السفر عبر الزمن ليس ممكنا … أم هو؟

بول سوتر عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية أوهايو وكبير العلماء في مركز العلوم COSI. يستضيف سوتر أيضًا برنامج اسأل رجل فضاء ، ونحن لا كوكب ، و COSI Science Now.

تعلمنا النسبية الخاصة أن الأبعاد الثلاثة للفضاء والبعد الانفرادي للزمن منسوجان معًا مثل القماش. من المستحيل التفكير فيهم ككيانات منفصلة ، فقط كيان واحد موحد – الزمكان. لا يمكننا التفكير في الحركة عبر الفضاء دون الانتباه للحركة عبر الزمن ، والعكس صحيح. اليسار واليمين ، صعودا وهبوطا ، والخلف ، والمستقبل الماضي كلها على قدم المساواة.

ومع ذلك ، يبدو الوقت مختلفًا بعض الشيء. لدينا حرية كاملة في التنقل داخل الفضاء ، لكن لا يمكننا تجنب مستقبلنا. يبدو أن للوقت “سهم” ، في حين أن الأبعاد المكانية غير واضحة. بالنظر إلى الوحدة بين الزمان والمكان ، فإنه يؤدي إلى السؤال الواضح: هل السفر عبر الزمن ، من أي نوع ، ممكن؟ تحت أي ظرف من الظروف؟ على الاطلاق؟ [كيف يعمل السفر عبر الزمن في الخيال العلمي (إنفوجرافيك)]

تستكشف العديد من قصص الخيال العلمي رغبة البشرية في السفر عبر الزمن. هل مثل هذا الشيء ممكن حقًا في كوننا؟ (رصيد الصورة: Universal)

في المستقبل: بالتأكيد

الغريب أن الجواب هو نعم! لا يمكننا تجنب الانتقال إلى العقود الآجلة ، لكن يمكننا التحكم في المعدل الذي نتحرك فيه عبر الزمن. هذا نتيجة لدرس آخر من النسبية: ليست كل الساعات متشابهة.

تحدد السرعة التي تتحرك بها عبر الفضاء السرعة التي تتحرك بها عبر الزمن. في العبارة الموجزة: الساعات المتحركة تسير ببطء.

إذا كان بإمكانك بناء صاروخ كبير بما يكفي (لا تسألني كيف ، فهذه مشكلة هندسية) لتوفير تسارع ثابت قدره 1 جرام (9.8 متر في الثانية في الثانية ؛ نفس التسارع الذي توفره جاذبية الأرض على سطحه) ، يمكنك الوصول إلى مركز مجرة ​​درب التبانة – على بعد 20000 سنة ضوئية صحية – في غضون عقدين فقط من وقتك الشخصي.

يمكنك التوقف لبضع ساعات ، والحصول على نزهة بالقرب من القوس A * (الثقب الأسود في وسط المجرة) ، ثم العودة إلى صاروخك والعودة إلى الأرض.

بحلول الوقت الذي تعود فيه ، ستكون مؤهلاً للحصول على مزايا التقاعد ، إذا كانت المؤسسة التي تقدم هذه المزايا موجودة ، لأنه بينما كنت تسافر فقط لبضعة عقود وفقًا للساعة على سفينتك ، فإن حوالي 40.000 سنة قد مرت على أرض.

إغلاق حلقة

الوقت نسبي ، لكنه لا يزال يسير في نفس الاتجاه للجميع. إن السؤال عما إذا كان بإمكاننا العودة إلى الاتجاه المعاكس هو مجال النسبية العامة (GR) – هذه هي اللغة الرياضية التي نستخدمها ليس فقط لفهم الجاذبية ، ولكن العلاقة الكاملة بين الزمان والمكان والحركة.

في الموارد الوراثية ، نطرح سؤالًا أكثر تقنية قليلاً: هل هناك أي ترتيب للمادة والطاقة (الأشياء التي تشوه الزمكان) للسماح بوجود منحنيات مغلقة تشبه الزمن ، أو CTCs؟ أعلم أن هذه هي المصطلحات لكنها عبارة ممتعة يمكن إلقائها في الحفلات. تعني كلمة “منحنى” هنا مسارًا ، وتعني كلمة “تشبه الوقت” أنك لا تسير أبدًا أسرع من سرعة الضوء ، وتعني كلمة “مغلق” أنها تعود إلى نقطة البداية – وبعبارة أخرى ، ماضيها.

إذن ، أوراكل آينشتاين ، هل يسمح باستخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية؟

نعم!

نحن سوف….

يحب منشئو الخيال العلمي اللعب بالسفر عبر الزمن ، لكن هل هذا الشيء ممكن في الكون الحقيقي؟ (رصيد الصورة: بي بي سي)

الاحتمالات محدودة

هناك حوالي نصف دزينة من التكوينات المعروفة للزمكان والتي تسمح لـ CTCs ، أو السفر عبر الزمن إلى الماضي. على سبيل المثال ، اكتشف Kurt Gödel (من شهرة نظرية عدم اكتمال Gödel) أنه إذا كان توسع الكون يتسارع (وهو كذلك) والكون يدور أيضًا ، فسيُسمح لـ CTCs ويمكننا السفر إلى ماضينا لمجرد نزوة.

بقدر ما أستطيع أن أقول ، استخدم Gödel هذا الحل للإشارة إلى ألبرت أينشتاين أنه ربما لم يكن GR هو كل ما تم تصدعه ليكون – أعني ، هيا ، لا ينبغي أن تتجنب أي نظرية تحترم نفسها للعالم الطبيعي مثل هذا الحل السخيف الواضح؟

لكن نقطة جودل كانت موضع نقاش – تشير جميع الملاحظات إلى أن الكون لا يدور ، لذلك لا ينطبق هذا الحل المعين على كوننا ، والسفر عبر الزمن إلى الماضي يتم فعلاً.

آه! ولكن ماذا لو قمنا ببناء أسطوانة ضخمة طويلة بشكل غير محدود وجعلناها تدور حول محورها بالقرب من سرعة الضوء. سوف يسحب الزمكان من حوله ، وستنتهي مسارات معينة حول تلك الأسطوانة الدوارة في ماضيها. من الجيد أنه لا توجد أسطوانات ضخمة طويلة بشكل غير محدود في الكون ، أو قد يتعين علينا القلق.

انتظر ، لدي واحد: إذا قمت بعمل ثقب دودي (اختصار بين موقعين بعيدين في الزمكان) وأرسلت طرفًا واحدًا يتسابق بالقرب من سرعة الضوء وأعدته ، فإن تأثيرات تمدد الوقت العادية ستضع واحدًا تنتهي بـ “مستقبل” الآخر ، حتى تتمكن من الفالس من خلال الحلق الدودي وينتهي بك الأمر في ماضيك. ما هذا؟ الثقوب الدودية تتطلب وجود “كتلة سالبة” ، والكتلة السالبة غير موجودة في الكون؟ حسنًا ، حسنًا.

في الماضي: كلا

إنها نفس القصة في كل مرة (عفواً عن التورية التي يصعب مقاومتها). لكل سيناريو نلفقه في النسبية العامة للسماح لـ CTCs والسفر عبر الزمن إلى ماضينا ، تجد الطبيعة طريقة لإرباك خططنا واستبعاد السيناريو.

ماذا يحدث هنا؟ تسمح النسبية العامة – من حيث المبدأ – بالسفر عبر الزمن إلى الماضي ، ولكن يبدو أنه مستبعد في كل حالة. يبدو أن هناك شيئًا مضحكًا على قدم وساق ، يجب أن تكون هناك بعض القواعد الأساسية لعدم السماح بالسفر عبر الزمن. لكن لا يوجد واحد. لا يمكننا الإشارة إلى أي تفاعل جسيمي على المستوى دون الذري يمنع بوضوح تكوين مركبات الكربون الكلورية فلورية.

إن التقدم الحتمي للوقت من الماضي إلى المستقبل يشبه قانون الطبيعة الآخر الذي لا يقهر: الإنتروبيا. هذا هو القانون الحديدي للديناميكا الحرارية الذي ينص على أن الأنظمة المغلقة تتحول من مرتبة إلى غير منظمة. (يشرح هذا القانون سبب عدم قيام البيضة بتفكيك نفسها إذا تركتها بمفردها لفترة كافية). هل الوقت مرتبط بالانتروبيا؟ ربما ، ولكن هذا هو موضوع مقال آخر….