Putovanje kroz vreme - dokle smo stigli?

“We all have our time machines.Those that take us back are memories... And those that carry us forward,are dreams!”

H.G.Wells (Time machine)

Teško je započeti bilo kakav tekst o vremenskim putovanjima, a ne spomenuti Herberta Džordža Velsa, čoveka koji je 1895. izazvao nevericu u književnoj javnosti svojim hrabrim romanom prvencem „Time machine”. U njemu je glavni lik mladić koji sa svojim prijateljima razmatra teorije putovanja kroz vreme na večeri kod naučnika poznatog samo kao Vremenski putnik. Nedelju dana nakon toga njihov domaćin nestaje, a potom se vraća sa potpuno otkačenom pričom - upravo se vratio iz daleke, daleke budućnosti, i to iz 802701. godine! (teško je ovo i izgovoriti, a kamoli zamisliti u eri kada je čovečanstvo raspolagalo sa svega nekoliko tehničkih uređaja koji se i danas koriste).

Odakle smo krenuli... i dokle smo stigli?

Iako od te 1895. godine, pa sve do danas, nauka nije napravila nijednu pravu pravcatu vremensku kapsulu, moram priznati da mi svakako putujemo kroz vreme. Započnite, recimo u ponedeljak, čitanje svih tekstova na SAPIENS KLUBU – kada pročitate poslednji tekst primetićete da je ponedeljak odavno prošao. Putujemo kroz vreme, u jednom smeru (za sada) i  samo pokušavamo da naslutimo kakav je osećaj obuzimao glavnog junaka Velsove „VREMENSKE MAŠINE”.

Kakve nam odgovore pruža trenutno stanje u nauci po ovom pitanju?

Današnja fizika posmatra prostor-vreme skoro isključivo u okviru Ajnštajnove teorije relativnosti - teorije koja daje precizan i nedvosmislen opis makroskopskih svojstava prostor-vremena. Isto tako, pouzdano znamo da pomenuta teorija ne opisuje ispravno njegova mikroskopska svojstva. Sa druge strane, kvantna teorija gravitacije uprkos velikom trudu fizičara još uvek ne postoji. To je otežavajuća okolnost, jer se ispostavlja da konačan odgovor na pitanje da li je moguće putovati u prošlost (recimo) nije moguće dati bez poznavanja te potpunije teorije prostora i vremena. Ovo ipak ne sprečava fizičare da spekulišu o mogućnosti puta kroz vreme na osnovu dostupnih zakona.

Ono što nam preostaje jeste da iskoristimo činjenicu da prostor-vreme usled gravitacijskog delovanja mase i energije može biti zakrivljeno. Kad se nalazi u jakom gravitacionom polju, posmatrač oseća da za njega vreme teče sporije. To je jedan vid putovanja u budućnost. Za putovanje u prošlost, potrebni su neki drugi putevi. Ono što se sigurno zna je to da je razumevanje uzročno-posledičnih veza ključni pokušaj da se stvori nešto što predstavlja „objedinjenu teoriju“ koja nam daje relacije za opis svake fizičke situacije. Međutim, teoretičari se slažu da, ako bi neograničeno vremensko putovanje bilo moguće, to bi ozbiljno narušilo prirodu takve teorije. Zbog svoje globalnosti, opšta teorija relativnosti ne nameće dodatne pretpostavke o prirodi prostora i vremena. Na primer, kosmolozi ne mogu znati da li je svemir beskonačan samo na osnovu Ajnštajnovih jednačina. Ajnštajnove jednačine su jednačine polja koje imaju zadatak da opisuju prirodu prostor-vremena našeg Univerzuma:

Zbog ovakvog ustrojstva, može se izvući opšti zaključak da prostor-vreme utiče na masu, indukujući način njenog kretanja, dok masa utiče na prostor-vreme tako što određuje vrednost njegovog zakrivljenja.

Potrebne su dodatne informacije kako bi se odredilo da li se svemir širi u beskonačnost ili se povija ka sebi. Slično, samo zbog toga što se čini da vreme teče u jednom pravcu u našem delu svemira, u teoriji relativnosti se nigde ne kaže eksplicitno da se ono, negde drugde, ne ponaša drugačije. U specijalnim okolnostima zakrivljenje bi moglo biti takvo da materija, krećući se (sporije od svetlosti) po nekoj neobičnoj petlji u prostor- vremenu, završi u svojoj vlastitoj prošlosti. Takve petlje se nazivaju zatvorene petlje vremenskog tipa, mada se tu govori o delu prostor-vremena koji funkcioniše kao vremeplov.

Da li u prirodi takve petlje postoje? I dalje - ako je odgovor potvrdan, da li je moguća manipulacija prostor-vremenom korišćenjem vremeplova?

Relativistične crvotočine

Jedan od načina da se konstruiše vremeplov je korišćenje relativističkih svemirskih crvotočina (eng. Wormhole). Ostaje pitanje da li je postojanje crvotočina u skladu sa svim poznatim zakonima fizike i, ako jeste, da li bismo ih mogli konstruisati kad bismo raspolagali dovoljno naprednom tehnologijom? Crvotočine kojima je i matematički dodeljena mogućnost putovanja kroz vreme, prvi put su opisane u radu Torna i Morisa 1988. godine.

Ako se pozovemo na prva rešenja Ajnštajnovih jednačina polja koje je dobio Švarcšild, možemo pokazati razliku između takve, stacionarne metrike koja ne dozvoljava vremensko putovanje za razliku od metrike crvotočine koju su predložili Torn i Moris.  Ovo rešenje je dato za stacionarno, nerotirajuće telo sa sferno-simetričnom distribucijom mase. To znači da ono opisuje geometriju i stacionarne crne rupe, o kojoj je u SAPIENS KLUBU pisano u prethodnom članku. Za razliku od ovog rešenja (koje ima dva singulariteta, rešenje Torna i Morisa dato je za uzak kanal koji povezuje različite tačke u prostor-vremenu na osnovu dejstva enormnog zakrivljenja.

To rešenje se dosta dobro poklapa sa rešenjima dobijenim u posmatračkoj kosmologiji – predviđanja postojanja crnih rupa, mikrotalasnog pozadinskog zračenja, kao i početnog singulariteta u obliku Velikog praska. Ali, paralelno sa tim, pojavljuje se i čitav jedan niz „egzotičnih rešenja“ koja uzimaju u obzir materiju sposobnu da naruši uslov „nulte energije“, koji je zadovoljen za standardne oblike tenzora energije-impulsa.  Za razne nestandardne vrste materije, uvode se energetski uslovi (nulti, slabi, jaki i dominanatni) koji pokazuju kolika je vrednost fluksa energije. Takvi uslovi su potrebni da bi se pokazalo kako su crvotočine koje dozvoljavaju vremenska putovanja podržane i u Fridmanovoj metrici koja opisuje Univerzum koji se širi.

Umetnički koncept putovanja kroz vreme

Rad koji je slavni naučnik Pol Dejvis svojevremeno objavio pod nazivom „How To Build A Time Mashine“ pokrenuo je (ponovo) nove debate o konstruisanju mašine koja bi podržavala veličinu crvotočine dovoljnu da kroz nju može da se prenese materija. Akcenat je stavljen na razvoj napredne (u takvu akciju bi bili uključeni moćni akceleratori čestica i neke veoma kompleksne letilice koje bi se koristile u kasnijim fazama) tehnologije koje bi omogućile razdvajanje bliskih tačaka u prostor-vremenu. Čestice koje su potencijalno korisne u ove svrhe su one koje se kreću brzinama bliskim brzinama svetlosti – poput miona ili kosmičkih zraka . Crvotočina u prostor-vremenu se obično vrlo brzo raspada pre prolaska bilo čega kroz nju. Da bi se ona učinila dovoljno stabilnom da može poslužiti kao vremeplov, nužno je ojačati je tzv. egzotičnom materijom. Ta materija ima neobična svojstva: njena masa je negativna i ponaša se antigravitacijski. Sada se veoma dobro zna da našim Univerzumom vlada tamna energija (preko 70%) čija je prava priroda još uvek nepoznata, ali koja ima negativan pritisak – odnosno deluje upravo antigravitacijski. Naravno, ne mora značiti da je to izričito sredstvo kojim bi bilo moguće načiniti vremeplov, već samo specijalno svojstvo vakuuma. (Slična je situacija saobičnom energijom vakuuma, koja se manifestuje kroz vakuumske fluktuacije - efekat koji je potvrđuje je tzv. Kazimirov efekat ). Dakle, mi znamo da je takva energija merljiva, ali je ne možemo (ili ne znamo) iskoristiti u praktične svrhe. Izuzeci od scenarija u kojem je bitan uticaj tamne energije kao te „egzotične materije“ su Gedelova rešenja gravitacionih jednačina (tzv. Gedelov Univerzum) i Gotov sistem dve kosmičke strune.

Gedelov Univerzum - uprošćena verzija

Na primer, u Gedelovom Univerzumu koji neprekidno rotira astronaut bi mogao da dođe u tačku koja označava njegovu prošlost (početna tačka njegovog putovanja). To je omogućeno na osnovu metrike takvog Univerzuma i efekta savijanja svetlosti pod uticajem gravitacije. Gedelova rešenja su svakako spektakularna (i vrlo realna teoretski govoreći), ali posmatrački dokazi ih zasad ne podržavaju.

Kurt Gedel i Albert Ajnštajn

Zanimljiva mogućnost je i da se novi svemiri stvore iz crvotočina koje proizilaze iz singulariteta crnih rupa.

Ono što svakako treba razmatrati je mogućnost da se takav jedan efekat (nastanak novog Univerzuma) ipak manifestuje bez obzira što je, naizgled, povratna informacija zauvek izgubljena. Naime, jedan ovakav kompleksan proces ne bi mogao da nastane a da ne ostavi traga na Hokingovom zračenju koje emituju crne rupe. Pojava kratkotrajnog smanjenja tog zračenja bila bi mogući dokaz za to. Tačnije, crne rupe prirodno smanjuju svoju masu emisijom tog zračenja koje je upravo posledica kvantnih efekata, a trenutne teorije ne dozvoljavaju da one akrecijom masu povećaju. Ono što je glavni uzrok te restrikcije jeste upravo priroda tamne energije.

Kodeks ponašanja u multiverzumu

Čuveni fizičar Džon Viler smatrao je da istorija nekog Univerzuma počinje tek sa pojavom posmatrača u njemu. Na osnovu ovog shvatanja, može se postaviti i poznata  problematika tipa:

„Zašto je naš Univerzum ovakav kakav jeste?“

A Vilerov odgovor bi bio nešto poput :

„Kada bi bio drugačiji, ne bi bilo nikog da to pita!“

Ono što je interesantno naučnicima koji se bave problematikom vremenskih putovanja, jeste mogućnost da Univerzum prođe kroz fazni prelaz. Moguće je, dakle, da Univerzum stvori i nove Univerzume i to u procesu kvantnog tunelovanja. U ovom slučaju, mehur lažnog vakuuma veće energije uobličava se (u inače praznom prostor-vremenu) u pravo energetsko stanje vakuuma. Ako je nastali mehur dovoljno velik raširiće se neverovatno brzo (poput pomenutog inflatornog širenja u ranom stadijumu našeg Univerzuma). Daljim širenjem, mehur će se odvojiti iz „originalnog“ prostor-vremena našeg Univerzuma i kauzalnost će nestati. Tako nastaje jedan sasvim nov i „odvojen” Univerzum.

Univerzum, Multiverzum… da li je svejedno?

Ono što je najzanimljivije, ti novi Svemiri mogu, ipak, primati informacije iz našeg Univerzuma!

Multiverzm daje dobro teorijsko objašnjenje za mnoge egzotične pojave, poput putovanja kroz vreme

Naime, relativistička crvotočina može biti nešto poput provodnika za razmenu informacija, a možda čak i materije. Ovo je jedna od najzanimljivijih tema koje donosi ova problematika – tema kompletne evolucije civilizacije. Teoretski govoreći, dovoljno napredna civilizacija mogla bi da stvori novi svemir u slučaju kada se približava smrt starog kosmosa. Naravno, poznavanjem raznih osobina i fizičkih svojstava, novi Svemir bi mogao biti adaptiran za nastanak života. Informacije iz starog sistema u novi bi ulazile upravo kroz crvotočine.

Pojam „Univerzum“ tako postaje nedovoljno precizan i gubi svoj univerzalni značaj, pa se u engleskom jeziku već pojavio izraz „multiverse“ (Multiverzum), a koji opisuje „veliki“ Kosmos, tj. skup svih mehurova-Univerzuma i elemenata između njih. U strukturi multiverzuma pitanje selekcije onih kosmosa koji raspolažu uslovima pogodnim za razvitak života (a mi se nadamo i razumnih posmatrača) dobija novo značenje. Jer...

“Civilization is a race between disaster and education.” (H.G. Wells)

Paradoksi

NARAVNO, PARADOKSI. Nelogičnosti, prepreke, problemi, antropička načela, problemi antropičkih načela, filozofske pobune i ostalo…. Sve u svemu, stvar je u sledećem: Pri pokušaju da se konstruiše vremeplov nailazimo na probleme izazvane kruženjem energije u vremenskoj petlji. Kako jedan te isti foton (preciznije, reč je o virtualnim fotonima iz kvantnih fluktuacija vakuuma) kruži on se višestruko superponira i sabira sa samim sobom, te u datoj tački prostor-vremena energija postaje enormno velika i uništava vremeplov čim nastane. Neke grube analize nagoveštavaju da je ovakvo ponašanje generičko, odnosno da prirodni zakoni sprečavaju nastanak zatvorenih vremenskih petlji. Ova tvrdnja nije dokazama, već predstavlja jedno od ubedljivijih predviđanja koju je Hoking nazvao slutnja o zaštiti vremenskog uređenja. (eng. chronological protection conjecture). Problemi koje vidimo u putovanju u prošlost su dobrim delom urenjeni u našem subjektivnom razlikovanju prošlosti i budućnosti, uzroka i posledice. Međutim, to je  samo manifestacija naše psihološke strele vremena, a manje opšteg svojstva prirode. Svi mikrozakoni su nepromenljivi u odnosu na inverziju toka vremena, a time i na zamenu uloga uzroka i posledica. Jedino drugi zakon termodinamike jasno predviđa smer toka vremena.

Trenutak kada Šeldon (konačno) rešava problem paradoksa informacija! :-)

Zaključak (ili: bar ono što znamo da ne znamo)

Navešću samo dva (od brojnih) paradoksa koji se javljaju pri mogućnosti vremenskih putovanja:

1. Prvi je čuveni paradoks „pretka“. Po ovom scenariju, putnik kroz vreme odlazi unazad i ubija direktnog pretka, sprečavajući okolnosti koje bi dovele do njegovog rođenja. Naučna-fantastika je prepuna ovakvih paradoksalnih scenarija u kojima došljak iz budućnosti menja istoriju.

2. Sa druge strane – pojavljuje se (ponovo) paradoks informacija. Ako neko otputuje u budućnost i dozna neku informaciju, a potom se vrati i tu informaciju prenese nekom drugom, postaviće se pitanje porekla te informacije – niti je nju konstruisao putnik kroz vreme (jer ju je pokupio u budućnosti), niti ju je napravio slušalac – informaciju je dobio od putnika kroz vreme. Zatvorene vremenske krive naravno nije lako proizvesti ili koristiti. Ako je putovanje kroz vreme moguće, moglo bi biti dostupno samo uz tehnologiju koja je daleko naprednija od one poznatoj našoj civilizaciji. Ali, poenta nije u tome: poenta je da nam teorija relativiteta ne isključuje putovanje kroz vreme, već samo da je to jedan izuzetno težak (i skup) proces.

Ponoviću još ono što su ranije pitali i mnogi drugi teoretičari fizike : Da li je Hokingova teorija pogrešna? Da li je putovanje kroz vreme samo tehnički izazov, a ne i potpuna nemogućnost?

Dakle, možda su sve ove probleme rešili neki naši drugari u drugom Univerzumu.Pardon, MULTIVERZUMU!

Kako god se bude razvijala ova priča u budućnosti, imajte na umu sledeće:

“The crisis of today is the joke of tomorrow.” (H.G.Wells)