Es ist bekannt, dass moderne Astronauten dies bereits tun. Zwar reisen sie bisher nur in die Zukunft. Und für den Bruchteil einer Sekunde. Aber wer weiß - vielleicht können wir eines Tages jahrelang oder sogar jahrhundertelang davonfliegen oder umgekehrt das Vorschloss unseres fünfjährigen Großvaters klopfen? Aber fangen wir in der richtigen Reihenfolge an.
Halte für einen Moment inne
Die Zeit vergeht im leeren Raum des Weltraums und auf der Erde anders. Dies ist jedem Schüler bekannt. Je stärker die Schwerkraft eines Objekts ist, desto langsamer fließt die Zeit in seiner Nähe. Dies liegt an der Tatsache, dass die Schwerkraft das "Gewebe" der vierdimensionalen Raumzeit verzerrt. Andererseits zeigte Einstein, dass die Masse umso größer ist, je höher die Geschwindigkeit ist. Daher verlangsamt sich bei allen Objekten, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegen, auch die Zeit. Die Geschwindigkeit der ISS beträgt über 27.000 km / h. Der russische Kosmonaut Sergei Krikalev beispielsweise verbrachte insgesamt 803 Tage, 9 Stunden und 39 Minuten im Orbit. Somit lebt er in der Zeit, eine volle 1/50 Sekunde vor uns.
Zeitmaschine
Die Relativitätstheorie sagt uns, dass eine Zeitmaschine geschaffen werden kann, die uns in die Zukunft führt. Sie betreten es, warten Sie. Komm raus und finde heraus, dass Jahrhunderte auf der Erde vergangen sind. Es gibt noch keine Technologien dafür, aber die Wissenschaft weiß, dass dies möglich ist.
Dazu muss man jedoch auf eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Ist es ein Wunder, dass eine Zeitmaschine nichts anderes als ein Raumschiff ist, denn nach der Allgemeinen Relativitätstheorie sind Zeit und Raum untrennbar miteinander verbunden (die Frage, wie man beim Beschleunigen auf solch eine rasende Geschwindigkeit seinen Körper und das Schiff intakt hält, noch nicht). Aber kann eine Person, die eine solche Reise unternommen hat, in die Vergangenheit zurückkehren?
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Die ersten Hinweise darauf, dass die Gesetze der Physik es den Menschen ermöglichen, in die Vergangenheit zu reisen, erschienen 1949, als der Mathematiker Kurt Gödel eine neue Lösung für Einsteins Gleichungen fand, und zwar eine neue Struktur der Raum-Zeit, die unter dem Gesichtspunkt der allgemeinen Relativitätstheorie durchaus akzeptabel ist. Basierend auf Gödels Gleichungen sollte sich das Universum jedoch als Ganzes drehen und nicht mit Beschleunigung ausdehnen - was, wie sich seitdem herausstellte, nicht der Realität entspricht.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler andere Wege für mögliche Zeitreisen vorgeschlagen - die Krümmung der Raum-Zeit. Die Analyse des Mikrowellenhintergrunds und anderer Daten zeigt jedoch, dass das Universum nie genug verdreht wurde, um eine solche Reise zu ermöglichen. Es gibt jedoch auch eine Problemumgehung.
Was ist die Vergangenheit?
Nach der allgemeinen Relativitätstheorie gibt es nicht nur kein einheitliches Zeitmaß für alle Beobachter, sondern unter bestimmten Umständen müssen sich auch Beobachter nicht auf eine einzige Abfolge bestimmter Ereignisse einigen. Nehmen wir an, die Zeit auf Alpha Centauri bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie auf der Erde (der Planet, auf dem die Außerirdischen leben, hat die gleiche Masse und bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit). 2014 fanden die Olympischen Spiele in Sotschi statt. Nehmen wir auch an, dass die Eröffnung des Interplanetaren Schachturniers auf Alpha Centauri im Jahr 2015 stattfinden wird. Welches Ereignis ist früher passiert?
Aus der Sicht der Erdbewohner - die Olympischen Spiele. Aus Sicht der "Centauri" - ein Turnier. Immerhin wird das Licht von der Erde zu Alpha Centauri vier Jahre dauern. Wenn Sie sich schneller als das Licht bewegen, können Sie zu den Olympischen Spielen gehen und zum Turnier fliegen und dann wieder zur Erde zurückkehren … vor den Olympischen Spielen. Theoretisch natürlich - wenn Sie einen Weg finden, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen.
Es ist bekannt, dass es unmöglich ist, sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, basierend auf der Relativitätstheorie. Wenn Sie sich der "Lichtschranke" nähern, wird immer mehr Energie benötigt, um ein Objekt zu beschleunigen. An einem Punkt - mit der theoretischen Erreichung der Lichtgeschwindigkeit - würde es unendlich viel dauern. Außerdem muss ein Körper, der eine solche Geschwindigkeit erreichen würde, eine unendliche Masse annehmen.
Wurmlöcher
Hier ist ein Kreisverkehrsmanöver möglich. Es liegt im Potenzial, Raum-Zeit zu verformen. Zum Beispiel, damit ein kurzer Weg von den Olympischen Spielen zum Schachturnier eröffnet wurde. Sie bewegen sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit - aber Sie reisen schneller im Weltraum.
1935 schrieben Albert Einstein und Nathan Rosen eine Arbeit, in der sie argumentierten, dass die allgemeine Relativitätstheorie die Existenz solcher Raum-Zeit-Brücken, Bögen - "Wurmlöcher" - erlaubt.
Einstein-Rosen-Brücken, die sogenannten "Wurmlöcher"
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Die Aufrechterhaltung der Integrität eines Wurmlochs erfordert enorme Energie, und die Theorie sagt voraus, dass sie nicht lange genug halten können, damit ein Raumschiff oder ein anderes makroskopisches Objekt hindurchtreten kann. Eine solche Brücke kann "zusammenbrechen" und das Schiff wird irgendwo in der Singularität verschwinden.
Wissenschaftler geben zwar zu, dass eine technisch fortgeschrittene Zivilisation ein solches Loch zum richtigen Zeitpunkt offen halten könnte. Wie dies erreicht werden kann, ist jedoch noch völlig unklar.
Es ist hier erwähnenswert, dass alle Materie, an die wir gewöhnt sind, eine positive Energiedichte hat, die der Raumzeit eine positive Krümmung verleiht, die einer Kugel ähnelt. Und für die Verformung der Raum-Zeit, die es uns ermöglichen würde, in die Vergangenheit zu reisen, brauchen wir Materie mit negativer Krümmung - das heißt mit negativer Energiedichte. Wie Sie wissen, ermöglicht die Quantenmechanik die Existenz einer solchen negativen Energiedichte (vorausgesetzt, diese "Negativität" wird in anderen Bereichen durch "Positivität" kompensiert) und ermöglicht die theoretische Möglichkeit, die Raumzeit zu verformen.
Das ist nicht leicht vorstellbar. Zu diesem Zweck verwenden Astrophysiker häufig das Hügelbeispiel. Wenn Sie ein großes Loch graben und Schmutz auf den Rand des Lochs werfen, erhalten Sie nicht nur ein Loch, sondern auch einen Hügel. In diesem Fall ist der Hügel eine Metapher für diese positive Energie und die Grube ist negativ.
Schwarze Löcher und mehr
Wissenschaftler schlagen vorsichtig vor, dass Schwarze Löcher eine Art Analogon von Wurmlöchern sein könnten. Der Punkt ist, dass Bo? Die meiste Raumzeit ist fast flach. Es ist nur in schwarzen Löchern stark deformiert. Das Schwarze Loch verzerrt die Raumzeit um sich herum so sehr, dass es eine Art "Trichter" bildet, ein "Loch" von konischer Form.
Die Schwerkraft in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs ist so groß, dass die Raumzeit darin tatsächlich nicht mehr existiert oder so stark verzerrt ist, dass die Zeit praktisch stehen bleibt. Außerdem drehen sich einige Schwarze Löcher mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Infolgedessen "faltet" sich die Raumzeit in dem Loch praktisch zu einer "Röhre". Vielleicht könnten wir, nachdem wir in ein Schwarzes Loch eingedrungen sind, durch seinen engen Tunnel gehen und uns wiederfinden … in der Vergangenheit oder zum Beispiel in einem anderen Universum?
Der berühmteste theoretische Physiker unserer Zeit - Stephen Hawking - ist sich sicher, dass dies unmöglich ist. Selbst wenn es dem Raumschiff auf unglaubliche Weise (die den Effekt der enormen Schwerkraft unbeschadet überwindet) gelingt, in die Mitte des Schwarzen Lochs zu gelangen, wird es in einer Singularität enden und einfach aufhören zu existieren.
Viele andere Wissenschaftler glauben jedoch, dass man in einem Schwarzen Loch unter bestimmten Bedingungen immer noch überleben und sogar nach Möglichkeiten suchen kann, dies zu tun. Natürlich sieht es exzentrisch aus. Aber die Wissenschaftsgeschichte kennt viele Beispiele, als solche Exzentriker ein Flugzeug erfanden oder zum Mond gingen.
Das Schwarze Loch im Sternbild Einhorn und sein Begleiter B (e) -Stern aus Sicht des Künstlers
ESA
Richard Gott, Professor für Astrophysik an der Princeton University, ist ein Zeitreiseliebhaber. Er schafft sein theoretisches Projekt für eine Zeitmaschine und behauptet sogar, eine Lösung für Reisen in die Vergangenheit gefunden zu haben. Nach einigen Astrophysikern glaubt Gott, dass die natürliche Zeitmaschine das Zentrum eines schnell rotierenden Schwarzen Lochs ist. Er versteht aber auch, wie unzuverlässig ein solcher "Transport" sein kann.
Gott fand jedoch ein potenziell weniger gefährliches Analogon zum Zentrum eines Schwarzen Lochs - ein Phänomen, das als kosmische Saiten bezeichnet wird. Kosmische Strings sind hypothetisch existierende Falten von Raum-Zeit, dünne Energiefäden, die vom Urknall übrig geblieben sind. Ihre Breite ist geringer als der Atomkern, aber sie haben eine phänomenale Dichte. Eine solche nur 1 m lange Schnur hätte mehr Schwerkraft als die gesamte Erde und würde eine enorme Krümmung erzeugen. Gott entdeckte, dass das Zusammenspiel solcher sich schnell bewegenden Saiten zu einer natürlichen Zeitmaschine führen könnte.
Gottes Berechnungen wurden noch nicht durch Beobachtungen bestätigt, aber der Wissenschaftler versucht zu beweisen, dass diese Zeichenfolgen existieren. Selbst er sagt jedoch, dass es fast unmöglich ist, zwei solche Saiten zu finden, die sich gegenüberliegen würden. Daher macht Gott auf eine andere theoretische Struktur aufmerksam, auf kosmische Ringe, die geschlossene Ketten bilden könnten. Trotz des Mangels an Beweisen für ihre Existenz gibt es keine direkten Fehler in Gottes Theorie. Außerdem wird es in einem solchen "Ring" wieder … ein schwarzes Loch geben. Und im Allgemeinen wären zur Steuerung eines Systems mit solch einer grandiosen Schwerkraft die Energieressourcen ganzer Galaxien erforderlich.
Galaxy M83. Ein in der Galaxie M 83 gefundenes Schwarzes Loch hat die theoretische Helligkeitsgrenze umgangen und die Tatsache widerlegt, dass die Eddington-Grenze ein grundlegendes Naturgesetz ist
NASA
Du kannst nicht in der Vergangenheit zurückbleiben
Aber erlaubt die Quantentheorie Zeitreisen auf unserer - makroskopischen - Skala? Stephen Hawking sagt, dass er es auf den ersten Blick tut. Dies wird durch die Feynman-Integrale über Trajektorien belegt (das Wesen der Feynman-Integrale besteht darin, dass sie die Definition einer eindeutigen, nur möglichen Trajektorie eines Elementarteilchens durch die Gesamtsumme einer unendlichen Menge möglicher Trajektorien seiner Bewegung ersetzen). Schließlich decken sie alle möglichen Szenarien ab und ermöglichen daher das Vorhandensein einer solchen Verzerrung der Raum-Zeit, die für die Reise in die Vergangenheit notwendig ist. Daher kann man nicht sagen, dass solche Reisen grundsätzlich unmöglich sind.
Schwere Partikel, die in Kollidern am Europäischen Zentrum für Kernforschung (CERN) oder im Nationalen Labor beschleunigt werden. Fermi in den USA erreicht Geschwindigkeiten von 99,99% der Lichtgeschwindigkeit. Unabhängig davon, wie stark die Leistung der Installation erhöht wird, kann die Lichtschranke nicht überschritten werden.
Hey, Gäste aus der Zukunft
Aber wenn ja, warum haben uns Gäste aus der Zukunft noch nicht besucht? Ein populärer Standpunkt ist, dass die Zivilisation der Zukunft so "fortgeschritten" ist, dass sie es für unangemessen hält, solchen unvernünftigen Wesen wie uns das Geheimnis der Zeitreise zu enthüllen. Was ist, wenn ein begeisterter Zeitgenosse in die Vergangenheit reisen und den Nazis das Geheimnis der Atombombe enthüllen möchte?
So eine andere Geschichte
Es kann sich herausstellen, dass die Geschichte eine streng festgelegte Kette von Ereignissen ist. Selbst wenn Sie in die Vergangenheit zurückkehren, sind Sie dazu verdammt, dasselbe zu tun, was Sie zuvor getan haben. Andernfalls stellen Sie bei Ihrer Rückkehr in Ihre Zukunft möglicherweise sogar fest, dass Sie … einfach nicht existieren oder Ihre Lieben nicht existieren oder dass es kein Land gibt, in dem Sie leben usw. Ein ähnliches Drama ist in der berühmten Science-Fiction-Geschichte von Ray Bradbury "And Thunder Rocked" gut beschrieben, deren Hauptfigur auf einer Reise in die Vergangenheit versehentlich einen Schmetterling zerquetscht hat - Ein Liberaler ist ein Diktator. In den Naturwissenschaften wird dieser Begriff als Schmetterlingseffekt bezeichnet:Ein kleiner Einfluss auf ein chaotisches System kann an anderer Stelle und zu einem anderen Zeitpunkt große und unvorhersehbare Folgen haben.
Ein anderer möglicher Weg, um die Paradoxe der Zeitreise zu lösen, kann als Hypothese der alternativen Geschichte beschrieben werden. Wenn Zeitreisende in die Vergangenheit zurückkehren, finden sie sich in alternativen Geschichten wieder, die sich von denen unterscheiden, die sie kennen. Viele Wissenschaftler sprechen heute über die mögliche Existenz eines Multiversums, das all diese - und eine unendliche Anzahl anderer - Varianten der Vergangenheit umfassen kann und sich in einer unendlichen Anzahl von Welten verzweigt …
Auf den ersten Blick ähnelt diese Hypothese den quantenmechanischen Gleichungen von Feynman. Es gibt aber auch einen unlösbaren Widerspruch zwischen ihnen. In Feynman-Integralen enthält jede Trajektorie vollständig Raum-Zeit und alles, was darin enthalten ist. Und wie wir herausfanden, konnte eine Rakete im Rahmen einer solchen Ansicht durch eine gekrümmte Raumzeit sogar in die Vergangenheit fliegen. Aber die Rakete selbst wäre in derselben "eigenen" Raumzeit und daher in derselben Geschichte geblieben. Feynman-Integrale sprechen daher eher für die Hypothese einer festen Vergangenheit.
Die moderne Wissenschaft bezweifelt die Möglichkeit, in die Vergangenheit zu reisen. Wir raten Ihnen jedoch nicht, mit jemandem in dieser Hinsicht zu streiten: Was ist, wenn dieser jemand argumentiert und die Zukunft im Voraus kennt?
Olga Fadeeva
