„Gdyby ktoś złożył wniosek o grant badawczy na pracę nad podróżami w czasie, zostałby natychmiast odrzucony” – pisze fizyk Stephen Hawking w swojej pośmiertnej książce „Krótkie odpowiedzi na wielkie pytania”. Miał rację. Ale miał tak „e rację, „e pytanie, czy podró „e w czasie są mo „liwe, jest „bardzo powa „nym pytaniem”, do którego nadal mo „na podchodzić naukowo.

Przekonując, „e nasze obecne rozumienie nie mo „e ich wykluczyć, Hawking, jak się wydaje, był ostro „ny i optymistyczny. Więc gdzie nas to pozostawia? Nie mo „emy zbudować wehikułu czasu dzisiaj, ale czy moglibyśmy w przyszłości? Przyjmujemy za pewnik możliwość zadzwonienia do naszych przyjaciół i rodziny, gdziekolwiek są na świecie, aby dowiedzieć się, co teraz robią. Ale jest to coś, czego tak naprawdę nigdy nie możemy się dowiedzieć. Sygnały przenoszące ich głosy i obrazy podróżują niezrozumiale szybko, ale wciąż potrzeba skończonego czasu, aby te sygnały do nas dotarły.

Nasza niezdolność do uzyskania dostępu do „teraz” kogoś odległego leży u podstaw teorii przestrzeni i czasu Alberta Einsteina.

Szybkość światła

Einstein powiedział nam, że przestrzeń i czas są częściami jednej rzeczy – czasoprzestrzeni – i że powinniśmy być tak samo skłonni do myślenia o odległościach w czasie, jak o odległościach w przestrzeni. Jakkolwiek dziwnie by to nie zabrzmiało, z radością odpowiadamy „około dwóch i pół godziny”, gdy ktoś pyta nas, jak daleko jest Birmingham od Londynu. Chodzi nam o to, że podróż trwa tak długo przy średniej prędkości 50 mil na godzinę.

Matematycznie, nasze stwierdzenie jest równoważne z powiedzeniem, że Birmingham jest około 125 mil od Londynu. Jak piszą fizycy Brian Cox i Jeff Forshaw w swojej książce Why does E=mc²?, czas i odległość „mogą być zamienione za pomocą czegoś, co ma walutę prędkości”. Intelektualny skok Einsteina polegał na przypuszczeniu, że kurs wymiany z czasu na odległość w czasoprzestrzeni jest uniwersalny – i jest to prędkość światła.

Prędkość światła jest najszybszym sygnałem, jaki może podróżować, co nakłada fundamentalne ograniczenie na to, jak szybko możemy wiedzieć, co dzieje się w innym miejscu we wszechświecie. To daje nam „przyczynowość” – prawo, zgodnie z którym skutki muszą zawsze następować po swoich przyczynach. Jest to poważny teoretyczny cierń w boku bohaterów podróżujących w czasie. Gdybym mógł cofnąć się w czasie i uruchomić wydarzenia, które uniemożliwiłyby moje narodziny, to postawiłbym skutek (mnie) przed przyczyną (moje narodziny).

Teraz, jeśli prędkość światła jest uniwersalna, musimy zmierzyć, że jest taka sama – 299,792,458 metrów na sekundę w próżni – niezależnie od tego, jak szybko sami się poruszamy. Einstein zdawał sobie sprawę, że konsekwencją tego, iż prędkość światła jest absolutna, jest to, że przestrzeń i czas nie mogą być absolutne. I okazuje się, że poruszające się zegary muszą tykać wolniej niż te stacjonarne.

Im szybciej się poruszasz, tym wolniej tyka twój zegar w stosunku do tych, które poruszają się obok. Słowo „względny” jest kluczowe: dla ciebie czas będzie wydawał się płynąć normalnie. Dla każdego, kto stoi w miejscu, będziesz jednak w zwolnionym tempie. Gdybyś poruszał się z prędkością światła, wydawałbyś się zamrożony w czasie – jeśli chodzi o ciebie, wszyscy inni poruszaliby się szybko do przodu.

A co jeśli podróżowalibyśmy szybciej niż światło, czy czas biegłby do tyłu, jak nauczyła nas fantastyka naukowa?

Niestety, potrzeba nieskończonej energii, aby rozpędzić człowieka do prędkości światła, nie mówiąc już o przekroczeniu jej. Ale nawet gdybyśmy mogli, czas nie biegłby po prostu do tyłu. Zamiast tego, nie miałoby już sensu mówienie o ruchu do przodu i do tyłu. Prawo przyczynowości zostałoby naruszone, a pojęcie przyczyny i skutku straciłoby sens.

Wormhole

Einstein powiedział nam również, że siła grawitacji jest konsekwencją sposobu, w jaki masa wypacza przestrzeń i czas. Im więcej masy wciśniemy do jakiegoś obszaru przestrzeni, tym bardziej czasoprzestrzeń jest wypaczona i tym wolniej tykają pobliskie zegary. Jeśli wciśniemy wystarczająco dużo masy, czasoprzestrzeń stanie się tak wypaczona, że nawet światło nie będzie w stanie uciec przed jej grawitacyjnym przyciąganiem i powstanie czarna dziura. Gdybyś zbliżył się do krawędzi czarnej dziury – jej horyzontu zdarzeń – twój zegar tykałby nieskończenie wolno w porównaniu z zegarami znajdującymi się daleko od niej.

Czy moglibyśmy zatem wypaczać czasoprzestrzeń w odpowiedni sposób, aby zamknąć ją z powrotem na siebie i podróżować w czasie?

Odpowiedź brzmi: być może, a wypaczenie, którego potrzebujemy, to możliwe do przebycia tunele czasoprzestrzenne. Ale musimy również wytworzyć regiony o ujemnej gęstości energii, aby go ustabilizować, a klasyczna fizyka XIX wieku uniemożliwia to. Współczesna teoria mechaniki kwantowej może jednak tego nie robić.

Według mechaniki kwantowej pusta przestrzeń nie jest pusta. Zamiast tego jest ona wypełniona parami cząstek, które wpadają i wypadają z istnienia. Jeśli uda nam się stworzyć region, w którym mniej par będzie mogło wejść i wyjść niż gdziekolwiek indziej, wtedy ten region będzie miał ujemną gęstość energii.

Jednakże znalezienie spójnej teorii łączącej mechanikę kwantową z teorią grawitacji Einsteina pozostaje jednym z największych wyzwań fizyki teoretycznej. Jeden z kandydatów, teoria strun (dokładniej M-teoria), może zaoferować inną możliwość.

M-teoria wymaga, aby czasoprzestrzeń miała 11 wymiarów: jeden czasowy i trzy przestrzenne, w których się poruszamy, oraz siedem kolejnych, zwiniętych w niewidzialnie mały kłębek. Czy moglibyśmy u „yć tych dodatkowych wymiarów przestrzennych do skrócenia przestrzeni i czasu? Hawking, przynajmniej, miał taką nadzieję.

Ratowanie historii

Czy podróże w czasie są naprawdę możliwe? Nasze obecne rozumienie nie może tego wykluczyć, ale odpowiedź brzmi prawdopodobnie nie.

Teorie Einsteina nie są w stanie opisać struktury czasoprzestrzeni w niewiarygodnie małych skalach. I choć prawa natury mogą być często całkowicie sprzeczne z naszym codziennym doświadczeniem, są one zawsze samospójne – pozostawiając niewiele miejsca na paradoksy, których pełno, gdy mieszamy z przyczyną i skutkiem w science fiction o podróżach w czasie.

Pomimo swego żartobliwego optymizmu, Hawking uznał, że nieodkryte prawa fizyki, które pewnego dnia zastąpią prawa Einsteina, mogą sprzysiąc się, aby uniemożliwić dużym obiektom, takim jak ty i ja, swobodne (nie przyczynowe) przeskakiwanie w czasie. Nazywamy to dziedzictwo jego „chronologii ochrony przypuszczenie”.

Czy przyszłość ma maszyny czasu w sklepie, czy nie, możemy pocieszyć się wiedzą, że kiedy wspinamy się na górę lub prędkości wzdłuż w naszych samochodach, zmieniamy jak czas tyka.

Więc, ten „udawać, że jest podróżnik w czasie dzień” (8 grudnia), pamiętaj, że już jesteś, tylko nie w sposób można mieć nadzieję.