Was ist Zeit? Augustinus der Selige sagte: "Ich weiß, wie spät es ist, bis ich darüber nachdenke." Nach dem Standardmodell der Physik ist Zeit neben den drei räumlichen Dimensionen die vierte Dimension. So können Sie es passieren. Seit Jahren genießen Science-Fiction-Autoren die Möglichkeiten der Zeitreise auf vielfältige Weise. Jedes Jahrhundert beherrschen wir immer mehr neue Technologien, entdecken neue Aspekte der Wissenschaft. Was bleibt uns noch zu lernen über Zeitreisen, bevor wir damit beginnen, sie Wirklichkeit werden zu lassen?
Sie haben vielleicht bemerkt, dass wir uns ständig in der Zeit bewegen. Wir bewegen uns durch. Auf der Grundebene des Konzepts ist Zeit die Änderungsrate des Universums, und unabhängig davon, ob es uns gefällt oder nicht, unterliegen wir ständigen Änderungen. Wir werden alt, die Planeten bewegen sich um die Sonne, Dinge werden zerstört.
Wir messen den Zeitablauf in Sekunden, Minuten, Stunden und Jahren, aber das bedeutet nicht, dass die Zeit mit konstanter Geschwindigkeit fließt. Wie Wasser in einem Fluss vergeht die Zeit an verschiedenen Orten auf unterschiedliche Weise. Kurz gesagt, die Zeit ist relativ.
Aber was verursacht vorübergehende Schwankungen auf dem Weg von der Wiege zum Grab? Auf die Beziehung zwischen Zeit und Raum kommt es an. Der Mensch kann in drei Dimensionen wahrnehmen - Länge, Breite und Tiefe. Die Zeit ergänzt diese Partei als wichtigste vierte Dimension. Zeit existiert nicht ohne Raum, Raum existiert nicht außerhalb der Zeit. Und dieses Paar ist in einem Raum-Zeit-Kontinuum verbunden. Jedes Ereignis, das im Universum stattfindet, muss Raum und Zeit beinhalten.
In diesem Artikel werden wir die realsten und alltäglichsten Möglichkeiten des Zeitreisens in unserem Universum sowie weniger zugängliche, aber nicht weniger mögliche Wege durch die vierte Dimension betrachten.
Vorübergehende Reise in die Zukunft
Wenn Sie ein paar Jahre etwas schneller leben wollen als jemand anderes, müssen Sie sich mit Raum-Zeit auseinandersetzen. Globale Positionierungssatelliten tun dies jeden Tag, drei Milliardstel Sekunden vor dem natürlichen Verlauf der Zeit. Im Orbit fließt die Zeit schneller, weil die Satelliten weit von der Erdmasse entfernt sind. Und an der Oberfläche trägt die Masse des Planeten Zeit mit sich und verlangsamt sie in relativ geringem Umfang.
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Dieser Effekt wird als Gravitationszeitdilatation bezeichnet. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie biegt die Schwerkraft die Raumzeit, und Astronomen verwenden diese Folgerung, wenn sie Licht untersuchen, das in der Nähe massereicher Objekte vorbeizieht.
Aber was hat das mit Timing zu tun? Denken Sie daran - jedes Ereignis im Universum beinhaltet sowohl Raum als auch Zeit. Die Schwerkraft zieht nicht nur Raum, sondern auch Zeit zusammen.
Wenn Sie sich im Fluss der Zeit befinden, werden Sie kaum eine Änderung in ihrem Verlauf bemerken. Aber Objekte, die massiv genug sind - wie der supermassereiche Alpha-Schütze des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie - werden das Zeitgefüge ernsthaft verzerren. Die Masse seines Singularitätspunktes beträgt 4 Millionen Sonnen. Diese Masse verlangsamt die Zeit um die Hälfte. Fünf Jahre in der Umlaufbahn eines Schwarzen Lochs (ohne hineinzufallen) sind zehn Jahre auf der Erde.
Die Bewegungsgeschwindigkeit spielt auch eine wichtige Rolle für die Geschwindigkeit des Flusses unserer Zeit. Je näher Sie der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit kommen - der Lichtgeschwindigkeit - desto langsamer fließt die Zeit. Am Ende der Fahrt wird die Uhr in einem schnell fahrenden Zug um eine Milliardstel Sekunde "spät" sein. Wenn ein Zug in einem Jahr in einem Zugwagen eine Lichtgeschwindigkeit von 99,999% erreicht, können Sie zweihundertdreiundzwanzig Jahre in die Zukunft fahren.
Tatsächlich bauen hypothetische zukünftige Reisen in der Zukunft auf dieser Idee auf, verzeihen Sie die Tautologie. Aber was ist mit der Vergangenheit? Kannst du die Zeit zurückdrehen?
Temporäres Reisen in der Vergangenheit
Wir haben festgestellt, dass die Reise in die Zukunft immer wieder stattfindet. Wissenschaftler haben dies experimentell bewiesen, und die Idee steht im Mittelpunkt von Einsteins Relativitätstheorie, die dieses Jahr 100 Jahre alt wird. Es ist durchaus möglich, in die Zukunft zu gehen, die einzige Frage ist "wie schnell"? Wenn es darum geht, in die Vergangenheit zu reisen, ist die Antwort, in den Nachthimmel zu schauen.
Die Milchstraßengalaxie ist ungefähr 100.000 Lichtjahre breit, was bedeutet, dass Licht von fernen Sternen Tausende und Abertausende von Jahren reisen muss, bevor es die Erde erreicht. Fangen Sie dieses Licht ein, und im Wesentlichen werden Sie einfach in die Vergangenheit schauen. Wenn Astronomen kosmische Mikrowellenstrahlung messen, schauen sie in den Kosmos wie vor 10 Milliarden Jahren. Aber das ist nicht alles.
Es gibt nichts in Einsteins Relativitätstheorie, was die Möglichkeit einer Reise in die Vergangenheit ausschließt, aber die sehr mögliche Existenz eines Knopfes, der Sie zu gestern zurückbringen könnte, verstößt gegen das Gesetz der Kausalität oder gegen Ursache und Wirkung. Wenn im Universum etwas passiert, erzeugt das Ereignis eine neue endlose Kette von Ereignissen. Die Ursache wird immer vor der Wirkung geboren. Stellen Sie sich eine Welt vor, in der das Opfer sterben würde, bevor die Kugel ihren Kopf trifft. Dies ist eine Verletzung der Realität, aber trotzdem schließen viele Wissenschaftler die Möglichkeit einer Reise in die Vergangenheit nicht aus.
Zum Beispiel wird angenommen, dass eine Bewegung, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit ist, in die Vergangenheit zurücksenden kann. Wenn sich die Zeit verlangsamt, wenn sich ein Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, kann das Durchbrechen dieser Barriere die Zeit zurückdrehen? Wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, wächst natürlich auch die relativistische Masse des Objekts, dh sie nähert sich der Unendlichkeit. Es scheint unmöglich, eine unendliche Masse zu beschleunigen. Theoretisch kann die Warp-Geschwindigkeit, dh die Verformung der Geschwindigkeit als solche, das universelle Gesetz täuschen, aber selbst dies erfordert kolossale Energiekosten.
Was ist, wenn Zeitreisen in die Zukunft und in die Vergangenheit nicht so sehr von unserem Grundwissen über den Raum abhängen, sondern vielmehr von bestehenden kosmischen Phänomenen? Schauen wir uns ein schwarzes Loch an.
Schwarze Löcher und Kerr-Ringe
Umlaufe das Schwarze Loch lange genug, und die Gravitationszeitdilatation wird dich in die Zukunft werfen. Aber was ist, wenn du direkt in die Kiefer dieses kosmischen Monsters fällst? Wir haben bereits darüber geschrieben, was passieren wird, wenn wir in ein Schwarzes Loch eintauchen, aber wir haben eine so exotische Vielfalt von Schwarzen Löchern wie den Kerr-Ring nicht erwähnt. Oder Kerrs schwarzes Loch.
1963 schlug der neuseeländische Mathematiker Roy Kerr die erste realistische Theorie eines rotierenden Schwarzen Lochs vor. Das Konzept umfasst Neutronensterne - massive kollabierende Sterne von der Größe St. Petersburgs, aber mit der Masse der Erdsonne. Wir haben Neutronenlöcher in die Liste der mysteriösesten Objekte im Universum aufgenommen und sie Magnetare genannt. Kerr vermutete, dass wenn ein sterbender Stern in einen rotierenden Ring aus Neutronensternen zusammenbricht, seine Zentrifugalkraft verhindern würde, dass sie zu einer Singularität werden. Und da das Schwarze Loch keinen Singularitätspunkt haben wird, dachte Kerr, dass es möglich sein würde, hineinzukommen, ohne Angst zu haben, durch die Schwerkraft im Zentrum auseinandergerissen zu werden.
Wenn Kerr-Schwarze Löcher existieren, könnten wir sie passieren und in das Weiße Loch austreten. Es ist wie das Auspuffrohr eines Schwarzen Lochs. Anstatt alles einzusaugen, was es kann, wird das weiße Loch im Gegenteil alles wegwerfen, was es kann. Vielleicht sogar in einer anderen Zeit oder einem anderen Universum.
Kerr Schwarze Löcher bleiben eine Theorie, aber wenn sie existieren, sind sie eine Art Portal, das eine Einwegreise in die Zukunft oder Vergangenheit bietet. Und während sich eine extrem fortgeschrittene Zivilisation auf diese Weise entwickeln und durch die Zeit reisen könnte, weiß niemand, wann das "wilde" Schwarze Loch von Kerr verschwinden wird.
Wurmlöcher (Wurmlöcher)
Theoretische Kerr-Ringe sind nicht der einzige Weg, um möglicherweise Wege zur Vergangenheit oder Zukunft zu "verkürzen". Science-Fiction-Filme - von Star Trek bis Donnie Darko - beschäftigen sich häufig mit der theoretischen Einstein-Rosen-Brücke. Für Sie sind diese Brücken besser als Wurmlöcher bekannt.
Einsteins allgemeine Relativitätstheorie erlaubt die Existenz von Wurmlöchern, da die Theorie des großen Physikers auf der Krümmung der Raum-Zeit unter dem Einfluss der Masse basiert. Um diese Krümmung zu verstehen, stellen Sie sich den Stoff der Raumzeit als weißes Blatt vor und falten Sie ihn in zwei Hälften. Die Fläche des Blattes bleibt gleich, es verformt sich nicht von selbst, aber der Abstand zwischen den beiden Kontaktpunkten ist deutlich geringer als wenn das Blatt auf einer ebenen Fläche lag.
In diesem vereinfachten Beispiel wird der Raum als zweidimensionale Ebene dargestellt und nicht als vierdimensionale Ebene, wie er tatsächlich ist (denken Sie an die vierte Dimension - Zeit). Hypothetische Wurmlöcher funktionieren ähnlich.
Schneller Vorlauf ins All. Die Konzentration der Masse in zwei verschiedenen Teilen des Universums könnte eine Art Tunnel in Raum-Zeit erzeugen. Theoretisch würde dieser Tunnel zwei verschiedene Segmente des Raum-Zeit-Kontinuums miteinander verbinden. Natürlich ist es durchaus möglich, dass einige physikalische oder Quanteneigenschaften verhindern, dass solche Wurmlöcher von selbst entstehen. Nun, oder sie werden geboren und sterben sofort, weil sie instabil sind.
Laut Stephen Hawking können Wurmlöcher in Quantenschaum existieren, dem kleinsten Medium im Universum. Winzige Tunnel werden ständig geboren und platzen und verbinden für kurze Momente verschiedene Orte und Zeiten.
Wurmlöcher mögen zu klein und kurzlebig sein, als dass sich eine Person bewegen könnte, aber was ist, wenn wir sie eines Tages finden, halten, stabilisieren und vergrößern können? Vorausgesetzt, Hawking merkt an, dass Sie für Feedback bereit sind. Wenn wir den Raum-Zeit-Tunnel künstlich stabilisieren wollen, kann die Strahlung unserer Aktionen ihn zerstören, genauso wie die Schallumkehr einen Lautsprecher beschädigen kann.
Kosmische Saiten
Wir versuchen, uns durch Schwarze Löcher und Wurmlöcher zu quetschen, aber gibt es eine andere Art der Zeitreise mit einem theoretischen kosmischen Phänomen? Vor diesem Hintergrund wenden wir uns an den Physiker J. Richard Gott, der 1991 die Idee einer kosmischen Kette skizzierte. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um hypothetische Objekte, die sich möglicherweise in den frühen Stadien der Entwicklung des Universums gebildet haben.
Diese Saiten durchdringen das gesamte Universum, sind dünner als ein Atom und stehen unter starkem Druck. Daraus folgt natürlich, dass sie alles, was in ihrer Nähe passiert, mit Gravitationsschub versehen, was bedeutet, dass Objekte, die an der kosmischen Kette befestigt sind, sich mit unglaublicher Geschwindigkeit in der Zeit fortbewegen können. Wenn Sie zwei kosmische Fäden näher aneinander ziehen oder einen neben ein Schwarzes Loch legen, können Sie eine sogenannte geschlossene zeitliche Kurve erstellen.
Unter Verwendung der Schwerkraft, die von zwei kosmischen Ketten (oder einer Kette und einem Schwarzen Loch) erzeugt wird, könnte sich das Raumschiff theoretisch in der Zeit zurückschicken. Dazu müssten Sie eine Schleife um die kosmischen Strings machen.
Übrigens werden Quantenstrings momentan heiß diskutiert. Gott erklärte, um in die Vergangenheit zu reisen, würde man eine Kette umkreisen, die die Hälfte der Massenenergie einer ganzen Galaxie enthält. Mit anderen Worten, die Hälfte der Atome in der Galaxie müsste als Treibstoff für Ihre Zeitmaschine verwendet werden. Wie jeder weiß, können Sie nicht in die Vergangenheit zurückkehren, bevor die Maschine selbst erstellt wurde.
Darüber hinaus gibt es vorübergehende Paradoxien.
Zeitreise-Paradoxe
Wie gesagt, die Idee der Zeitreise wird durch den zweiten Teil des Kausalitätsgesetzes leicht überschattet. Zumindest in unserem Universum kommt die Ursache vor der Wirkung, was bedeutet, dass sie selbst die durchdachtesten Zeitreisepläne ruinieren kann.
Stellen Sie sich zunächst vor, wenn Sie 200 Jahre in die Vergangenheit reisen, werden Sie lange vor Ihrer Geburt erscheinen. Denken Sie eine Sekunde darüber nach. Für einige Zeit wird die Wirkung (Sie) vor der Ursache (Ihrer Geburt) bestehen.
Um besser zu verstehen, womit wir es zu tun haben, betrachten Sie das berühmte Großvater-Paradoxon. Du bist ein Zeitreise-Attentäter, dein eigener Großvater ist dein Ziel. Sie schleichen sich durch ein nahe gelegenes Wurmloch und gehen auf eine lebende 18-jährige Version des Vaters Ihres Vaters zu. Sie heben Ihre Pistole, aber was passiert, wenn Sie den Abzug betätigen?
Denk darüber nach. Du bist noch nicht geboren. Sogar dein Vater wurde noch nicht geboren. Wenn Sie Ihren Großvater töten, wird er keinen Sohn haben. Dieser Sohn wird dich niemals zur Welt bringen, und du kannst nicht mit einer blutigen Aufgabe in die Vergangenheit reisen. Und Ihre Abwesenheit wird in keiner Weise den Abzug betätigen, wodurch die gesamte Kette von Ereignissen geleugnet wird. Wir nennen dies eine Schleife inkompatibler Ursachen.
Alternativ können Sie die Idee einer sequentiellen Kausalschleife betrachten. Obwohl es einen zum Nachdenken anregt, beseitigt es theoretisch zeitliche Paradoxien. Laut dem Physiker Paul Davis sieht eine solche Schleife so aus: Ein Mathematikprofessor geht in die Zukunft und stiehlt einen komplexen mathematischen Satz. Dann gibt er es dem brillantesten Schüler. Danach wächst und lernt der vielversprechende Student, um eines Tages der Mann zu werden, von dem der Professor einst einen Satz gestohlen hat.
Darüber hinaus gibt es ein anderes Modell für Zeitreisen, bei dem die Wahrscheinlichkeit verzerrt ist, wenn man sich der Möglichkeit eines paradoxen Ereignisses nähert. Was bedeutet das? Lassen Sie uns wieder in die Fußstapfen des Mörders Ihres Großvaters treten. Dieses Zeitreisemodell kann Ihren Großvater praktisch töten. Sie können den Abzug betätigen, aber die Waffe feuert nicht. Der Vogel zwitschert im richtigen Moment oder es passiert etwas anderes: Eine Quantenfluktuation lässt keine paradoxe Situation zu.
Und schließlich das Interessanteste. Die Zukunft oder die Vergangenheit, in die Sie gehen, kann einfach in einem Paralleluniversum existieren. Stellen wir uns dies als das Paradox der Trennung vor. Sie können alles zerstören, was Sie wollen, aber dies hat keinerlei Auswirkungen auf Ihre Heimatwelt. Sie werden Ihren Großvater töten, aber Sie werden nicht verschwinden - vielleicht verschwindet ein anderes „Sie“in einer Parallelwelt, oder das Szenario folgt den Paradoxonmustern, die wir bereits betrachtet haben. Es ist jedoch möglich, dass diese Zeitreise eine einmalige Reise ist und Sie niemals nach Hause zurückkehren können.
Bist du völlig verwirrt? Willkommen in der Welt der Zeitreisen.
Ilya Khel
