Χρονομηχανή
Έτσι ονομάζεται η υποθετική μηχανή που θα επιτρέπει ταξίδια στον Χρόνο (δηλ. στο Παρελθόν ή στο Μέλλον).
Χρονομηχανή και Επιστήμη |
Περίπου πριν από 10 χρόνια αν είσαστε σοβαρός φυσικός και συζητούσατε για το θέμα ταξιδιού στο χρόνο, θα γελούσε μαζί σας όλο το επιστημονικό κατεστημένο και η επιστημονική σας καριέρα θα καταστρεφόταν (περίπτωση του Ρώσου φυσικού Gamov).
Κατά την τελευταία όμως δεκαετία είχαμε μια μεγάλη μεταβολή στη στάση της επιστημονικής κοινότητας απέναντι στα ταξίδια στο χρόνο. Αρχικά το βάρος έπεσε στους φυσικούς να αποδείξουν ότι το ταξίδι στο χρόνο ήταν δυνατόν να γίνει. Τώρα το βάρος πέφτει πάλι στους φυσικούς να αποδείξουν ότι πρέπει να υπάρχει ένας νόμος που να απαγορεύει το ταξίδι στο χρόνο.
Γενική Σχετικότητα και Χρονομεταφορά
Κλειστές Χρονοειδείς Καμπύλες
Το 1949 ένας από τους συναδέλφους του Einstein στο Princeton ήταν ο Kurt Gödel, ένας από τους μεγαλύτερους επιστήμονες της μαθηματικής λογικής της τελευταίας χιλιετίας. Ο Gödel βρήκε μια λύση στις εξισώσεις του Einstein της Γενικής Σχετικότητας στην οποία το Σύμπαν περιστρέφεται. Και εάν το Σύμπαν περιστρέφεται, τότε μέσα σ' ένα διαστημόπλοιο με το οποίο τριγυρίζετε στο Σύμπαν, θα επιστρέφατε πίσω πριν ξεκινήσετε.
Ο Einstein ταράχθηκε πολύ από αυτή την προοπτική. Το ποτάμι του χρόνου όπως πίστευε ο Νεύτωνας ήταν ευθύ και ομοιόμορφο, δεν παρουσίαζε αποκλίσεις, πάντα έρεε με τον ίδιο ρυθμό και μετέφερε τα πάντα μαζί του. Ο Einstein λοιπόν έρχεται και λέει: "Το ποτάμι του χρόνου μπορεί να κάνει και παρεκλίσεις, να επιταχύνεται και να επιβραδύνεται γύρω από τα αστέρια." Το καινούργιο όμως στοιχείο που έδειξε ο Gödel το 1949 ήταν ότι το ποτάμι του χρόνου μπορεί να έχει και δίνες. Οι δίνες αυτές λέγονται στη γλώσσα της φυσικής "κλειστές χρονοειδείς καμπύλες". Για το θέμα αυτό ο Einstein λέει στα απομνημονεύματά του ότι, ναι μεν αυτές είναι λύσεις των εξισώσεών του, αλλά δεν τις παρατηρούμε στη φυσική πραγματικότητα. Το Σύμπαν διαστέλλεται, δεν περιστρέφεται.
Περιστρεφόμενος Κύλινδρος
Οι επιστήμονες τότε κοίταξαν πίσω σε παλιότερες λύσεις των εξισώσεων του Einstein και είδαν ότι και άλλες λύσεις επέτρεπαν επίσης το ταξίδι στο χρόνο. Το 1937 ο W. J. van Stockum θεώρησε έναν περιστρεφόμενο κύλινδρο απείρου μήκους και έδειξε ότι αν στριφογύριζες γύρω από αυτόν τον κύλινδρο, θα επέστρεφες πριν ξεκινήσεις.
Κοσμικές Σήραγγες ή Σκωληκο-Οπές
Το 1963 ο Roy Kerr, ένας μαθηματικός, βρήκε ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα θα καταρρέει σε ένα δακτύλιο συμπιεσμένης ύλης, όχι σε μια κουκίδα. Αν περάσεις μέσα από τον δακτύλιο, θα μπορούσες να κινηθείς ανάποδα στο χρόνο, ή ακόμα και να βρεθείς σε ένα άλλο σύμπαν. Οι μαθηματικοί αποκαλούν τέτοιους χώρους, πολλαπλά συνεκτικούς χώρους. Οι φυσικοί τους λένε σκουληκότρυπες.
Κατά το τέλος της δεκαετίας του 1980 ο Kip Thorne και οι συνεργάτες του στο Caltechtook βρήκαν και άλλη μια ακόμα κλάση λύσεων των εξισώσεων του Εinstein στις οποίες κανείς μπορεί να διασχίσει αυτές τις χρονομηχανές. Όπως ένας ανελκυστήρας που συνδέει παράλληλα σύμπαντα, οι λύσεις αυτές έχουν ένα κουμπί ανόδου και ένα κουμπί καθόδου. Κάτω από ορισμένες συνθήκες μπορούμε να ταξιδέψουμε μέσω αυτών εύκολα, όπως στο σινεμά. Μπορούμε να κοιτάξουμε μέσα από τον καθρέφτη και να γυρίσουμε πίσω.
Μπορούμε να εισέλθουμε στην σκουληκότρυπα αρπάζοντάς την από το κενό, μιας και υπάρχουν παντού. Πιστεύουμε ότι στις πολύ μικρές κλίμακες της τάξης των 10-33 cm, ο χωροχρόνος γίνεται σαν αφρός. Η κύρια δομή σ' αυτές τις κβαντικές αποστάσεις είναι πιθανόν οι σκουληκότρυπες, μικρές φυσαλίδες-σύμπαντα, που ξεπηδούν από το κενό και επιστρέφουν στην ανυπαρξία του κενού. Αν τώρα μπορούσαμε να διαχειριστούμε αυτόν τον κβαντικό αφρό, θα μπορούσαμε να περάσουμε μέσα από μία από αυτές τις φυσαλίδες. Στην αρχική πρόταση του Kip Thorne για μια χρονομηχανή, ο ίδιος λέει ότι ίσως θα μπορούσαμε να φτιάξουμε μια σκουληκότρυπα, αρπάζοντας μια από αυτές τις φυσαλίδες και μεγαλώνοντάς την, την σταθεροποιήσουμε με αρνητική ενέργεια.
Οι σκουληκότρυπες προερχόμενες από το κενό συνδέουν μεταξύ τους τυχαία σημεία του χώρου και χρόνου. Έτσι λοιπόν κανείς δεν ξέρει που θα οδηγούσαν στην άλλη άκρη τους. Οι πιθανότητες λένε ότι οι σκουληκότρυπες είναι πιο πιθανό να συνδέονται με το Σύμπαν σε παλαιότερες στιγμές παρά με το παρόν. Και αν το ένα στόμιο της σκουληκότρυπας είναι ακίνητο σε σχέση με το άλλο, ο χρόνος θα περνάει με τον ίδιο ρυθμό και στα δύο στόμια.
Αρνητική Ενέργεια
Η αρνητική ενέργεια είναι ενέργεια κάτω από την ενεργειακή στάθμη του κενού, ή την κατάσταση της απόλυτης ακινησίας. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο παράλληλες αφόρτιστες πλάκες. Λέμε ότι είμαστε στην κατάσταση μηδενικής ενέργειας γιατί τίποτα δεν κινείται. Αλλά αν υπολογίσουμε αυτή την κατάσταση χρησιμοποιώντας κβαντική θεωρία πεδίου, βλέπουμε να υπάρχουν "εικονικά σωματίδια" που χορεύουν παντού. Αυτά τα εν δυνάμει σωματίδια δημιουργούν μια πίεση η οποία είναι μεγαλύτερη στην εξωτερική πλευρά των πλακών, παρά στην εσωτερική. Οι πλάκες συνεπώς έλκονται και τελικά καταρρέουν. Αρχικά όμως οι πλάκες ήταν σε κατάσταση μηδενικής ενέργειας και αφού κατέρρευσαν τώρα βρίσκονται σε κατάσταση μικρότερης ενέργειας δηλαδή αρνητικής. Αυτό είναι το φαινόμενο Casimir. είναι μικροσκοπικό φαινόμενο και χρειαζόμαστε εξεζητημένο εργαστηριακό εξοπλισμό για να το παρατηρήσουμε. Αλλά υπάρχει. Δεν είναι επιστημονική φαντασία. Έχουμε παρατηρήσει αρνητική ενέργεια στο εργαστήριο, και κάτι τέτοιο αποτελεί τον πυρήνα της επιστημονικής αλήθειας στην ταινία "Timeline" του Michael Crichton που έχει ως θέμα της τα ταξίδια στο χρόνο.
Κβαντική Τηλεμεταφορά
Κατά τα τελευταία 10 χρόνια έχει γίνει τεράστια πρόοδος στην λεγόμενη κβαντική τηλεμεταφορά. Δεν είναι πια επιστημονική φαντασία. Δεν λέμε βέβαια ότι μπορούμε να στείλουμε έναν άνθρωπο στο χώρο και στον χρόνο. Στέλνουμε μόνο κάποια φωτόνια και μόνο στον χώρο. Σε μερικές δεκαετίες ίσως τηλεμεταφέρουμε κάποιον ιό, αν ο ιός αποτελείται από μερικές εκατοντάδες μορίων. Αλλά σήμερα, αυτό είναι το όριο που μπορούμε να πετύχουμε. Μπορούμε δε να τηλεμεταφέρουμε πράγματα μόνο στο χώρο, όχι στο χρόνο. Η ιδέα όμως να στέλνουμε ένα φαξ αποτελούμενο από ύλη δεν είναι εκτός συζητήσεως. Αυτό φάνηκε και στο βιβλίο μου. Συνεπώς υπάρχει κάποια μικρή αλήθεια εδώ.
Ενέργεια Λειτουργίας Χρονομηχανής
Η ενέργεια που θα κατανάλωνε μία χρονομηχανή κατά την λειτουργία της είναι της τάξης των ενεργειών των άστρων. Θα χρειαζόταν ένας πολιτισμός πολύ πιο προχωρημένος από τον δικό μας, για μπορεί να διαχειριστεί την αρνητική ενέργεια ώστε να δημιουργήσει διόδους προς το παρελθόν. Αν όμως μπορούσαμε να αποκτήσουμε τεράστιες ποσότητες αρνητικής ενέργειας - και αυτό είναι ένα μεγάλο "αν" - τότε θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε μια χρονομηχανή που θα υπακούει στις εξισώσεις του Einstein και ίσως στις εξισώσεις της κβαντικής θεωρίας. Χρειαζόμαστε την θεωρία χορδών για να ελέγξουμε όλες τις αποκλίσεις (δηλ. να σιγουρευτούμε ότι δεν θα ψηθούμε από ένα κατακλυσμό βαρυτονίων όταν ανοίγουμε και κλείνουμε την χρονομηχανή.) Μερικοί λένε ότι τα κβαντικά φαινόμενα είναι ικανά να κάνουν τη μηχανή να ανατιναχτεί. Αλλά τη στιγμή αυτή που μιλάμε το βάρος της απόδειξης έχει μετατοπιστεί: Οι άνθρωποι που είναι σκεπτικιστές για τη δυνατότητα των ταξιδιών στο χρόνο, είναι εκείνοι που πρέπει ν' αποδείξουν ότι κάτι τέτοιο είναι αδύνατο. Και ως τώρα έχουν αποτύχει να το δείξουν.
Παράδοξα της χρονοπεριήγησης
Υπάρχουν περίπου 4 ή 5 κύριες κλάσεις από παράδοξα. Το πιο διάσημο είναι το λεγόμενο παράδοξο των προγόνων, κι έχει να κάνει με το γεγονός ότι, όταν πάμε πίσω στο χρόνο και σκοτώσουμε τους γονείς μας πριν μας γεννήσουν, πως θα μπορούσαμε να γεννηθούμε και να φτιάξουμε τη χρονομηχανή που θα μας γύριζε πίσω στο χρόνο για να τους σκοτώσουμε; Υπάρχουν δύο σχολές σκέψης πάνω σ' αυτό. Πρώτα η Ρωσική σχολή, του Igor Novikov του πανεπιστημίου της Copenhagen, ο οποίος είναι ένας πολύ γνωστός κοσμολόγος. Αυτός προτείνει ότι η ελεύθερη βούληση περιορίζεται κάπως με την επιστροφή στο παρελθόν. Κάτι συμβαίνει που σας εμποδίζει να σκοτώσετε τους γονείς σας πριν γεννηθείτε. Ή ας πούμε ότι πηγαίνετε τόσο πίσω, τότε που οι δυνάμεις της βασίλισσας Ελισάβετ νίκησαν την Ισπανική αρμάδα και δίνετε ένα υποβρύχιο στους Ισπανούς με αυτόματα όπλα. Κάτι τέτοιο θα άλλαζε φυσικά τη ροή της ανθρώπινης ιστορίας και σήμερα θα μιλούσαμε Ισπανικά. Ο Novikov λέει ότι κάτι τέτοιο δεν είναι δυνατόν, γιατί κάτι σας εμποδίζει να δώσετε το υποβρύχιο στους Ισπανούς. Η δική μου θέση πάνω στο ζήτημα αυτό είναι ότι στο μέλλον οι προηγμένοι πολιτισμοί θα μπορούν να στέλνουν σαν φαξ το υποβρύχιο στους Ισπανούς χωρίς να περιορίζεται η ανθρώπινη ελευθερία της βούλησης. Άψυχη ύλη θα ταξιδεύει στο παρελθόν και θα αλλάζει τη ροή της ιστορίας. Είναι όμως υπερβολικό να υποθέσουμε ότι οι νόμοι του σύμπαντος συνομωτούν για να εμποδίσουν τα παράδοξα.
Ερμηνεία των Διαχρονικών Παραδόξων
Η βασική ερμηνεία των στηρίζεται στα "Πολλαπλά Σύμπαντα". (Η κβαντική θεωρία περιγράφει ένα σωματίδιο με πιθανοκρατικές κυματοσυναρτήσεις, έτσι ώστε η θέση του είναι απροσδιόριστη έως ότου η κυματοσυνάρτηση καταρρεύσει, και το σωματίδιο αποκτήσει μια ορισμένη αν και με τυχαίο τρόπο θέση).
Η θεωρία του Πολυσύμπαντος λέει με απλά λόγια ότι η κυματοσυνάρτηση ίσως να μην καταρρεύσει ποτέ. Ίσως κάθε φορά που αλληλεπιδρά με κάποιο αντικείμενο του περιβάλλοντος, διαλέγει μια από τις διάφορες δυνατότητες που έχει και συνεχίζει να εξελίσσεται μέχρι να συναντήσει ξανά ένα σημείο διχασμού. Έτσι η χρονοεξέλιξη διχάζεται συνεχώς γιατί η κυματοσυνάρτηση διχάζεται συνέχεια. Εμείς συμβαίνει να είμαστε σε μια διακλάδωση αυτής της κυματοσυνάρτησης. Έτσι έχουμε την εντύπωση ότι είμαστε μοναδικοί. Αυτοί που βρίσκονται σε μια άλλη διακλάδωση πιστεύουν το ίδιο για τους εαυτούς τους. Η πραγματικότητα είναι ότι κανενός η κυματοσυνάρτηση δεν έχει καταρρεύσει.
Στα σενάρια των ταξιδιών στο χρόνο, θα πηγαίνατε απλά από τη μια διακλάδωση στην επόμενη, από τη μία χρονική σειρά στην επόμενη χρονική σειρά. Και οι δυο τους μοιάζουν εκπληκτικά όμοιες. Αν η θεωρία των πολλών κόσμων είναι σωστή, σημαίνει ότι αν πάτε πίσω στο χρόνο και σκοτώσετε τους γονείς σας, τότε αυτοί είναι γονείς κάποιου άλλου. Η χρονική σειρά έχει αποκλίνει σε σχέση μ' αυτή που είχε οδηγήσει στη δική σας γέννηση. Οι γονείς σας, σας γέννησαν στο δικό σας σύμπαν στη δική σας χρονική σειρά. Αν λοιπόν ισχύει η θεωρία των πολλών κόσμων, δεν υπάρχουν παράδοξα, μόνο διαφορετικές χρονικές σειρές.
Επιστημονικοί περιορισμοί για τις χρονομηχανές
Στη φυσική έχουμε ένα θεώρημα που λέει ότι αν κάτι δεν είναι απαγορευμένο είναι αναγκαστικό να συμβαίνει. Έτσι όταν λέμε ότι καταλαβαίνουμε τους νόμους για καθετί σημαίνει ότι πρέπει να μπορούμε ν' απαντάμε στα διάφορα "πώς:" Πρέπει ν' απαντάμε σε ερωτήσεις πώς πρόκυψε το σύμπαν;; Τι περιλαμβάνει η ανωμαλία μιας μαύρης τρύπας; Και έχουμε επίσης και το μεγάλο χάσμα στο ζήτημα της αιτιότητας. Οι μέχρι τώρα προσπάθειες να στηρίξουμε "την υπόθεση της χρονολογικής προστασίας" η οποία θα απαγόρευε το ταξίδι στο χρόνο, έχουν αποτύχει. Δεν γνωρίζουμε συνεπώς τους φυσικούς νόμους και τόσο καλά. Είναι εκπληκτικό ότι κάθε φορά που κοιτάζουμε τους υπολογισμούς, προσπαθώντας να αποδείξουμε ή να απορρίψουμε τη δυνατότητα ταξιδιών στο χρόνο, σπρώχνουμε τη θεωρία του Einstein στα όρια όπου κυριαρχούν κβαντομηχανικά φαινόμενα. Αυτό μας λέει ότι χρειαζόμαστε πραγματικά μια θεωρία των πάντων για να λυθεί το ζήτημα αυτό. Και ο μόνος υποψήφιος είναι η θεωρία χορδών. Να λοιπόν γιατί πρέπει να να μελετήσουμε αυτά τα αντικείμενα, τις χρονομηχανές, έστω κι αν δεν μπορέσουμε να φτιάξουμε καμιά για χιλιετίες.
Θεωρία Χορδών και Πολυσύμπαν
Η θεωρία χορδών σας δίνει τρισεκατομμύρια λύσεων. Κάθε λύση είναι συνεπής με τις εξισώσεις του Einstein και την κβαντική θεωρία. Έτσι στη θεωρία χορδών υπάρχει ένα Πολυ-σύμπαν (Πολλά δυνατά σύμπαντα, που ίσως συνυπάρχουν.) Η θεωρία χορδών είναι όμως συμβιβαστή και με την ερμηνεία τη σχολής της Κοπεγχάγης για την κβαντομηχανική (μια εναλλακτική αντίληψη για τους πολλούς κόσμους.) Έτσι η θεωρία χορδών δεν αποκλείει καμιά ερμηνεία. Προσωπικά πιστεύω ότι αν η ερμηνεία των πολλών κόσμων είναι σωστή θ' αποφασιστεί από τη θεωρία χορδών. Και η θεωρία χορδών μοιάζει να κλίνει υπέρ της ιδέας του πολλαπλού σύμπαντος.
Επιστημονική Φαντασία
Οι επιστήμονες ιστορικά ταράζονται με την Επιστημονική Φαντασία. Θέλουν να κρατήσουν αποστάσεις από αυτήν. Όταν όμως διαβάσετε τις βιογραφίες των μεγάλων επιστημόνων, αναγνωρίζετε ότι αρκετοί από αυτούς, όταν ήταν παιδιά έλκονταν από την επιστημονική φαντασία. Ο Edwin Hubble όταν ήταν νέος διάβαζε ΙούλιοΒερν. Και τον συνάρπαζε η ιδέα να ταξιδέψει στο μακρινό διάστημα, στο φεγγάρι κ.λ.π. Αυτή η παιδική φαντασία ήταν τόσο μεγάλη ώστε εγκατέλειψε μια πολλά υποσχόμενη καριέρα νομικού, για να γίνει αστρονόμος. Αν και οι επιστήμονες δεν θέλουν να το παραδεχθούν, πολλοί από αυτούς ως παιδιά επηρεάστηκαν από τον Ιούλιο Βερν και και το Star Trek.
Όμως θα πρέπει να σας προειδοποιήσω ότι αν κάποια μέρα, στο μέλλον, κάποιος χτυπήσει την πόρτα σας και σας δηλώσει ότι είναι ο εγγονός, του τρισεγγόνου σας, που αποφάσισε να σας επισκεφθεί στοπαρελθόν, μην του κλείσετε την πόρτα.
Γιατί ποιός ξέρει;
Ίσως να έχει πρόσβαση σε μια χρονομηχανή.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου