Brug af TARDIS til matematisk rejse gennem tiden

Vil vi nogensinde kunne rejse gennem tiden? Godt, ifølge en ny matematisk teori, det kan være muligt - forudsat at vi kan finde noget eksotisk stof.

Lige siden H.G. Wells populariserede tidsmaskinens koncept med sin roman fra 1895, populærkulturen har været fascineret af tanken om at bygge en maskine, der på magisk vis kunne glide gennem historien. Da Wells skrev "The Time Machine, "videnskaben betragtede tiden som en ubarmhjertig flod, for evigt flyder fremad i et konstant tempo.

Derefter, mere end 20 år senere, Albert Einstein vendte vores syn på universet på hovedet ved at introducere verden til hans banebrydende teori om generel relativitetsteori. Pludselig, vi indså, at rum og tid ikke var så stive som klassiske teorier forudsagde. I Einsteins univers, rum og tid er forenet for at skabe rumtid, og det kan blive forvrænget, bøjet og endda skabe krusninger - et fænomen kendt som gravitationsbølger.

Generel relativitet åbnede sluserne for tidsrejsemuligheder. I 1949, matematiker Kurt Gödel præsenterede Einstein for den første matematiske model, inden for hvilken et roterende univers kan tillade tidsrejser. For nylig, fysikere som Kip Thorne har foreslået brugen af ​​ormehuller (en anden generel relativitetstaktisk forudsigelse) for at lette tidsrejser.

I 2013, Ben Tippett og kollega David Tsang formulerede en matematisk model for tidsrejser. Metoden blev kaldt TARDIS.

Selvfølgelig, navnet "TARDIS" - et akronym for traversable akausale retrograd -domæner i rumtiden - var ikke tilfældigt.

"Mit arbejde med dette startede lige omkring 50 -årsdagen for 'Doctor Who, siger Tippett, der arbejder som matematik- og fysikinstruktør ved University of British Columbia. "Jeg har siden foretaget analyse og omskrivning af avisen i weekender og ferier, og endelig fik den offentliggjort. "

Udgivet i tidsskriftet Classical and Quantum Gravity, TARDIS beskriver en anden måde at se på tidsdimensionen i sig selv, og hvordan den kan manipuleres til at oprette en tidsmaskine - eller, i det mindste, en matematisk konstruktion af en hypotetisk tidsmaskine.

Rum og tid

Selvom Einstein forenede rum og tid for over et århundrede siden, alt for ofte ser vi tiden som en separat dimension, påpeger Tippett, en ekspert i generel relativitet.

En almindelig måde at tænke på rumtid er at forestille sig et ophængt gummiark. Hvis du ruller en tung genstand, som en bowlingbold, hen over arket, arket vil skæve omkring massen. Dette er en af ​​de centrale principper for generel relativitet; rumtiden (krumning af gummi) krumning omkring massive genstande (bowlingbold) skaber tyngdekraft. Jo større masse, jo større tyngdekraftseffekter på rumtiden. Masse og tyngdekraft hænger derfor tæt sammen.

Denne model kan være en fantastisk måde at forestille sig, hvordan de tre dimensioner af rummet bliver forvrænget af masse, men hvad med tiden?

Alle fire dimensioner - de tre dimensioner af rummet og en af ​​tid - skal ses som et rumtidskontinuum. I dette tilfælde, det er ikke kun de tre dimensioner af rummet, der er skævt; tiden er, også.

Selvfølgelig, vi allerede ved godt det her. For at holde urene på satellitter synkroniseret med ure på Jorden, en lille korrektion for virkningerne af generel relativitet skal inkluderes i satelliternes software - satellitter kredser om jorden i et miljø med lavere tyngdekraft end på Jordens overflade. Derfor, tiden løber langsommere (omend uendeligt så) hernede, dybt i Jordens tyngdekraftsbrønd.

Tag nu denne begrundelse til det yderste:Forestil dig, at du har en tvillingsøster, der modigt rejser mod et sorte huls begivenhedshorisont - det punkt, hvor rumtiden er så skæv, at ikke engang lys kan undslippe det sorte huls tyngdekraft. Da hun kommer tættere på begivenhedshorisonten, rumtiden bliver mere og mere skæv, tyngdekraften stiger og tiden bremser . Forudsat at hendes rumskib har nok brændstof, hun trækker sig ud, inden hun når begivenhedshorisonten og zoomer tilbage til Jorden. Da hun vender tilbage, kun have alderen en dag, du er ikke der for at byde hende velkommen. Du er død. Faktisk, tidsudvidelsen var så ekstrem under hendes mission, at alle blev gamle og døde, menneskelig civilisation er uddød, og Jorden er overrendt med kæmpe kakerlakker.

Dette er en variation af det, der er kendt som "Twin Paradox."

Behovet for eksotisk stof

I stedet for at slå igennem rumtiden (rejse gennem et ormehul) eller rejse tæt på en umuligt massiv genstand for at fordreje rumtiden (et sort hul), TARDIS kræver en form for rumtiden krumning, der ikke kan produceres af almindeligt stof. Ifølge generel relativitet, store masser af almindeligt stof kan kun forårsage krumning, der er gravitationsmæssigt attraktiv. Ifølge Tippett, krumningen, der kræves for at bygge TARDIS, kan kun oprettes ved hjælp af en bizar, og i øjeblikket ukendt, type stof, der blot kaldes "eksotisk stof", der har den modsatte virkning.

Hvis, i fremtiden, vi finder dette eksotiske stof og finder ud af, hvordan vi kan udnytte det, TARDIS "tidsmaskinen" sender muligvis en tidsrejsende baglæns og fremad i tiden. Tidsrejsende ville være indeholdt i en boble af "normal" rumtid, og eksotisk stof ville derefter blive påført boblen, får den til at rejse gennem rumtiden på en stor, cirkulær sti. Den rejsende inde i boblen ville føle en konstant acceleration under deres rejse. Jo større cirkel, jo længere tilbage og frem i tid de ville gå.

Men der er en fangst.

"Så vidt jeg forstår, vi har aldrig opdaget, observeret, eller interagerede med eksotisk stof, "Tippett fortæller HowStuffWorks." Eksotisk stof er en klasse af stof, der er tyngdekraftigt frastødende - eller rettere, det forårsager en form for rumtiden krumning forbundet med tyngdekraften skubber tingene fra hinanden - og vi har aldrig set det. "

Paradokser i massevis?

Nu, lad os bare antage, at vi overvinder det eksotiske stofproblem og opnår tidsrejser, ville rejse tilbage i tiden ikke forårsage alle slags "Tilbage til fremtiden" -lignende rumtidskontinuumparadokser? Kunne Marty rejse tilbage til 1955 virkelig bringe sit eget liv i fare ved et uheld at blive sin egen mors kærlighedsinteresse?

Hvis en rejse tilbage i tiden kan ændre historien, ligesom Martys eksistentielle krise forudsiger, vi har et paradoks. I dette tilfælde, det er kendt som "Grandfather Paradox, "og det er en god måde at visualisere dette problem. Paradokset spørger dybest set:Hvis du rejste tilbage i tiden og dræbte din bedstefar (eller din mor aldrig ender med at gifte sig med din biologiske far), ville du ophøre med at eksistere?

"Som Doc Brown minder os om:opløsningen i Grandfather Paradox er at tænke fire-dimensionelt, "siger Tippett.

Ifølge Einsteins teori, alt tidligere, nutidens og fremtidens historie er lagt op i rumtiden, som tråde vævet ind i et fire-dimensionelt gobelin. Hvis du gik tilbage i tiden og mødte dit yngre selv, en relativistisk situation kaldet en "lukket tidlignende kurve, "kan du give dit yngre jeg Grays Sports Almanak, derved dramatisk ændre din økonomiske fremtid?

For at imødegå dette paradoks, Den russiske teoretiske fysiker Igor Novikov foreslog, at universet har en fejlsikkerhed og mens det muligvis tillader lukkede tidlignende kurver (dvs. tidsrejsende), rumtidens gobelin kan ikke ændres, uanset hvor meget du prøver. Når du prøver at give dit tidligere selv almanakken, nogle situationer vil opstå for at forhindre et paradoks i at opstå. Universet vil tilpasse og modvirke dit paradoksale (og, ærligt talt, hensynsløse) handlinger.

"Bedstefader Paradoks, i mine tanker, er løst med Novikovs selvkonsistensbetingelse:du kan ikke ændre fortiden, "siger Tippett." Alle begivenheder, fortid og fremtid, er lagt ud på den fire-dimensionelle rumtid, og kan ikke ændre sig.

"Selvom et objekt kan interagere med sin egen fortid, det kan ikke gøre det på en måde, der er uforenelig med sin egen historie, "tilføjer han.

Tippett ligner ideen med plottet i filmen og tv -serien "12 Monkeys" - universet forhindrer dig i at ændre historiske begivenheder. Men, han indrømmer, vi ville sandsynligvis ikke kunne teste nogen af ​​disse hypoteser, før vi faktisk opnår tidsrejser.

Det sagt, selvom det er en sjov idé at overveje, at forvandle en matematisk model til en fuldt operationel tidsmaskine er usandsynligt.

"Her lægges vægt på 'matematisk muligt, men fysisk usandsynligt. Meget, meget, meget usandsynligt, '"slutter Tippett.

Fysikeren Stephen Hawking var engang vært for en fest for tidsrejsende. Bortset fra at ingen dukkede op. Hawking sendte ikke invitationer ud, før modtagelsen havde fundet sted, at regne med, at de eneste mennesker, der ville komme, ville være dem, der kunne rejse tilbage i tiden.