Le possibilità scientifiche del viaggio nel tempo

Le storie sul viaggio nel passato e nel futuro hanno catturato a lungo la nostra immaginazione, ma la questione se il tempo il viaggio è possibile è spinoso che arriva al cuore della comprensione del significato dei fisici quando usano la parola "tempo."

La fisica moderna ci insegna che il tempo è uno degli aspetti più misteriosi del nostro universo, sebbene all'inizio possa sembrare semplice. Einstein ha rivoluzionato la nostra comprensione del concetto, ma anche con questa comprensione rivista, alcuni scienziati riflettono ancora sulla questione seil tempo esiste davvero o se si tratta di una mera "illusione ostinatamente persistente" (come una volta Einstein la chiamava). Qualunque sia il tempo, però, i fisici (e gli scrittori di fiction) hanno trovato alcuni modi interessanti per manipolarlo per considerare di attraversarlo in modi non ortodossi.

Sebbene citato in H.G. Wells ' La macchina del tempo (1895), la vera scienza del viaggio nel tempo non è nata fino al XX secolo, come effetto collaterale di

Una delle sorprendenti conseguenze della relatività è che il movimento può comportare una differenza nel modo in cui il tempo passa, un processo noto come dilatazione del tempo. Questo si manifesta nel modo più drammatico nel classico Twin Paradox. In questo metodo di "viaggio nel tempo", puoi spostarti nel futuro più velocemente del normale, ma in realtà non c'è modo di tornare indietro. (C'è una leggera eccezione, ma ne parleremo più avanti nell'articolo.)

Nel 1937, il fisico scozzese W. J. van Stockum per primo ha applicato la relatività generale in un modo che ha aperto le porte ai viaggi nel tempo. Applicando l'equazione della relatività generale a una situazione con un cilindro rotante infinitamente lungo ed estremamente denso (un po 'come un palo da barbiere senza fine). La rotazione di un oggetto così massiccio in realtà crea un fenomeno noto come "frame trascinamento", ovvero trascina lo spazio-tempo insieme ad esso. Van Stockum ha scoperto che in questa situazione, è possibile creare un percorso nello spaziotempo 4-dimensionale che è iniziato e si è concluso nello stesso punto - qualcosa chiamato un curva timelike chiusa - qual è il risultato fisico che consente il viaggio nel tempo. Puoi partire su una nave spaziale e percorrere un percorso che ti riporta nello stesso preciso momento in cui sei partito.

Sebbene un risultato intrigante, questa era una situazione abbastanza inventata, quindi non c'era davvero molta preoccupazione sul fatto che si stesse verificando. Stava per arrivare una nuova interpretazione, che era molto più controversa.

Nel 1949, il matematico Kurt Godel - un amico di Einstein e un collega a Princeton L'Istituto universitario per lo studio avanzato - ha deciso di affrontare una situazione in cui si trova l'intero universo rotante. Nelle soluzioni di Godel, il viaggio nel tempo era effettivamente consentito dalle equazioni se l'universo stesse ruotando. Un universo in rotazione potrebbe funzionare da solo come una macchina del tempo.

Ora, se l'universo stesse ruotando, ci sarebbero modi per rilevarlo (i raggi di luce si piegherebbero, ad esempio, se il l'intero universo stava ruotando), e finora l'evidenza è straordinariamente forte che non esiste alcun tipo di universale rotazione. Quindi, di nuovo, i viaggi nel tempo sono esclusi da questo particolare insieme di risultati. Ma il fatto è che le cose nell'universo ruotano e ciò apre di nuovo la possibilità.

Nel 1963, il matematico della Nuova Zelanda Roy Kerr usò le equazioni di campo per analizzare una rotazione buco nero, chiamato buco nero di Kerr, e ha scoperto che i risultati consentivano un percorso attraverso a wormhole nel buco nero, mancando la singolarità al centro, e distinguere l'altra estremità. Questo scenario consente anche curve a tempo chiuso, come il fisico teorico Kip Thorne ha realizzato anni dopo.

All'inizio degli anni '80, mentre Carl Sagan ha lavorato al suo romanzo del 1985 Contatto, si è rivolto a Kip Thorne con una domanda sulla fisica del viaggio nel tempo, che ha ispirato Thorne a esaminare il concetto di usare un buco nero come mezzo per viaggiare nel tempo. Insieme al fisico Sung-Won Kim, Thorne si rese conto che potevi (in teoria) avere un nero buco con un wormhole che lo collega ad un altro punto nello spazio tenuto aperto da una qualche forma di negativo energia.

Ma solo perché hai un wormhole non significa che hai una macchina del tempo. Supponiamo ora che tu possa spostare un'estremità del wormhole (l '"estremità mobile). Metti l'estremità mobile su un'astronave, sparandole nello spazio quasi alla velocità della luce. La dilatazione temporale inizia e il tempo vissuto dall'estremità mobile è molto inferiore al tempo trascorso dall'estremità fissa. Supponiamo che sposti l'estremità mobile di 5.000 anni nel futuro della Terra, ma l'estremità mobile "invecchia" solo di 5 anni. Quindi parti nel 2010 d.C., per esempio, e arrivi nel 7010 d.C.

Tuttavia, se viaggi attraverso l'estremità mobile, in realtà uscirai dall'estremità fissa nel 2015 d.C. (da quando sono passati 5 anni sulla Terra). Che cosa? Come funziona?

Bene, il fatto è che le due estremità del wormhole sono collegate. Non importa quanto distanti siano, nello spazio-tempo, sono ancora sostanzialmente "vicini" l'uno all'altro. Dal momento che l'estremità mobile ha solo cinque anni in più rispetto a quando è partita, passarla ti riporterà al punto relativo sul wormhole fisso. E se qualcuno dalla Terra del 2015 d.C. attraversasse il wormhole fisso, sarebbe uscito nel 7010 d.C. dal wormhole mobile. (Se qualcuno avesse attraversato il wormhole nel 2012 d.C., sarebbe finito sull'astronave da qualche parte nel mezzo del viaggio e così via.)

Sebbene questa sia la descrizione fisicamente più ragionevole di una macchina del tempo, ci sono ancora problemi. Nessuno sa se esistono wormhole o energia negativa, né come metterli insieme in questo modo se esistono. Ma è (in teoria) possibile.