Czy podróże w czasie są możliwe?

Od niepamiętnych czasów napędzają wyobraźnię twórców science-fiction, dzielą środowisko naukowe i są marzeniem większości ludzkości. Któż bowiem choć raz w życiu nie żałował błędnej podjętej decyzji lub nie zastanawiał się „co będzie za X lat?” Podróże w czasie – czy są możliwe? Ba, czy w ogóle możliwa jest jednoznaczna odpowiedź na to pytanie?

Jeden z najwybitniejszych naukowców naszych czasów, genialny brytyjski astrofizyk, Stephen Hawking, którego stwardnienie zanikowe boczne wiele lat temu przykuło do wózka inwalidzkiego, ma ciekawą koncepcję na temat podróży w czasie.

Gdybym miał wehikuł czasu, spotkałbym się z Marilyn Monroe lub Galileuszem, a może przeniósłbym się daleko w przyszłość, do kresu Wszechświata, żeby zobaczyć, jak to wszystko się kończy.

– takich słów Hawking używa w jednym ze swoich artykułów.

W napisanym zdaniu nie ma ani jednej przypadkowej litery. Oto on – człowiek nauki, zajmujący się zjawiskami, których ludzki umysł nie jest w stanie ogarnąć – określa siebie mianem „marzyciela”. Podróżowanie w czasie wciąż jest mocno zakorzenione w sferze marzeń, ale wydaje się, że jesteśmy coraz bliżej przełomu, który może dać nam odpowiedź, że „owszem, jest to możliwe”.

Podróże w czasie to nie wymysł współczesności. Nad nieuchwytnością czasu oraz nieistnieniem przeszłości i przyszłości w teraźniejszości zastanawiał się już św. Augustyn z Hippony (XI księga „Wyznań”). Filozof znany jako doctor gratiae słusznie zauważył, że nie da się dokładnie zmienić czasu między dwoma zdarzeniami, bo przynajmniej jedno z nich już przeminęło i jest poza aparaturą pomiarową. Czas jest jednak powiązany z ruchem materii i na tej podstawie dokonujemy umownych pomiarów. Czy czas jest zatem czymś podstawowym i absolutnie niezmiennym?

Nie zawsze i wszędzie czas działa na tych samych zasadach. Teoria względności Alberta Einsteina wykazała, że tempo upływu czasu jest zależne od materii i energii, a jego istota jest związana z przestrzenią. Nie ma czasu istniejącego odrębnie od przestrzeni i vice versa. Jest czasoprzestrzeń, którą w pewnych okolicznościach można manipulować.

Podróż w przyszłość

Pierwsze naukowe koncepcje pozwalające na podróże w czasie wynikały bezpośrednio z teorii względności. Co więcej, podróże w przyszłość są zjawiskiem przewidzianym przez teorię względności Einsteina. Według niej dla obiektów poruszających się szybciej lub w silnym polu grawitacyjnym dochodzi do dylatacji czasu – czas spowalnia względem innych obiektów i rejonów Wszechświata. Różnica jest tym bardziej zauważalna, im obiekt wyraźniej zbliża się do prędkości maksymalnej, którą jest oczywiście prędkość światła. Inną możliwością jest zbliżanie się do środka masy supermasywnego ciała niebieskiego, np. jednej z potężnych czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk.

Osiągnięcie prędkości światła przez ciała posiadające masę spoczynkową (a więc i hipotetyczny statek kosmiczny) jest niemożliwe, można się do niej tylko zbliżyć. Dla obiektu poruszającego się z prędkością światła, dylatacja czasu staje się nieskończenie duża, a czas przez to… przestaje istnieć. W ten sposób czas „odbierają” cząstki elementarne nieposiadające masy, np. fotony. Dylatacja czasu pozwala na jego względne przyspieszenie, dzięki czemu – przynajmniej hipotetycznie – możliwa jest podróż w przyszłość.

Dylatacja czasu związana z prędkością ciał (dylatacja kinetyczna) jest zawsze obecna. Pilot samolotu poruszającego się z ponaddźwiękową prędkością będzie starzał się wolniej niż ludzie pozostali na Ziemi. Nawet przy największych możliwych do uzyskania prędkościach, różnice te są minimalne – stanowią tysięczne, jeżeli nie milionowe części sekundy. Ale im prędkość byłaby większa – zbliżając się do prędkości światła – tym dylatacja czasu nabierałaby na znaczeniu. Poruszając się takim statkiem kosmicznym możliwa byłaby podróż w dowolnie daleką przyszłość w stosunkowo krótkim czasie. Ale należy pamiętać o jeszcze jednym ograniczeniu: przyspieszenie nie może przekraczać wartości nieszkodliwych dla ludzkiego organizmu. Czas takiej podróży nie byłby wcale taki mały, gdyż potrzebne byłyby długie okresy czasu, by zbliżyć się do prędkości światła. By uzyskać prędkość bliską prędkości światła z przyspieszeniem 10 m/s2 (przyspieszenie ziemskie) niezbędny byłby okres ok. roku. Na Ziemi najprawdopodobniej minęłoby wtedy kilka stuleci.

• Zobacz również | Broń przyszłości. 10 projektów, które zmienią pole bitwy

Inne możliwości daje dylatacja grawitacyjna. Wynika ona z faktu, że im bliżej ciała o dużej masie się znajdujemy, tym czas płynie wolniej względem dalej położonych i stałych względem ciała regionów. Oznacza to, że w Jurze Krakowsko-Częstochowskiej czas płynie wolniej niż na Mount Everest, bo potencjał grawitacyjny ma mniejszą wartość. Niestety, wspomniane różnice czasu wynikające z dylatacji grawitacyjnej, są na tyle niewielkie, że spokojnie można je pominąć. Co innego, gdyby nasza planeta krążyła nie wokół gwiazdy, a np. czarnej dziury…

Zjawisko dylatacji czasu można odnotować mierząc czas w samolotach, a jeszcze lepiej w satelitach orbitujących wokół naszej planety. Ponieważ 20 tys. km nad powierzchnią Ziemi siła ciążenia jest nieco słabsza niż tu, gdzie teraz jesteś, zamontowane w satelitach GPS zegary atomowe przyspieszają. Dzieje się tak, gdyż na orbicie okołoziemskiej to czas przyspiesza, dokładnie jak przewidział to Einstein. Choć rozregulowanie wynosi jedyne 50 mikrosekund na dobę, trzeba je wziąć pod uwagę, bo w przeciwnym razie wskazania GPS-a rozmijałyby się o dobre 10 km. Dylatację czasu związaną z prędkością obiektów odnotowano przy okazji wielu eksperymentów naukowych – podczas obserwacji mionów czy na pokładzie stacji kosmicznych – niegdyś Mir, a teraz ISS. Jako ciekawostkę, należy wspomnieć, że człowiekiem, który udał się w najdalszą „podróż w czasie” był rosyjski kosmonauta Siergiej Krikalow, który gościł na stacji Mir przez 784 dni. Dzięki temu udało mu się wybić w przyszłość ok. 1/50 sekundy przed resztę ludzkości.

Czarne dziury, gwiazdy neutronowe i tunele czasoprzestrzenne

We Wszechświecie można znaleźć obiekty astronomiczne, w których grawitacyjna dylatacja czasu daje o sobie znać na odległościach rzędu kilku metrów. Takimi ciałami niebieskimi sa gwiazdy neutronowe, obiekty powstałe w wyniku wybuchu supernowej lub zapaści białego karła w układzie podwójny. Materia budująca gwiazdę neutronową jest niezwykle gęsta – przy średnicy ok. 10-15 km gwiazdy te mają masę od 1,4 do 2,5 mas Słońca. Oznacza to, że łyżeczka materii z gwiazdy neutronowej miałaby masę ok. 6 mld ton. Przekłada się to na efekty w tempie upływu czasu. Gdyby postawić na gwieździe neutronowej hipotetyczny wieżowiec, na ostatnim piętrze czas płynąłby kilka razy szybciej niż na parterze. Mieszkaniec takiego budynku mógłby wjechać na ostatnie piętro i przepracować tam 8 godzin. Po zjechaniu na parter, okazałoby się, że minęła tylko godzina. Taka osoba nie odbyłaby jednak podróży w czasie, a jedynie doświadczyła zmiany tempa jego upływu. Z ostatniego piętra wieżowca życie osób na powierzchni gwiazdy wyglądałoby jak efekt bullet-time z „Matrixa”.

• Zobacz również | Koniec Internetu

Jeszcze bardziej niezwykłe rzeczy w związku z upływem czasu dzieją się w czarnych dziurach. W horyzoncie zdarzeń, czyli sferze otaczającej czarną dziurę, z której nie może wydostać się nawet światło, czas zwalnia do zera. Teoretyczne rozważania fizyków dopuszczają podróż w przyszłość dzięki lotowi statkiem kosmicznym w okolice czarnej dziury. Realizacja takiego planu na ten moment wydaje się jednak niemożliwa. Trudno rozstrzygać, wykorzystanie której z dylatacji czasu – grawitacyjnej czy kinetycznej – byłoby trudniejsze dla człowieka.

Jeszcze inne możliwości dają tunele czasoprzestrzenne, czyli swoiste „skróty” między co najmniej dwoma obszarami Wszechświata. Tunele czasoprzestrzenne są przedmiotem sporów współczesnych fizyków, bo do tej pory nie odnotowano żadnych obserwacyjnych wskazówek na ich istnienie. Ogólna teoria względności Einsteina dopuszcza jednak ich istnienie. Tunele czasoprzestrzenne umożliwiałyby podróż do odległych regionów Wszechświata (lub wszechświatów) w stosunkowo krótkim czasie. Odbyłoby się to szybciej niż światło, ale bez konieczności przekroczenia prędkości światła dla podróżującego. Ponieważ tunele mają łączyć ze sobą różne rejony czasoprzestrzeni, przy ich użyciu można by podróżować w czasie. Fizycy twierdzą, że nawet gdyby tunele czasoprzestrzenne istniały, to nie byłyby one na tyle stabilne, by przesłać przez nie choćby niewielką porcję energii. O podróżach przez tunele czasoprzestrzenne (bardziej w przestrzeni niż czasie) opowiada najnowszy film Christophera Nolana – „Interstellar”, który w listopadzie pojawi się w kinach.

Podróże w przeszłość

Podczas dyskusji o podróżach w czasie, większą część zawsze poświęca się wyprawom w przyszłość. Cofnięcie czasu, czyli podróż w przeszłość, wymagałoby zaangażowania nieosiągalnej dla ludzkiej cywilizacji ilości energii. Naukowcom nie udało się udowodnić, że takie podróże są niemożliwe, a póki to nie nastąpi, teoretycy wciąż będą zastanawiać się, jak tego dokonać. Ogólna teoria względności Einsteina dopuszcza podróże w czasie wstecz, ale obserwacje astronomiczne pokazują, że Wszechświat, w którym żyjemy, nie spełnia takich warunków. Co jakiś czas pojawiają się niezwykłe hipotezy, takie jak napęd Alcubierre’a (Warp), ale niemal natychmiast jako kontrargument przytacza się paradoksy.

Najbardziej znany jest paradoks dziadka, w którym następuje rozumowanie, że jeżeli ktoś wybrałby się w przeszłość, by zabić swojego dziadka (przed narodzinami ojca), to nigdy by się nie urodził. Paradoks dziadka to szczególny przypadek, gdy podczas podróży w czasie uniemożliwia się jej odbycie. Naukowcy jednak znaleźli i hipotetyczne rozwiązanie tej sprzeczności. Według niektórych teorii, podczas podróży w czasie wstecz nie można dokonać niczego, co mogłoby ją uniemożliwić, gdyż nie zrobiło się tego w przeszłości. Inną opcją jest podróżowanie tunelem czasoprzestrzennym nie do „faktycznej” przeszłości, a do alternatywnego wszechświata, w którym zabicie własnego dziadka uniemożliwia istnienie tamtejszego wszechświata, a nie tego, z którego my przybywamy.

Ostatecznym argumentem przeciw możliwościom podróży w czasie jest paradoks wehikułu czasu. Gdyby kiedykolwiek udało się go zbudować, to wśród nas żyliby przybysze z przyszłości, którzy by to potwierdzili. Gdzie zatem oni są?

Zainteresował Cię artykuł? Zobacz też inne maniaKalne felietony.