Ταξίδι στο χρόνο: Μια νέα μαθηματική προσέγγιση.

Η διαπραγμάτευση μιας θεματικής σαν το ταξίδι στο χρόνο μοιάζει σαν να φλερτάρουμε με την επιστημονική φαντασία.  Ένα νέο μαθηματικό μοντέλο όμως έρχεται να ταράξει τα νερά της επιστημονικής κοινότητας. Το μοντέλο αυτό είναι μία θεωρητική χρονομηχανή, ένα μαθηματικό «κουτί» που μπορεί να ταξιδέψει τόσο στο παρελθόν όσο και στο μέλλον.  Ο θεωρητικός φυσικός και μαθηματικός, Ben Tippett, από το Πανεπιστήμιο British Columbia, στον Καναδά, μαζί με τον David Tsang ο οποίος είναι αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Maryland, χρησιμοποίησε την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας στην δημιουργία του μοντέλου αυτού που μάλιστα ονόμασε και… TARDIS* (!) (Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time).

Ας βάλουμε τα πράγματα σε μια σειρά. Οι ερευνητές φυσικά δεν διατείνονται πως έχουν κατασκευάσει κάποιο προσχέδιο για μια χρονομηχανή που θα μπορούσαμε να κατασκευάσουμε σήμερα. Το μοντέλο αυτό είναι εντελώς θεωρητικό.

Πώς γίνεται να είναι εφικτό το ταξίδι στο χρόνο, σε θεωρητικό επίπεδο;

Σύμφωνα με τους Trippett και Tsang, το τέχνασμα είναι να να χρησιμοποιήσουμε την καμπυλότητα του χωροχρόνου ώστε να κάμψουμε το χρόνο σε έναν κύκλο. Με αυτό τον τρόπο, οι υποθετικοί επιβάτες ενός τέτοιου –ας το πούμε- μαθηματικού κατασκευάσματος, μπορούν να μεταβαίνουν και στο μέλλον και στο παρελθόν.

Μαθηματικά, είναι εφικτό.

Τα υλικά  όμως που θα χρειαζόμασταν για να κατασκευάσουμε μια τέτοια μηχανή είναι τόσο… εξωτικά, που δεν τα έχουμε καν ανακαλύψει. Οι ερευνητές, ωστόσο, βασίστηκαν στην ιδέα ότι θα πρέπει να μην εξετάζουμε το Σύμπαν σε τρεις χωρικές διαστάσεις με την τέταρτη διάσταση (χρόνος) χωρισμένη από τις πρώτες τρεις, αλλά θα πρέπει να φανταστούμε αυτές τις τέσσερις διαστάσεις «ταυτόχρονα». Έτσι, μπορούμε να εξετάσουμε τη δυνατότητα ενός χωροχρονικού συνεχούς όπου διαφορετικές κατευθύνσεις στο χώρο και στο χρόνο συνδέονται όλες μέσα στον καμπυλωτό ιστό του Σύμπαντος. Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν συνδέει τις βαρυτικές επιδράσεις στο Σύμπαν με την καμπυλότητα του χωροχρόνου -το φαινόμενο που θεωρείται ότι βρίσκεται πίσω από τις ελλειπτικές τροχιές των πλανητών και των αστεριών.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Εάν ο χωροχρόνος ήταν επίπεδος, οι πλανήτες θα κινούνταν σε ευθείες γραμμές. Όμως, σύμφωνα με τη σχετικότητα, η γεωμετρία του χωροχρόνου καθίσταται καμπύλη κοντά στα αντικείμενα μεγάλης μάζας, που αναγκάζει τους πλανήτες να κάμπτουν τα μονοπάτια τους και να περιστρέφονται γύρω από το αστέρι τους.

Η ιδέα πίσω από το μαθηματικά.

Αυτό που υποστηρίζουν οι Tippett και Tsang, είναι ότι δεν είναι μόνο ένας φυσικός χώρος που μπορεί να λυγίσει και να στρεβλωθεί στο Σύμπαν -ο ίδιος ο χρόνος μπορεί επίσης να είναι καμπύλος κοντά στα αντικείμενα μεγάλης μάζας. «Η χρονική κατεύθυνση της επιφάνειας του χωροχρόνου, επίσης, παρουσιάζει καμπυλότητα. Υπάρχουν στοιχεία που δείχνουν ότι όσο πλησιάζουμε σε μία μαύρη τρύπα, ο χρόνος κινείται ολοένα και πιο αργά. Το μοντέλο της χρονομηχανής που προτείνουμε χρησιμοποιεί τον καμπύλο χωροχρόνο για να κάμψει το χρόνο σε έναν κύκλο για τους επιβάτες, και όχι σε μια ευθεία γραμμή. Ο κύκλος αυτός μας επιτρέπει να γυρίσουμε πίσω στο χρόνο», σύμφωνα με τον  Tippett.

Για να αξιοποιήσουν αυτή τη θεωρητική ιδιότητα, οι φυσικοί πρότειναν ένα είδος χωροχρονικής γεωμετρίας, σαν «φούσκα» η οποία και μεταφέρει οτιδήποτε βρίσκεται εντός της, στο χώρο και τον χρόνο κατά μήκος μιας μεγάλης κυκλικής διαδρομής. Εάν η φούσκα αυτή μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός, κάτι που είναι εφικτό να περιγραφεί μαθηματικά, τότε θα μπορούσε να κινηθεί πίσω στο χρόνο. Πρόκειται για ένα «κουτί» που ταξιδεύει πρώτα μπροστά και μετά πίσω στο χρόνο, σε μια κύκλική διαδρομή, όπως περιγράφεται στην έρευνά τους  η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Classical and Quantum Gravity.

Μπορείτε να δείτε την βασική ιδέα στην εικόνα παρακάτω. Το άτομο Α βρίσκεται μέσα στη χωροχρονική φούσκα και το άτομο Β που είναι έξω από αυτήν, είναι ο εξωτερικός παρατηρητής. Το βέλος του χρόνου, το οποίο πάντα πηγαίνει προς τα εμπρός στο Σύμπαν μας, απεικονίζεται με τα μαύρα βέλη κάτωθι:

Πηγή: Ben Trippett & David Tsang.

Τα δύο άτομα θα βιώσουν το χρόνο με εντελώς διαφορετικούς τρόπους. Το άτομο Α που είναι μέσα στη φούσκα, θα δει τα γεγονότα που βιώνει ο Β να εξελίσσονται και μετά να αντιστρέφονται. Έξω από τη φούσκα, ο παρατηρητής Β θα δει δύο εκδοχές του Α να προκύπτουν από την ίδια θέση: οι δείκτες του ρολογιού της μίας θα κινούνται δεξιόστροφα και της άλλης αριστερόστροφα.

Γιατί δεν μπορούμε να φτιάξουμε μια τέτοια μηχανή;

Παρά το ότι τα μαθηματικά στο μοντέλο αυτό είναι ορθά, ένα τέτοιο θεωρητικό κατασκεύασμα είναι αδύνατον να κατασκευαστεί με πραγματικά υλικά, καθότι δεν έχουν δημιουργηθεί ακόμη τα υλικά εκείνα τα οποία θα μπορούσαν να κάμψουν τον χωροχρόνο.

Η ιδέα των Trippet και Tsang, θυμίζει άλλη μία θεωρητική χρονομηχανή, την Alcubierre Drive (Κινητήρας Στρέβλωσης ή Δίνης). Ο Miguel Alcubierre, Μεξικανός θεωρητικός φυσικός,  ενδιαφέρθηκε για το αν θα μπορούσε να συμβεί η κίνηση λόγω στρέβλωσης του χωροχρόνου (Warp Drive), όπως παρουσιάστηκε στην ταινία επιστημονικής φαντασίας Star Trek. Έτσι, αναζήτησε μια έγκυρη μαθηματική περιγραφή του πεδίου βαρύτητας, που θα επέτρεπε ένα είδος χωροχρονικής στρέβλωσης. Φανταστείτε δύο σημεία πάνω σε ένα φύλλο χαρτί, τα οποία  όταν το χαρτί είναι απλωμένο, έχουν μια απόσταση μεταξύ τους. Εάν ωστόσο το φύλλο διπλωθεί, τότε η απόσταση μεταξύ τους θα μειωθεί. Κάπως έτσι λειτουργεί και το Warp Drive. Δεν παραβιάζει τη σχετικότητα, αλλά την παρακάμπτει.

Και οι δύο ιδέες για το ταξίδι στο χρόνο είναι φύσει καθαρά θεωρητικές. Δεν έχουμε τα υλικά τα οποία θα χρειάζονταν για την κατασκευή σχετικών «οχημάτων». Όπως επισημαίνει ο Trippett όμως «Ποτέ δεν πρόκειται να σταματήσουμε να αναρωτιόμαστε για τις δυνατότητες του ταξιδιού στο χρόνο. Η μελέτη του χωροχρόνου είναι τόσο συναρπαστική όσο και προβληματική. Οι ειδικοί στον τομέα μου διερευνούν τη δυνατότητα μαθηματικών μηχανών χρόνου από το 1949 και η έρευνά μου παρουσιάζει μια νέα μέθοδο για να το κάνει».

Για περισσότερες πληροφορίες:

Το πλήρες paper εδώ:  https://arxiv.org/pdf/1310.7985.pdf


Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Μυρτώ Πικρού

Σπούδασα Χρηματοοικονομικά αλλά πάντα με γοήτευαν οι επιστήμες γιατί είναι ο πιο αντικειμενικός τρόπος να καταλάβεις τον κόσμο καθώς και η ψυχολογία, γιατί είναι ο πιο αντικειμενικός τρόπος να καταλάβεις τον άνθρωπο. Λατρεύω τις γάτες, τις καρφίτσες πέτου, τη μυρωδιά του καφέ και τη Νέα Υόρκη. Εκτιμώ τους ευγενικούς ανθρώπους και τους διαλόγους με επιχειρήματα.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;