«Αν μπορούσα να γυρίσω πίσω τον χρόνο»: σε ποιόν δεν έχει συμβεί, τουλάχιστον μια φορά στη ζωή του, να προφέρει αυτή τη φράση μετανιώνοντας για μια επιλογή του παρελθόντος; Μπορεί η αιτία να ήταν ασήμαντες στιγμές, όπως ένα αποτυχημένο διαγώνισμα ή ένας καυγάς με φίλους ή περιστατικά που άλλαξαν δραστικά τη ζωή μας. Η εκ των υστέρων εκτροπή του βέλους του χρόνου που μας ράγισε την καρδιά είναι μια από τις ισχυρότερες ανθρώπινες επιθυμίες που φαίνεται αδύνατον να πραγματοποιηθούν.
Παρότι το ταξίδι στον χρόνο ανήκει στην σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας, υπάρχουν επιστήμονες, φυσικοί, μαθηματικοί και φιλόσοφοι, που ερευνούν την δυνατότητα να ταξιδέψουμε στο μέλλον ή πίσω στο παρελθόν.
Οι περισσότερες ιδέες σχετικά με πιθανά ταξίδια στον χρόνο βασίζονται στις θεωρίες της ειδικής και γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν που δημοσιεύθηκαν το 1905 και 1915 αντίστοιχα. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, ο χρόνος και ο χώρος δεν είναι απόλυτες ποσότητες, αλλά μπορούν να τεντωθούν ή να συμπιεστούν ανάλογα με την κατάσταση. Η σχετικότητα προβλέπει ότι διαφορετικοί παρατηρητές μπορούν να μετρήσουν διαφορετικά χρονικά διαστήματα μεταξύ των ίδιων γεγονότων, ανάλογα με την ταχύτητά τους ή το βαρυτικό πεδίο στο οποίο βρίσκονται.
Το τελευταίο μπορεί να ακούγεται οικείο – μια ώρα στο σχολείο ή στη δουλειά μπορεί να είναι ατέλειωτη, ενώ μια ώρα με καλή παρέα περνάει αστραπιαία. Όμως ο Αϊνστάιν δεν ενδιαφερόταν για την ψυχολογική αντίληψη του χρόνου, αλλά για την πραγματική του διάρκεια. Για παράδειγμα, σύμφωνα με την σχετικότητα, ένα δευτερόλεπτο στην επιφάνεια της Γης διαφέρει από ένα δευτερόλεπτο σε έναν δορυφόρο που βρίσκεται σε τροχιά γύρω της.
Ταξίδι στο Μέλλον
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν καθιστά δυνατό το ταξίδι στον χρόνο – αλλά μόνο προς το μέλλον. Τα ρολόγια τρέχουν πιο αργά για τους κινούμενους παρατηρητές. Έτσι, αν πάρετε ένα διαστημόπλοιο για ένα ταξίδι πέντε ετών στο διάστημα μετ’ επιστροφής και το σκάφος ταξιδεύει με το 97% της ταχύτητας του φωτός, θα έχουν περάσει περίπου είκοσι χρόνια στη Γη όταν θα επιστρέψετε. Γι’ αυτό, μετά από 11 μήνες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, ο αστροναύτης Scott Kelly της NASA είναι πλέον 13 χιλιοστά του δευτερολέπτου νεότερος από τον δίδυμο αδερφό του, ο οποίος παρέμεινε στη Γη.
Ωστόσο, δεν είναι μόνο η κίνηση που μπορεί να κάνει τον χρόνο να κυλά πιο αργά ή πιο γρήγορα. Μπορούν επίσης να το κάνουν η βαρύτητα ή η επιτάχυνση. Αυτό οφείλεται στο ότι σύμφωνα με την θεωρία του Αϊνστάιν η βαρύτητα είναι ένα γεωμετρικό φαινόμενο: η μάζα και η ενέργεια (οι οποίες είναι ισοδύναμες, σύμφωνα με την εξίσωση E = mc2) καμπυλώνουν τον χωροχρόνο, ο οποίος με την σειρά του ελέγχει την κίνηση των αντικειμένων με μάζα. Μπορείτε να φανταστείτε ότι βαριά αντικείμενα όπως τα άστρα προκαλούν ένα βαθούλωμα στον χωροχρόνο, γι’ αυτό και άλλα αντικείμενα με μεγάλη μάζα, όπως οι πλανήτες, έλκονται από αυτά.
Κι επειδή τα αντικείμενα με μεγάλη μάζα στρεβλώνουν τον χωροχρόνο τόσο δραματικά, ο χρόνος περνά πιο αργά στην περιοχή τους. Αυτή η ιδέα «υλοποιείται» στην ταινία Interstellar του Christopher Nolan. Στην ταινία, ο πρωταγωνιστής ταξιδεύει κοντά σε μια μαύρη τρύπα αναζητώντας έναν κατοικήσιμο πλανήτη για την ανθρωπότητα. Ενώ για αυτόν περνούν μόνο λίγοι μήνες καθώς εξερευνά την περιοχή, η κόρη του που βρίσκεται στη Γη, γερνάει κατά αρκετές δεκαετίες.
Ταξίδι στο Παρελθόν
Τεχνικά, ορισμένες λύσεις των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας επιτρέπουν και το ταξίδι πίσω στον χρόνο διαμέσου των επονομαζομένων κλειστών χρονοειδών καμπυλών. Ταξιδεύοντας κατά μήκος αυτών των καμπυλών, κάποιος ξεκινά από ένα σημείο στον χωροχρόνο, κινείται πίσω στο παρελθόν και τελικά επιστρέφει στο σημείο εκκίνησής του στον χώρο και τον χρόνο. Ο Ολλανδός μαθηματικός Willem Jacob van Stockum ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε αυτή την δυνατότητα το 1937.
Γιατί πέρασαν περισσότερα από 20 χρόνια μεταξύ της ανάπτυξης της γενικής σχετικότητας και αυτής της διαπίστωσης; Η θεωρία του Αϊνστάιν επιτρέπει πολλές λύσεις και η καθεμιά περιγράφει ένα διαφορετικό σύμπαν.
Όταν ο Αϊνστάιν δημοσίευσε τα αποτελέσματά του το 1915, οι ερευνητές έψαχναν λύσεις που να αντιστοιχούν όσο το δυνατόν περισσότερο στον δικό μας κόσμο. Αλλά αυτό δεν είναι εύκολο έργο. Οι υπολογισμοί είναι συχνά εξαιρετικά πολύπλοκοι και πολλές ιδιότητες του σύμπαντός μας παραμένουν απροσδιόριστες. Για παράδειγμα, τι σχήμα έχει; Και πώς κατανέμεται η μάζα μέσα σε αυτό;
Οι εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν που αποτελούν την βάση της γενικής σχετικότητας είναι διαφορικές εξισώσεις. Αυτό σημαίνει ότι περιγράφουν το πώς μεταβάλλονται οι συναρτήσεις συναρτήσει διαφόρων μεταβλητών: για παράδειγμα, πώς η καμπυλότητα του χώρου μεταβάλλεται στον χρόνο και τον χώρο. Συνοπτικά, οι εξισώσεις μπορούν να εκφραστούν με μια σχεδόν «αθώα» μορφή: Gμν + Λgμν = 8πG/c4×Tμν
Η αριστερή πλευρά αυτής της εξίσωσης πραγματεύεται την γεωμετρία του χώρου, όπου το Λ αντιπροσωπεύει την κοσμολογική σταθερά (η οποία εξηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος). Από την άλλη, η δεξιά πλευρά, περιλαμβάνει το τμήμα που περιέχει ύλη και εξηγεί πώς τα αντικείμενα με μάζα κινούνται στον χώρο και με την σειρά τους πώς τον επηρεάζουν. Πίσω από όλες αυτές τις μεταβλητές κρύβονται περίπλοκες εκφράσεις, συμπεριλαμβανομένων διαφορικών τελεστών, όπως οι παράγωγοι.
Μια Εξίσωση με Πολλές Λύσεις
Ο στόχος είναι να βρεθεί μια ορισμένη γεωμετρία (με την μορφή μιας μετρικής όπως το gμν, ενός τανυστή που ορίζει την γεωμετρία του χωροχρόνου) και κατανομή μάζας (Tμν) που θα ικανοποιεί την παραπάνω εξίσωση. Ο αστρονόμος Karl Schwarzschild ήταν ένας από τους πρώτους που βρήκε μια λύση το 1916. Την χρησιμοποίησε για να περιγράψει τον κενό χωροχρόνο γύρω από ένα ακίνητο, σφαιρικό αντικείμενο με μάζα. Αυτό επιτρέπει, για παράδειγμα, τον υπολογισμό της βαρύτητας κοντά σε έναν πλανήτη, ένα άστρο ή ακόμα και μια μαύρη τρύπα.
Το 1963 ο μαθηματικός Roy Kerr ακολούθησε την ίδια προσέγγιση με τον Schwarzschild αλλά για περιστρεφόμενες μάζες. Η λύση του ωστόσο έχει εκπληκτικές ιδιότητες: αυτή η λύση καθιστά δυνατή την ύπαρξη μιας διαδρομής κατά μήκος μιας κλειστής, χρονοειδούς καμπύλης. Θεωρητικά, αυτό σημαίνει ότι το ταξίδι στο παρελθόν επιτρέπεται σε αυτό το σύστημα. Μπορεί να συμβεί μόνο σε μια περιοχή του χωροχρόνου Kerr που όμως είναι ασταθής και οι παραμικρές αλλαγές προκαλούν την κατάρρευσή της. Έτσι, παρότι η λύση Kerr πιθανότατα περιγράφει αρκετά καλά τον χωροχρόνο έξω από τις περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, αποτυγχάνει στην περιοχή κοντά τους – και είναι ακριβώς σε αυτή την περιοχή όπου θα ήταν δυνατές οι χρονοειδείς καμπύλες. Όμως, όπως αποδεικνύεται, το σύμπαν του Kerr δεν είναι η μόνη λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν που επιτρέπει ταξίδι στο παρελθόν.
Στη συνέχεια θα εξετάσουμε κι άλλες λύσεις της ειδικής και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας που προσφέρουν διαφορετικές αντιλήψεις για το σύμπαν, τον χρόνο και τον χώρο.
Οι σκουληκότρυπες ως Μηχανή του Χρόνου
Προηγουμένως είδαμε πώς η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν κάνει δυνατό το ταξίδι στο μέλλον και πώς διάφορες λύσεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας ανοίγουν την πόρτα για το ταξίδι στο παρελθόν. Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες λύσεις προέρχεται από έναν ιδιοφυή μαθηματικό και φίλο του Αϊνστάιν, τον Kurt Gödel.
Το 1949, ως δώρο γενεθλίων για τον Αϊνστάιν, ο Gödel ανέπτυξε μια λύση που θα επέτρεπε χρονοειδείς καμπύλες. Αν επρόκειτο να ταξιδέψετε κατά μήκος αυτών των καμπυλών, θα ξεκινούσατε από ένα σημείο στον χωροχρόνο, θα κινούσασταν στο παρελθόν και τελικά θα καταλήγατε πίσω στο χρονικό σημείο εκκίνησής σας. Το σύμπαν που περιγράφει η λύση του Gödel ήταν ωστόσο παράξενο. Αποτελούνταν από σωματίδια που έμοιαζαν με σκόνη και κινούνταν σαν ρευστό σε έναν περιστρεφόμενο χωροχρόνο με αρνητική κοσμολογική σταθερά. Και το σχεδίασε ειδικά με αυτόν τον τρόπο για να κάνει εφικτό το ταξίδι στο παρελθόν.
Αυτό οδήγησε τους φυσικούς να υποθέσουν ότι οι χρονοειδείς καμπύλες ήταν ένα τρελούστικο κατασκεύασμα μη ρεαλιστικών λύσεων στη γενική σχετικότητα. Όμως, το 1988 ο Kip Thorne και οι συνεργάτες του βρήκαν ένα νέο είδος λύσης στις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν: διασχίσιμες σκουληκότρυπες, οι οποίες θα επέτρεπαν το ταξίδι στον χρόνο σε ρεαλιστικά μοντέλα του σύμπαντος. Αυτό αναζωπύρωσε το ενδιαφέρον των επιστημόνων για τα ταξίδια στον χρόνο. Οι σκουληκότρυπες είναι ένας τρόπος με τον οποίο οι φυσικοί έχουν φανταστεί το ταξίδι στο παρελθόν(*). Αλλά αν κάτι φτάσει εκεί, είναι φυσικά δυνατό να αλλάξει οτιδήποτε;
Το παράδοξο του παππού(**)
Η πιθανή ύπαρξη κλειστών χρονοειδών καμπυλών εγείρει πολλά ερωτήματα. Θεωρήστε αυτό που τέθηκε στο μυθιστόρημα «Future Times Three» του Γάλλου συγγραφέα René Barjavel το 1944: Τι θα γινόταν αν ένα άτομο ταξίδευε στο παρελθόν και προκαλούσε τον θάνατο του παππού του προτού εκείνος μπορέσει να αποκτήσει παιδιά; Σε αυτή την περίπτωση, ο χρονοταξιδιώτης δεν έπρεπε να υπάρχει, δημιουργώντας ένα παράδοξο.
Ο Ρώσος φυσικός Igor Dmitriyevich Novikov ασχολήθηκε με τέτοια ερωτήματα και διατύπωσε την αρχή της αυτοσυνέπειάς του: ένας χρονοταξιδιώτης μπορεί να επηρεάσει το παρελθόν, αλλά δεν μπορεί να το αλλάξει. Έτσι, η παρέμβαση του χρονοταξιδιώτη δεν μπορεί να μεταμορφώσει το μέλλον σε κάτι διαφορετικό από αυτό από το οποίο ξεκίνησε. Αυτή η αρχή έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλές τηλεοπτικές σειρές και ταινίες, όπως το Doctor Who, το The Umbrella Academy, το 12 Monkeys και η γερμανική τηλεοπτική σειρά Dark. Οι πρωταγωνιστές προσπάθησαν να αλλάξουν το παρελθόν, αλλά οι ενέργειές τους προκάλεσαν τελικά τα ίδια τα γεγονότα που αρχικά προσπαθούσαν να αποτρέψουν.
Για να υποστηρίξουν την αρχή της αυτοσυνέπειας, ο Thorne και αρκετοί από τους μαθητές του ανέπτυξαν ένα υποδειγματικό μοντέλο του παραδόξου του παππού που περιγράφεται από τον Barjavel. Φανταστείτε μια μπάλα να κυλάει μέσα από μια σκουληκότρυπα στο παρελθόν και να αναδύεται με τέτοιο τρόπο ώστε να συγκρούεται με τον μελλοντικό εαυτό της, εμποδίζοντάς τον έτσι να κυλήσει εξ’ αρχής μέσα στην σκουληκότρυπα. Το ερώτημα που απασχόλησε τους φυσικούς ήταν: Για κάθε αρχική συνθήκη, θέση και αρχική ταχύτητα της μπάλας, υπάρχει μια λύση στην οποία το περιγραφόμενο σενάριο δεν συμβαίνει; Με άλλα λόγια, θα μπορούσε η μπάλα να βγαίνει πάντα από την σκουληκότρυπα με τέτοιο τρόπο ώστε να συγκρούεται με τον μελλοντικό εαυτό της, αλλά ο μελλοντικός εαυτός να βρίσκει και πάλι τον δρόμο του προς την τρύπα; Πράγματι, οι υπολογισμοί της ομάδας του Thorne το 1991 φάνηκε να το επιβεβαιώνουν.
Δεν μπόρεσαν να κατασκευάσουν κατάλληλες αρχικές συνθήκες που θα επέτρεπαν στην μπάλα να εμποδίσει αναπόφευκτα τον μελλοντικό εαυτό της από το να κυλήσει μέσα στη σκουληκότρυπα. Αυτό το συμπέρασμα τους επέτρεψε να ενισχύσουν την υπόθεσή τους: οι αυτοσυνεπείς λύσεις για το ταξίδι στον χρόνο φαίνονται πάντα δυνατές. Αλλά δεν μπορούσαν να το αποδείξουν.
Όπως ανακάλυψαν, για ορισμένες αρχικές καταστάσεις ήταν δυνατά διάφορα αυτοσυνεπή σενάρια – μάλιστα σε ορισμένες περιπτώσεις άπειρα. Αλλά αυτό οδήγησε στο ερώτημα ποιο σενάριο θα συνέβαινε στην πραγματικότητα. Σαν να μην ήταν αρκετά περίπλοκο αυτό, ο Thorne και οι φοιτητές του χρησιμοποίησαν επίσης την κβαντομηχανική: υπέθεσαν ότι η μπάλα βρίσκεται σε μια υπέρθεση όλων των συνεπών πιθανοτήτων την στιγμή που εξέρχεται από τη σκουληκότρυπα. Αυτό σημαίνει ότι η μπάλα δεν πέφτει με ακριβώς μία συγκεκριμένη ταχύτητα, αλλά μάλλον με όλες ταυτόχρονα. Οι ερευνητές κατάφεραν ωστόσο να δείξουν ότι αυτή η εκδοχή είναι επίσης συμβατή με τη φυσική της σκουληκότρυπας και επομένως με την γενική σχετικότητα.
Ένα Αποτυχημένο Πάρτι για Χρονοταξιδιώτες
Αν και αυτή η λύση ικανοποίησε ορισμένους φυσικούς, δεν ήταν αρκετή για τον Stephen Hawking. Το 1992 διατύπωσε την «εικασία για την προστασία της χρονολογίας», σύμφωνα με την οποία οι φυσικοί νόμοι μιας (απροσδιόριστης ακόμα) θεμελιώδους θεωρίας θα εμπόδιζαν τα μακροσκοπικά αντικείμενα να ταξιδέψουν πίσω στον χρόνο. «Φαίνεται ότι υπάρχει ένας οργανισμός προστασίας της χρονολογίας, ο οποίος αποτρέπει την εμφάνιση κλειστών χρονοειδών καμπυλών και έτσι καθιστά το σύμπαν ασφαλές για τους ιστορικούς», έγραψε.
Αυτή η ιδέα δεν ήταν εντελώς νέα και μπορεί να βρεθεί, μεταξύ άλλων, στο έργο του Isaac Asimov «Το Τέλος της Αιωνιότητας». Εκεί, ένας οργανισμός πέραν του χρόνου, η «Αιωνιότητα», παρεμβαίνει για να διασφαλίσει ότι όλα τα ιστορικά γεγονότα συμβαίνουν πράγματι όπως έχουν ήδη συμβεί.
Για να υπογραμμίσει την άποψή του, ο Hawking διοργάνωσε ένα πάρτι με σαμπάνια, γλυκά και μπαλόνια στις 28 Ιουνίου 2009, αλλά δεν εμφανίστηκε κανείς. Η δημόσια πρόσκληση στάλθηκε μόνο αφότου πραγματοποιήθηκε το πάρτι και επομένως απευθυνόταν σε χρονοταξιδιώτες. Εντελώς χιουμοριστικά, για τον Hawking αυτή ήταν μια ξεκάθαρη ένδειξη ότι το ταξίδι στο παρελθόν είναι αδύνατο.
πηγές:
1, Does physics allow time travel? https://www.scientificamerican.com/article/why-einsteins-theories-of-relativity-make-time-travel-possible/
2. Wormholes could be the key to time travel- – https://www.scientificamerican.com/article/wormholes-could-be-the-key-to-time-travel/
(*) Η διατήρηση μιας διασχίσιμης σκουληκότρυπας απαιτεί εξωτική ύλη, δηλαδή ύλη με αρνητική ενεργειακή πυκνότητα και παραβίαση ορισμένων ενεργειακών συνθηκών (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ: Οι σκουληκότρυπες στο επίκεντρο της επικαιρότητας).
(**) Δείτε επίσης: Το παράδοξο του παππού
Κατηγορίες:ΔΙΑΣΤΗΜΑ, ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ
physicsgg 
Σχολιάστε