Tidsrejser er mulige - men kun hvis du har et objekt med uendelig masse

Begrebet tidsrejser har altid fanget fantasien hos både fysikere og lægfolk. Men er det virkelig muligt? Selvfølgelig er det det. Vi gør det lige nu, er vi ikke? Vi rejser alle ind i fremtiden et sekund ad gangen.

Men det var ikke det, du tænkte. Kan vi rejse meget længere ind i fremtiden? Absolut. Hvis vi kunne rejse tæt på lysets hastighed, eller i nærheden af ​​et sort hul, tiden ville bremse, så vi kunne rejse vilkårligt langt ind i fremtiden. Det virkelig interessante spørgsmål er, om vi kan rejse tilbage til fortiden.

Jeg er fysikprofessor ved University of Massachusetts, Dartmouth, og hørte første gang om forestillingen om tidsrejser, da jeg var 7, fra et afsnit af 1980 af Carl Sagans klassiske tv -serie, "Kosmos." Jeg besluttede lige dengang, at en dag, Jeg ville forfølge en dyb undersøgelse af teorien, der ligger til grund for sådanne kreative og bemærkelsesværdige ideer:Einsteins relativitet. Tyve år senere, Jeg kom frem med en ph.d. inden for området og har siden været en aktiv forsker i teorien.

Nu, en af ​​mine ph.d. -studerende har netop offentliggjort et papir i tidsskriftet Classical and Quantum Gravity, der beskriver, hvordan man bygger en tidsmaskine ved hjælp af en meget enkel konstruktion.

Lukkede tidslignende kurver

Einsteins generelle relativitetsteori giver mulighed for at vride tiden i så høj grad, at den faktisk folder sig over sig selv, hvilket resulterer i en tidssløjfe. Forestil dig, at du rejser langs denne sløjfe; det betyder, at på et tidspunkt, du ville ende op i et øjeblik i fortiden og begynde at opleve de samme øjeblikke siden, igen - lidt som deja vu, medmindre du ikke ville indse det. Sådanne konstruktioner omtales ofte som "lukkede tidslignende kurver" eller CTC'er i forskningslitteraturen, og populært omtalt som "tidsmaskiner." Tidsmaskiner er et biprodukt af effektive rejsearrangementer hurtigere end lys, og forståelse af dem kan forbedre vores forståelse af, hvordan universet fungerer.

I løbet af de sidste par årtier har kendte fysikere som Kip Thorne og Stephen Hawking produceret skelsættende arbejde med modeller relateret til tidsmaskiner.

Den generelle konklusion, der er fremkommet ved tidligere forskning, herunder Thornes og Hawking's, er, at naturen forbyder tidsløjfer. Dette forklares måske bedst i Hawkings "Chronology Protection Conjecture, "som i det væsentlige siger, at naturen ikke tillader ændringer i sin tidligere historie, sparer os dermed for de paradokser, der kan opstå, hvis tidsrejser var mulige.

Måske er det mest kendte blandt disse paradokser, der opstår på grund af tidsrejser ind i fortiden, det såkaldte "bedstefar-paradoks", hvor en rejsende går tilbage til fortiden og myrder sin egen bedstefar. Dette ændrer historiens gang på en måde, så der opstår en modsætning:Den rejsende blev aldrig født og kan derfor ikke eksistere. Der har været mange film- og romanplot baseret på de paradokser, der skyldes tidsrejser - måske nogle af de mest populære er "Back to the Future" -filmene og "Groundhog Day."

Eksotisk stof

Afhængig af detaljerne, forskellige fysiske fænomener kan gribe ind for at forhindre lukkede tidslignende kurver i at udvikle sig i fysiske systemer. Det mest almindelige er kravet til en bestemt type "eksotisk" stof, der skal være til stede, for at der kan eksistere en tidssløjfe. Løst sagt, eksotisk stof er stof, der har negativ masse. Problemet er, at negativ masse ikke vides at eksistere i naturen.

Caroline Mallary, en doktorand ved University of Massachusetts Dartmouth har offentliggjort en ny model for en tidsmaskine i tidsskriftet Classical &Quantum Gravity. Denne nye model kræver ikke noget eksotisk negativ masse og tilbyder et meget enkelt design.

Mallarys model består af to superlange biler - bygget af materiale, der ikke er eksotisk, og have positiv masse - parkeret parallelt. En bil kører hurtigt fremad, forlader den anden parkeret. Mallary var i stand til at vise, at i sådan et setup, der kan findes en tidssløjfe i mellemrummet mellem bilerne.

Så kan du bygge dette i din baghave?

Hvis du har mistanke om, at der er en fangst, du har ret. Mallarys model kræver, at midten af ​​hver bil har uendelig tæthed. Det betyder, at de indeholder objekter - kaldet singulariteter - med en uendelig tæthed, temperatur og tryk. I øvrigt, i modsætning til singulariteter, der er til stede i det indre af sorte huller, hvilket gør dem totalt utilgængelige udefra, singulariteterne i Mallarys model er fuldstændig nøgne og observerbare, og har derfor reelle fysiske virkninger.

Fysikere forventer heller ikke, at sådanne ejendommelige objekter eksisterer i naturen. Så, desværre vil en tidsmaskine ikke være tilgængelig snart. Imidlertid, dette arbejde viser, at fysikere måske skal forfine deres ideer om, hvorfor lukkede tidslignende kurver er forbudt.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.