Die wissenschaftlichen Möglichkeiten der Zeitreise

Geschichten über Reisen in die Vergangenheit und die Zukunft haben unsere Vorstellungskraft schon lange erweckt, aber die Frage, ob Zeit Reisen ist möglich, ist eine heikle Angelegenheit, die genau versteht, was Physiker meinen, wenn sie das Wort verwenden "Zeit."

Die moderne Physik lehrt uns, dass Zeit einer der mysteriösesten Aspekte unseres Universums ist, obwohl sie zunächst einfach erscheinen mag. Einstein hat unser Verständnis des Konzepts revolutioniert, aber trotz dieses überarbeiteten Verständnisses denken einige Wissenschaftler immer noch über die Frage nach, ob oder nichtZeit existiert tatsächlich oder ob es sich nur um eine "hartnäckig anhaltende Illusion" handelt (wie Einstein es einst nannte). Was auch immer die Zeit ist, Physiker (und Fiktionsautoren) haben einige interessante Wege gefunden, sie zu manipulieren, um zu erwägen, sie auf unorthodoxe Weise zu durchqueren.

Obwohl in H.G. Wells ' Die Zeitmaschine (1895) entstand die eigentliche Wissenschaft des Zeitreisens erst im 20. Jahrhundert als Nebeneffekt von

Eine der erstaunlichen Konsequenzen der Relativitätstheorie ist, dass Bewegung zu einem Unterschied in der Zeit führen kann, ein Prozess, der als bekannt ist Zeitdilatation. Dies zeigt sich am dramatischsten im Klassiker Zwillingsparadoxon. Bei dieser Methode der "Zeitreise" können Sie schneller als normal in die Zukunft gehen, aber es gibt keinen wirklichen Weg zurück. (Es gibt eine kleine Ausnahme, aber dazu später in diesem Artikel mehr.)

1937 wurde der schottische Physiker W. J. J. van Stockum wandte die allgemeine Relativitätstheorie zunächst so an, dass die Tür für Zeitreisen geöffnet wurde. Durch Anwendung der allgemeinen Relativitätsgleichung auf eine Situation mit einem unendlich langen, extrem dichten rotierenden Zylinder (ähnlich einer endlosen Friseurstange). Die Drehung eines solch massiven Objekts erzeugt tatsächlich ein Phänomen, das als "Frame Dragging" bekannt ist, dh, es zieht tatsächlich die Raumzeit mit sich. Van Stockum stellte fest, dass Sie in dieser Situation einen Pfad in vierdimensionaler Raumzeit erstellen können, der an derselben Stelle beginnt und endet - etwas, das als a bezeichnet wird geschlossene zeitliche Kurve - Das ist das physische Ergebnis, das Zeitreisen ermöglicht. Sie können in einem Raumschiff losfahren und einen Pfad zurücklegen, der Sie genau zu dem Moment zurückbringt, an dem Sie begonnen haben.

Obwohl dies ein faszinierendes Ergebnis war, war dies eine ziemlich konstruierte Situation, so dass es nicht wirklich viel Bedenken gab, dass sie stattfand. Eine neue Interpretation sollte jedoch folgen, die viel kontroverser war.

1949 wurde der Mathematiker Kurt Godel - ein Freund von Einstein und ein Kollege in Princeton Das Institut für fortgeschrittene Studien der Universität - hat beschlossen, eine Situation anzugehen, in der sich das gesamte Universum befindet rotierend. In Godels Lösungen wurde Zeitreisen tatsächlich durch die Gleichungen erlaubt, wenn sich das Universum drehte. Ein rotierendes Universum könnte selbst als Zeitmaschine fungieren.

Wenn sich das Universum drehen würde, gäbe es Möglichkeiten, es zu erkennen (Lichtstrahlen würden sich zum Beispiel biegen, wenn das das ganze Universum drehte sich), und bis jetzt ist der Beweis überwältigend stark, dass es keine Art von Universalität gibt Drehung. Zeitreisen werden also durch diese speziellen Ergebnisse ausgeschlossen. Tatsache ist jedoch, dass sich die Dinge im Universum drehen, und dies eröffnet erneut die Möglichkeit.

1963 verwendete der neuseeländische Mathematiker Roy Kerr die Feldgleichungen, um eine Rotation zu analysieren schwarzes Loch, ein Kerr-Schwarzes Loch genannt, und stellte fest, dass die Ergebnisse einen Weg durch a erlaubten Wurmloch im schwarzen Loch fehlt die Singularität in der Mitte und macht es am anderen Ende aus. Dieses Szenario ermöglicht auch geschlossene zeitliche Kurven, wie der theoretische Physiker Kip Thorne Jahre später feststellte.

In den frühen 1980er Jahren arbeitete Carl Sagan 1985 an seinem Roman KontaktEr wandte sich mit einer Frage zur Physik der Zeitreise an Kip Thorne, die Thorne dazu inspirierte, das Konzept der Verwendung eines Schwarzen Lochs als Mittel der Zeitreise zu untersuchen. Zusammen mit dem Physiker Sung-Won Kim erkannte Thorne, dass man (theoretisch) ein Schwarz haben könnte Loch mit einem Wurmloch, das es mit einem anderen Punkt im Raum verbindet, der durch irgendeine Form von Negativ offen gehalten wird Energie.

Aber nur weil Sie ein Wurmloch haben, heißt das nicht, dass Sie eine Zeitmaschine haben. Nehmen wir nun an, Sie könnten ein Ende des Wurmlochs bewegen (das "bewegliche Ende"). Sie platzieren das bewegliche Ende auf einem Raumschiff und schießen es fast an der Stelle in den Weltraum ab Lichtgeschwindigkeit. Die Zeitdilatation setzt ein und die Zeit, die das bewegliche Ende erfährt, ist viel kürzer als die Zeit, die das feste Ende erfährt. Nehmen wir an, Sie bewegen das bewegliche Ende 5.000 Jahre in die Zukunft der Erde, aber das bewegliche Ende "altert" nur 5 Jahre. Sie verlassen also beispielsweise 2010 n. Chr. Und kommen 7010 n. Chr. An.

Wenn Sie jedoch durch das bewegliche Ende reisen, werden Sie 2015 n. Chr. Tatsächlich aus dem festen Ende herausspringen (seit 5 Jahre auf der Erde vergangen sind). Was? Wie funktioniert das?

Tatsache ist, dass die beiden Enden des Wurmlochs miteinander verbunden sind. Egal wie weit sie voneinander entfernt sind, in der Raumzeit sind sie im Grunde immer noch "nahe" beieinander. Da das bewegliche Ende nur fünf Jahre älter ist als beim Verlassen, werden Sie durch das Durchlaufen zum entsprechenden Punkt auf dem festen Wurmloch zurückgeschickt. Und wenn jemand aus dem Jahr 2015 n. Chr. Erde durch das feste Wurmloch tritt, kommt er 7010 n. Chr. Aus dem beweglichen Wurmloch heraus. (Wenn jemand 2012 n. Chr. Durch das Wurmloch trat, landete er irgendwo mitten auf der Reise auf dem Raumschiff und so weiter.)

Obwohl dies die physikalisch vernünftigste Beschreibung einer Zeitmaschine ist, gibt es immer noch Probleme. Niemand weiß, ob Wurmlöcher oder negative Energie existieren oder wie man sie auf diese Weise zusammensetzt, wenn sie existieren. Aber es ist (theoretisch) möglich.