Είναι πραγματικά δυνατό το ταξίδι στο χρόνο; Η Φυσική απαντά

Η ικανότητα να πηδάμε προς τα εμπρός και προς τα πίσω στο χρόνο έχει γοητεύσει από καιρό συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας και φυσικούς. Είναι λοιπόν πραγματικά δυνατό ένα ταξίδι στο χρόνο;

Ο Doctor Who είναι αναμφισβήτητα μια από τις πιο διάσημες ιστορίες για το ταξίδι στο χρόνο. Παράλληλα με το The Time Machine και το Back to the Future, έχει εξερευνήσει τους πειρασμούς και τα παράδοξα της επίσκεψης στο παρελθόν και του ταξιδιού στο μέλλον. Στην τηλεοπτική σειρά, ο γιατρός ταξιδεύει στο χρόνο στο Tardis: ένα προηγμένο σκάφος που μπορεί να πάει οπουδήποτε στο χρόνο και στο χώρο. Ως γνωστόν, το Tardis αψηφά την κατανόησή μας για τον φυσικό χώρο: είναι μεγαλύτερο στο εσωτερικό από ό,τι φαίνεται στο εξωτερικό.

Ενώ το ταξίδι στο χρόνο είναι θεμελιώδες για τον Doctor Who, η σειρά δεν προσπαθεί ποτέ να γειώσει τις ικανότητες του Tardis σε οτιδήποτε μοιάζει με τη φυσική του πραγματικού κόσμου. Θα ήταν παράξενο να παραπονεθούμε για αυτό: Ο γιατρός που έχει μια παραμυθένια ιδιότητα και δεν φιλοδοξεί να είναι ρεαλιστική επιστημονική φαντασία.

Η Θεωρία της Σχετικότητας και το ταξίδι στο χρόνο

Τι γίνεται όμως στον πραγματικό κόσμο; Θα μπορούσαμε ποτέ να φτιάξουμε μια μηχανή του χρόνου και να ταξιδέψουμε στο μακρινό παρελθόν ή να δούμε τα δισέγγονά μας; Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση απαιτεί να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί πραγματικά ο χρόνος – κάτι για το οποίο οι φυσικοί δεν είναι καθόλου σίγουροι.

Μέχρι στιγμής, αυτό που μπορούμε να πούμε με σιγουριά είναι ότι το ταξίδι στο μέλλον είναι εφικτό, αλλά το ταξίδι στο παρελθόν είναι είτε εξαιρετικά δύσκολο είτε απολύτως αδύνατο. Ας ξεκινήσουμε με τις θεωρίες της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, οι οποίες καθορίζουν μια περιγραφή του χώρου, του χρόνου, της μάζας και της βαρύτητας. Ένα βασικό αποτέλεσμα της σχετικότητας είναι ότι η ροή του χρόνου δεν είναι σταθερή. Ο χρόνος μπορεί να επιταχυνθεί ή να επιβραδυνθεί, ανάλογα με τις περιστάσεις.

«Εδώ μπορεί να έρθει το ταξίδι στο χρόνο και είναι επιστημονικά ακριβές και υπάρχουν επιπτώσεις στον πραγματικό κόσμο από αυτό», λέει η Emma Osborne, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του York, στο Ηνωμένο Βασίλειο. Για παράδειγμα, ο χρόνος περνά πιο αργά αν ταξιδεύετε με ταχύτητα, αν και πρέπει να αρχίσετε να πλησιάζετε την ταχύτητα του φωτός για να είναι σημαντικό το αποτέλεσμα.

Το θεωρητικό παράδειγμα με τους δίδυμους αστροναύτες

Αυτό προκαλεί το παράδοξο δίδυμο, στο οποίο ένα από τα δύο πανομοιότυπα δίδυμα γίνεται αστροναύτης και συρρέει στο διάστημα με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ενώ το άλλο μένει στη Γη. Ο αστροναύτης θα γεράσει πιο αργά από το γήινο δίδυμό του. «Αν ταξιδέψετε και επιστρέψετε, είστε πραγματικά νεότεροι από τον δίδυμο αδερφό», λέει ο Vlatko Vedral, κβαντικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο Ηνωμένο Βασίλειο. Οι δίδυμοι Scott και Mark Kelly το έκαναν πραγματικά όταν ο Scott πέρασε μήνες στο διάστημα, αν και όχι με ταχύτητες κοντά σε αυτή του φωτός.

Ομοίως, ο χρόνος περνάει πιο αργά για εσάς εάν βρίσκεστε σε ένα έντονο βαρυτικό πεδίο, όπως μια μαύρη τρύπα. «Το κεφάλι σου γερνάει πιο γρήγορα από τα πόδια σου, γιατί η βαρύτητα της Γης είναι ισχυρότερη στα πόδια σου», λέει η Osborne.

Ο Doctor Who το χρησιμοποίησε ως διάταξη για το φινάλε της 10ης σεζόν World Enough and Time, όπου ο γιατρός και οι φίλοι του είναι παγιδευμένοι σε ένα διαστημόπλοιο κοντά σε μια μαύρη τρύπα. Στο μπροστινό μέρος του σκάφους, πιο κοντά στη μαύρη τρύπα, ο χρόνος περνάει πιο αργά από ό,τι στο πίσω μέρος. Αυτό σημαίνει ότι η μικρή ομάδα «Cybermen» στο πίσω μέρος του σκάφους είναι σε θέση να εξελιχθεί σε έναν τεράστιο στρατό σε λίγα λεπτά. Αυτή η επίδραση της βαρύτητας στο χρόνο εμφανίζεται επίσης στην πλοκή της ταινίας Interstellar.

Στην καθημερινή μας ζωή, αυτές οι σχετικιστικές επιδράσεις είναι πολύ μικροσκοπικές για να γίνουν αντιληπτές. Αλλά επηρεάζουν τους δορυφόρους που χρησιμοποιούμε για το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS). «Τα ρολόγια πάνω κάνουν κλικ πιο γρήγορα από τα ρολόγια στη Γη», και πρέπει να αναπροσαρμόζονται συνεχώς», λέει η Osborne. «Αν δεν το κάναμε, οι Χάρτες Google θα έκαναν λάθος περίπου 10 χιλιόμετρα (έξι μίλια) την ημέρα».

Η σχετικότητα σημαίνει ότι είναι δυνατό να ταξιδέψουμε στο μέλλον. Δεν χρειαζόμαστε καν χρονομηχανή για την ακρίβεια. Πρέπει είτε να ταξιδεύουμε με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, είτε να περνάμε χρόνο σε ένα έντονο βαρυτικό πεδίο. Στη σχετικότητα, αυτές οι δύο πράξεις είναι ουσιαστικά ισοδύναμες.

Είτε έτσι είτε αλλιώς, θα βιώσετε ένα σχετικά σύντομο υποκειμενικό χρόνο, ενώ περνούν δεκαετίες ή αιώνες στο υπόλοιπο Σύμπαν. Αν θέλετε να δείτε τι θα συμβεί σε εκατοντάδες χρόνια από τώρα, αυτό είναι ο τρόπος να το κάνετε. Αντίθετα, το να πηγαίνεις πίσω στο χρόνο φαίνεται πολύ, πολύ πιο δύσκολο. «Μπορεί να είναι ή να μην είναι δυνατό», λέει ο Barak Shoshany, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Brock στο St Catharines του Καναδά. «Αυτό που έχουμε αυτή τη στιγμή είναι απλώς ανεπαρκής γνώση, πιθανώς ανεπαρκείς θεωρίες».

Η σχετικότητα προσφέρει μερικές επιλογές για ταξίδια προς τα πίσω στο χρόνο, αλλά αυτή τη φορά είναι πολύ πιο θεωρητικές. «Οι άνθρωποι δένουν τους εαυτούς τους σε κόμπους προσπαθώντας να βρουν τρόπους να αναδιατάξουν τον χωροχρόνο για να κάνουν δυνατό ταξίδι στο χρόνο στο παρελθόν», λέει η Katie Mack, θεωρητική κοσμολόγος στο Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Waterloo του Καναδά.

Το Παράδειγμα της Κλειστής Καμπύλης για το ταξίδι πίσω στο χρόνο

Ένας τρόπος είναι να δημιουργήσετε μια κλειστή καμπύλη που μοιάζει με χρόνο: μια διαδρομή μέσα στο χώρο και το χρόνο που γυρίζει πίσω στον εαυτό της. Ένα άτομο που ακολούθησε το μονοπάτι θα βρισκόταν τελικά στον ίδιο χρόνο και στο ίδιο μέρος όπου ξεκίνησαν.

Μια μαθηματική περιγραφή ενός τέτοιου μονοπατιού δημοσιεύτηκε από τον Kurt Gödel σε μια μελέτη του 1949, και πολλοί άλλοι ακολούθησαν. Ωστόσο, αυτή δεν μοιάζει με πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για διάφορους λόγους. «Δεν ξέρουμε αν αυτό υπάρχει πουθενά στο Σύμπαν», λέει ο Vedral. «Αυτό είναι πραγματικά καθαρά θεωρητικό, δεν υπάρχουν στοιχεία». Επίσης δεν είναι καθόλου προφανές πώς θα μπορούσαμε να κάνουμε κάτι τέτοιο.

«Ακόμα κι αν είχαμε πολύ μεγαλύτερες τεχνολογικές δυνάμεις από ό,τι σήμερα, φαίνεται απίθανο να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε κλειστές καμπύλες που μοιάζουν με το χρόνο» λέει η Emily Adlam, φιλόσοφος στο Πανεπιστήμιο Chapman στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ. «Ακόμα κι αν μπορούσαμε», λέει ο Vedral, «δεν θα το θέλαμε». «Κυριολεκτικά θα επαναλαμβάνατε ακριβώς το ίδιο πράγμα ξανά και ξανά», λέει. Ο Doctor Who που χρησιμοποίησε παρόμοια ρύθμιση στο επεισόδιο Heaven Sent, στο οποίο ο γιατρός ζει τις ίδιες λίγες ώρες ξανά και ξανά για δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, αυτό δεν περιελάμβανε μια κλειστή καμπύλη που μοιάζει με χρόνο, αλλά μάλλον επαναλαμβανόμενη χρήση τηλεμεταφορέα.

Η θεωρία των παράλληλων κοσμικών χορδών

Με παρόμοιο τρόπο, σε μια μελέτη του 1991, ο φυσικός Richard Gott παρουσίασε μια μαθηματική περιγραφή ενός άγριου σεναρίου στο οποίο δύο «κοσμικές χορδές» κινούνταν η μία δίπλα στην άλλη σε αντίθετες κατευθύνσεις. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, αυτό θα δημιουργούσε κλειστές χρονικές καμπύλες που περιστρέφονται γύρω από τις χορδές.

Αυτό ακούγεται βολικό, αλλά πού μπορούμε να βρούμε ένα ζευγάρι κοσμικές χορδές; Είναι υποθετικά φαινόμενα που μπορεί να έχουν σχηματιστεί στο πολύ πρώιμο Σύμπαν, σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες. Δεν έχει εντοπιστεί ποτέ κανένα. «Δεν έχουμε κανένα λόγο να πιστεύουμε ότι υπάρχουν κοσμικές χορδές», λέει η Mack. «Ακόμα κι αν υπάρχουν, θα ήταν απίστευτη τύχη να βρεις δύο να κινούνται τακτοποιημένα παράλληλα. Δεν έχουμε κανένα λόγο να πιστεύουμε ότι αυτό θα συμβεί».

Το φαινόμενο της σκουλικότρυπας

Υπάρχει ένα άλλο φαινόμενο που επιτρέπεται από τη σχετικότητα: οι σκουληκότρυπες. Θεωρητικά, είναι δυνατό ο χωροχρόνος να διπλωθεί σαν ένα κομμάτι χαρτί, επιτρέποντας τη διάτρηση μιας σήραγγας για να δημιουργηθεί μια συντόμευση μεταξύ δύο ευρέως διαχωρισμένων σημείων. «Οι σκουληκότρυπες είναι θεωρητικά πιθανές στη γενική σχετικότητα», λέει ο Vedral.

Ωστόσο, και πάλι, τα προβλήματα αυξάνονται γρήγορα. Πρώτον, δεν έχουμε αποδείξεις ότι οι σκουληκότρυπες υπάρχουν στην πραγματικότητα. «Έχει αποδειχθεί μαθηματικά ότι μπορούν να υπάρχουν, αλλά το αν υπάρχουν φυσικά είναι κάτι άλλο», λέει η Osborne. Επιπλέον, αν υπάρχουν σκουληκότρυπες, θα είναι απίστευτα βραχύβια. «Συχνά οι σκουληκότρυπες περιγράφονται ως δύο μαύρες τρύπες που έχουν ενωθεί μεταξύ τους», λέει η Osborne. Αυτό σημαίνει ότι μια σκουληκότρυπα θα έχει ένα απίστευτα έντονο βαρυτικό πεδίο. «Θα κατέρρεε υπό τη δική του βαρύτητα». Οι πραγματικές σκουληκότρυπες θα ήταν επίσης αρκετά μικροσκοπικές.

Δεν θα χωρούσες ένα άτομο, ούτε καν ένα βακτήριο, μέσα από ένα. Θεωρητικά, και τα δύο αυτά προβλήματα μπορούν να λυθούν – αλλά αυτό απαιτεί μια τεράστια ποσότητα από κάτι που ονομάζεται «αρνητική ενέργεια». Αυτό είναι κάτι που μπορεί να συμβεί στην απόλυτη μικρότερη κλίμακα, σε χώρους μικρότερους από τα άτομα. Ένα ενεργειακό πεδίο πρέπει να έχει μια συνολική θετική ενέργεια, αλλά μπορεί να υπάρχουν μικροσκοπικοί θύλακες αρνητικής ενέργειας μέσα του, λέει η Osborne. «Αυτό που θα θέλαμε είναι να διευρυνθούν αυτοί οι μικροσκοπικοί θύλακες τοπικά της αρνητικής ενέργειας», λέει. «Δεν νομίζω ότι αυτό δεν είναι εφικτό με κανέναν τρόπο». Ο Vedral το συνοψίζει: «Δεν ακούγεται πολύ ρεαλιστική πρόταση».

Η κβαντική μηχανική και ο ρόλος της

Ενώ η σχετικότητα περιγράφει τη συμπεριφορά μεγάλων αντικειμένων όπως οι άνθρωποι και οι γαλαξίες, η κβαντομηχανική περιγράφει τα πολύ μικρά – ιδιαίτερα, τα σωματίδια μικρότερα από τα άτομα, όπως τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια.

Σε αυτές τις υποατομικές κλίμακες, η φυσική λειτουργεί με τρόπους που μπερδεύουν τις διαισθήσεις μας. Μία από τις περίεργες παρατηρήσεις που προέκυψε από τη μελέτη του κβαντικού πεδίου είναι η μη-τοπικότητα. Μια αλλαγή στην κατάσταση ενός σωματιδίου σε μια τοποθεσία μπορεί να επηρεάσει στιγμιαία ένα άλλο «μπλεγμένο» σωματίδιο κάπου αλλού – κάτι που ο Αϊνστάιν ανέφερε ως «απόκοσμη δράση σε απόσταση».

Αυτό έχει «παρουσιαστεί πειραματικά πολλές φορές» σε έρευνα που κέρδισε το Νόμπελ, λέει ο Adlam. «Πολλοί φυσικοί είναι πολύ δυσαρεστημένοι με την πιθανότητα μη τοπικότητας», λέει ο Adlam. Αυτό συμβαίνει επειδή, για να είναι στιγμιαίο το αποτέλεσμα, οι πληροφορίες πρέπει να μεταφέρονται από τόπο σε τόπο με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό υποτίθεται ότι είναι αδύνατο.

Σε απάντηση, ορισμένοι φυσικοί έχουν προτείνει εναλλακτικούς τρόπους ερμηνείας των πειραμάτων. Αυτές οι ερμηνείες απαλλάσσουν τη μη τοπικότητα – αλλά με αυτόν τον τρόπο μπλέκουν με την κατανόηση του χρόνου. «Αντί να έχετε ένα στιγμιαίο μη τοπικό αποτέλεσμα, θα στείλετε απλώς το εφέ σας στο μέλλον και μετά κάποια στιγμή θα γύριζε και θα επέστρεφε στο παρελθόν», λέει ο Adlam. «Θα φαινόταν στιγμιαίο». Αλλά στην πραγματικότητα, το αποτέλεσμα θα είχε πάει σε ένα ταξίδι στο μέλλον και πάλι πίσω.

Ανατομική αιτιότητα, «παιδί» της κβαντικής

Αυτή η ερμηνεία φαίνεται να εισάγει την «αναδρομική αιτιότητα»: δηλαδή γεγονότα στο μέλλον που έχουν επίδραση στο παρελθόν. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη διαίσθησή μας: φανταζόμαστε γεγονότα που συμβαίνουν σε ευθεία γραμμή, από το παρελθόν στο παρόν και στο μέλλον.

Σε αυτές τις περίεργες κβαντικές ρυθμίσεις, οι πληροφορίες μπορεί να ταξιδεύουν στο μέλλον και μετά πίσω στο παρελθόν. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι αυτή η ερμηνεία των πειραμάτων απέχει πολύ από το να είναι παγκοσμίως αποδεκτή. Πολλοί κβαντικοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι η εισαγωγή της αναδρομικής αιτιότητας είναι εξίσου ανησυχητική με την εισαγωγή της μη-τοπικότητας, ή ακόμα χειρότερα.

Ακόμα κι αν η αναδρομική αιτιότητα είναι πραγματική, μάλλον δεν θα μας βοηθήσει να γίνουμε Άρχοντες του Χρόνου. «Η αναδρομική αιτιότητα δεν είναι ακριβώς το ίδιο πράγμα με το ταξίδι στο χρόνο», λέει ο Adlam. Πρώτον, οι παρατηρήσεις μας σχετικά με τη μη τοπικότητα περιελάμβαναν μικροσκοπικούς αριθμούς σωματιδίων. Η κλιμάκωση σε έναν άνθρωπο, ή ακόμα και σε κάτι μικρότερο όπως ένα κομμάτι χαρτί, θα ήταν μια τεράστια πρόκληση.

Το πείραμα του Beth

Δεν είναι καν δυνατό να στείλεις ένα μήνυμα στο παρελθόν, λέει ο Adlam. «Η αναδρομική αιτιότητα κρύβεται πολύ συγκεκριμένα από τον τρόπο που εφαρμόζεται». Αυτό γίνεται καλύτερα κατανοητό με τη σκέψη μέσα από ένα πείραμα.

Ας υποθέσουμε ότι ο Adam διεξάγει μια μέτρηση στο εργαστήριο. Ωστόσο, το αποτέλεσμα που παίρνει εξαρτάται από μια μέτρηση που θα κάνει αργότερα το Beth. Με άλλα λόγια, το πείραμα του Beth στο μέλλον ελέγχει το αποτέλεσμα του πειράματος του Adam στο παρελθόν. Ωστόσο, αυτό λειτουργεί μόνο εάν το πείραμα του Beth καταστρέψει όλα τα αρχεία για το τι έκανε και είδε ο Adam. «Κατά κάποιο τρόπο θα στέλνατε ένα μήνυμα στο παρελθόν, αλλά μόνο καταστρέφοντας όλα τα αρχεία για όλα όσα συνέβησαν», λέει ο Adlam. «Δεν θα μπορούσατε να το χρησιμοποιήσετε πρακτικά, γιατί αναγκαστικά έπρεπε να καταστρέψετε τα αρχεία επιτυχίας και αποστολής αυτού του σήματος».

Με την τρέχουσα κατανόησή μας για το Σύμπαν, θα μπορούσαμε δυνητικά να ταξιδέψουμε στο μέλλον, αλλά το ταξίδι στο παρελθόν μπορεί κάλλιστα να είναι αδύνατο. Το μόνο κενό που απομένει είναι ότι οι θεωρίες στις οποίες βασίζεται είναι ελλιπείς.

Η σχετικότητα και η κβαντομηχανική λειτουργούν πολύ καλά για ορισμένες πτυχές του Σύμπαντος, αλλά επίσης δεν είναι συμβατές. Αυτό υποδηλώνει ότι χρειαζόμαστε μια βαθύτερη θεωρία που να ενοποιεί τα δύο, αλλά παρά τις προσπάθειες δεκαετιών δεν έχουμε. «Μέχρι να έχουμε αυτή τη θεωρία, δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι», λέει ο Shoshany. Φυσικά, υπάρχει ένας άλλος τρόπος να το δεις: στον χρόνο που σου πήρε για να διαβάσεις αυτό το άρθρο, έχεις ήδη ταξιδέψει περίπου επτά λεπτά στο μέλλον.

Πηγή: BBC.com