramlását a jövőből. De még mindig sok paradoxonnak hagy teret. Tegyük fel, hogy van lehetőség egy űrhajóval repülni és a repülés megkezdése előtt visszatérni. Mi akadályozza meg, hogy felrobbantsanak egy rakétát az indítóhelyen, és ezzel kizárják egy ilyen repülés lehetőségét? Vannak más, nem kevésbé paradox verziók is: például visszamenni az időben, és megölni a szüleidet, mielőtt megszülettél. Erre két megoldás lehetséges.

Egy dolgot következetes történelmi megközelítésnek neveznék. Ebben az esetben lehet konzisztens megoldást találni a fizikai egyenletekre - még akkor is, ha a téridő olyan mértékben meggörbül, hogy a múltba is el lehet utazni. Ebből a szempontból nem készíthet fel egy rakétát a múltba való utazásra, ha nem tért vissza hozzá, és nem tudta felrobbantani az indítóállást. Ez egy szekvenciális kép, de azt mondja, hogy teljesen elszántak vagyunk: nem vagyunk képesek megváltoztatni a gondolatainkat. Ez túl sok a szabad akarathoz.

Egy másik megoldást alternatív történelem megközelítésnek nevezek. Ezt David Deutsch fizikus támogatta, és valószínűleg a Vissza a jövőbe alkotói gondolták rá. Ezzel a megközelítéssel az egyik alternatív történelemben nem lesz visszatérés a jövőből a rakéta kilövése előtt, és ennek megfelelően nem lesz lehetőség a felrobbantására. Ám amikor az utazó visszatér a jövőből, egy másik alternatív történelemben találja magát. Ebben az emberi faj hihetetlen erőfeszítéseket tesz egy űrhajó megépítésére, de mielőtt elindulna a Galaxis egy másik részéből, megjelenik egy hasonló hajó, és elpusztítja az építettet.

David Deutsch egy alternatív történelmi megközelítést részesít előnyben a történelem pluralitásának koncepciójával szemben, amelyet Richard Feynman fizikus terjesztett elő. Elképzelése az, hogy a kvantumelmélet szerint az univerzumnak nincs egyedi és egyedi története.

Az Univerzumban minden lehetséges történet létezik, mindegyiknek megvan a maga valószínűsége.

Lehetőséget kell teremteni egy olyan történetre, amelyben stabil béke uralkodik a Közel-Keleten, de egy ilyen történet valószínűsége nagyon kicsi.

Egyes történetekben a téridő eltorzul, így az olyan tárgyak, mint a rakéták, visszatérhetnek múltjukba. De minden történet szerves és önálló, nemcsak a görbült téridőt írja le, hanem a benne lévő összes tárgyat is. Ezért a visszatérő rakéta nem kerülhet be egy másik alternatív történelembe. Ugyanabban a történetben marad, amelynek önkonzisztensnek kell lennie. És Deutschtal ellentétben én úgy gondolom, hogy a történetek sokaságának gondolata inkább a következetes történelmi megközelítést támogatja, mint egy alternatív történelmi megközelítést.

Úgy tűnik, nem vagyunk abban a helyzetben, hogy feladjuk a következetes történelmi képet. Ez azonban nem feltétlenül foglalkozik a determinizmus és a szabad akarat kérdéseivel, ha nagyon kicsi a valószínűsége azoknak a történeteknek, amelyekben a téridő úgy görbül, hogy az időutazás a makroszkopikus skálán túl is lehetséges. Ezt hívom kronológiai biztonsági hipotézisnek: a fizika törvényei úgy vannak kialakítva, hogy megakadályozzák az időutazást makroszkopikus szinten.

Úgy tűnik, hogy ha a téridő szinte eléggé ívelt ahhoz, hogy a múltba utazhasson, akkor a virtuális részecskék szinte valós részecskéivé válhatnak, amelyek zárt pályákon mozognak. A virtuális részecskék sűrűsége és energiája jelentősen megnő, ami azt jelenti, hogy az ilyen történetek valószínűsége nagyon kicsi. Bár ez kezd hasonlítani egy időrendi védelmi ügynökség tevékenységéhez, amely a világot meg akarja őrizni a történészek számára. De a tér és idő görbületének témája még gyerekcipőben jár. Az M-elmélet néven ismert húrelmélet egyesítő formája szerint, amelytől nagy reményeket fűzünk az általános relativitáselmélet és a kvantumelmélet egyesítéséhez, a téridőnek tizenegy dimenzióval kell rendelkeznie, nem az általunk tapasztalt négynek.

A lényeg az, hogy ebből a tizenegy dimenzióból hét olyan kis helyre van feltekerve, hogy észre sem vesszük. Másrészt a fennmaradó négy dimenzió gyakorlatilag lapos, és azt reprezentálja, amit téridőnek nevezünk. Ha ez a kép helyes, akkor a négy lapos dimenziót valahogy összekapcsolni kell a fennmaradó hét erősen ívelt vagy torz mérettel. Hogy mi lesz ebből, azt még nem tudjuk. De a lehetőségek izgalmasak.

Befejezésül a következőket mondom.

Modern koncepcióink nem zárják ki a gyors űrutazás és a múltba való visszatérés lehetőségét. Ez óriási logikai problémákat okozhat, ezért reméljük, hogy létezik valamiféle kronológiai biztonsági törvény, amely megakadályozza, hogy az emberek visszamenjenek az időben és megöljék szüleiket.

De a sci-fi rajongóknak nem szabad elkeseredniük. Az M-elmélet reményt ad.

Stephen Hawking világhírű fizikus utolsó munkája, egy könyv-testamentum, melyben összefoglalja és megszólal a mindenkit foglalkoztató legfontosabb témákról.

Élni fog az emberiség? Ennyire aktívnak kell lennünk az űrben? Van Isten? Ez csak néhány kérdés, amelyre a történelem egyik legnagyobb elméje válaszolt utolsó könyvében.