Co czytać: Krótkie odpowiedzi na wielkie pytania to najnowsza książka Stephena Hawkinga

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Fragment pracy wielkiego naukowca na temat możliwości podróżowania w czasie.

Ściśle związana z podróżami w czasie jest umiejętność szybkiego przemieszczania się z jednego punktu w przestrzeni do drugiego. Jak powiedziałem wcześniej, Einstein wykazał, że do przyspieszenia statku kosmicznego do prędkości zbliżonej do światła potrzebny byłby nieskończenie potężny ciąg odrzutowy. Zatem jedynym sposobem na przejście z jednej części Galaktyki do drugiej w rozsądnym czasie jest możliwość zwinięcia czasoprzestrzeni w taki sposób, aby powstała mała tuba lub „tunel czasoprzestrzenny”. Może łączyć dwie części Galaktyki i działać jako najkrótsza droga między nimi; możesz latać tam i z powrotem i wciąż złapać wszystkich swoich przyjaciół żywych. Takie „tule czasoprzestrzenne” były poważnie rozważane jako szansa dostępna dla cywilizacji przyszłości. Jeśli uda ci się przenieść z jednej części Galaktyki do drugiej w ciągu kilku tygodni, możesz wrócić przez kolejną „dziurę” - w tym samym czasie, zanim wyruszysz w drogę. Nic też nie przeszkodzi ci w podróżowaniu do przodu i powrocie do przeszłości przez jeden „tunel czasoprzestrzenny”, jeśli oba jego końce poruszają się względem siebie.

Można powiedzieć, że aby stworzyć „tunel czasoprzestrzenny”, trzeba nagiąć czasoprzestrzeń w kierunku przeciwnym do tego, w jaki wygina ją zwykła materia. Zwykła materia zakrzywia czasoprzestrzeń ku sobie, jak powierzchnia Ziemi. Ale stworzenie „tuli czasoprzestrzennej” wymaga materii, która zagina czasoprzestrzeń w przeciwnym kierunku, jak powierzchnia siodła. To samo dotyczy każdej innej krzywizny czasoprzestrzeni prowadzącej w przeszłość, chyba że wszechświat jest tak zakrzywiony, że ma już możliwości podróżowania w czasie. Tylko w tym przypadku będziesz potrzebować materii o ujemnej masie i ujemnej gęstości energii.

Energia jest jak pieniądze. Jeśli masz dodatnie saldo w banku, możesz wykorzystać pieniądze w dowolny sposób. Jednak zgodnie z klasycznymi prawami, które do niedawna uważano za niezmienne, debet nie jest dozwolony przy korzystaniu z energii.

Klasyczne prawa uniemożliwiają nagięcie wszechświata tak, aby możliwe stało się podróżowanie w czasie. Ale klasyczne prawa obala teoria kwantów - druga po ogólnej teorii względności wielka rewolucja intelektualna w naszym rozumieniu Wszechświata. Teoria kwantów jest bardziej elastyczna i w niektórych przypadkach dopuszcza debet. Jednak bank powinien być dla nas wystarczająco uprzejmy. Innymi słowy, teoria kwantów dopuszcza ujemną gęstość energii w niektórych miejscach, jeśli w innych zapewni się dodatnią gęstość.

Teoria kwantów dopuszcza ujemną gęstość energii, ponieważ opiera się na zasadzie niepewności. Twierdzi, że niektóre cechy, takie jak położenie i prędkość cząstki, nie mogą jednocześnie mieć dokładnie zmierzonych wartości. Im dokładniej określone zostanie położenie cząstki, tym większa niepewność co do jej prędkości i odwrotnie. Zasada nieoznaczoności dotyczy również pól - na przykład pola elektromagnetycznego lub grawitacyjnego. Twierdzi, że te pola nie mogą mieć wartości null, nawet jeśli myślimy, że jest pusta przestrzeń. Faktem jest, że jeśli ich wartości są równe zeru, oznacza to, że muszą mieć dobrze określoną pozycję równą zero i dobrze określoną prędkość równą zero. A to jest sprzeczne z zasadą niepewności. Oznacza to, że pola muszą mieć pewną minimalną fluktuację. Można sobie wyobrazić tzw. fluktuacje próżni w postaci par cząstek i antycząstek, które nagle powstają, rozdzielają się, a następnie ponownie łączą i anihilują, wzajemnie anihilując.

Takie pary cząstek - antycząstek są uważane za wirtualne, ponieważ nie można ich bezpośrednio wykryć za pomocą detektora cząstek. Ale można zaobserwować efekt pośredni. W tym celu wykorzystuje się tzw. efekt Casimira. Spróbuj wyobrazić sobie dwie równoległe metalowe płyty oddalone od siebie w niewielkiej odległości. Płytki działają jak lustra dla wirtualnych cząstek i antycząstek. Oznacza to, że przestrzeń między płytami wygląda jak piszczałka organowa, tyle że przepuszcza fale świetlne o określonej częstotliwości rezonansowej. W rezultacie okazuje się, że pomiędzy płytami zachodzi pewna ilość fluktuacji kwantowych, odmienna od tego, co dzieje się za nimi, gdzie fluktuacje te mogą mieć dowolną długość fali. Różnica w liczbie wirtualnych cząstek między płytami i na zewnątrz oznacza, że płytki są pod większym ciśnieniem z jednej strony niż z drugiej. Powstaje niewielka siła, która zbliża płyty do siebie. Siłę tę można zmierzyć doświadczalnie. Tak więc wirtualne cząstki istnieją w rzeczywistości i mają realny wpływ.

Ponieważ między płytami jest mniej wirtualnych cząstek, czyli fluktuacji kwantowych w próżni, gęstość energii jest tutaj również niższa niż w otaczającej przestrzeni. Ale gęstość energii pustej przestrzeni w dużej odległości od płyt powinna być równa zeru. W przeciwnym razie czasoprzestrzeń ulegnie zakrzywieniu i Wszechświat nie będzie całkowicie płaski. Oznacza to, że gęstość energii w obszarze między płytami musi być ujemna.

Udowodnione eksperymentalnie ugięcie światła wskazuje, że czasoprzestrzeń jest zakrzywiona, a efekt Casimira potwierdza, że krzywizna może być ujemna. I może się wydawać, że wraz z rozwojem nauki i technologii będziemy mogli tworzyć „tule czasoprzestrzenne” lub naginać czas i przestrzeń w inny sposób, aby móc podróżować w przeszłość. Ale w tym przypadku nieuchronnie pojawia się szereg pytań i problemów.

Na przykład: jeśli podróżowanie w czasie stanie się możliwe w przyszłości, dlaczego nikt nie wrócił do nas z przyszłości i nie powiedział nam, jak to zrobić.

Nawet jeśli istnieją dobre powody, aby trzymać nas w ciemności, ludziom z natury trudno jest uwierzyć, że nikt nie chce się pokazać i ujawnić nam, biednym zacofanym chłopom, tajemnicy podróży w czasie. Oczywiście niektórzy twierdzą, że odwiedzają nas już goście z przyszłości - latają na UFO, a rządy są zamieszane w gigantyczny spisek, aby te fakty zatuszować w celu wykorzystania wiedzy naukowej, którą niosą ze sobą goście. Mogę powiedzieć tylko jedno: jeśli rządy coś ukrywają, nadal nie są w stanie wykorzystać przydatnych informacji otrzymanych od kosmitów. Jestem bardzo sceptycznie nastawiony do „teorii spiskowej” i uważam, że bardziej prawdopodobna jest „teoria bałaganu”. Raporty o UFO nie mogą dotyczyć wyłącznie kosmitów, ponieważ są one wzajemnie sprzeczne. Ale jeśli przyznamy, że niektóre z tych obserwacji to tylko błędy lub halucynacje, czy nie jest bardziej logiczne przyznać, że są, niż wierzyć, że odwiedzają nas goście z przyszłości lub z innej części Galaktyki? Jeśli ci goście naprawdę chcą skolonizować Ziemię lub ostrzec nas przed jakimś niebezpieczeństwem, to są wyjątkowo nieskuteczni.

Jest sposób na pogodzenie idei podróży w czasie z tym, że nigdy nie spotkaliśmy gości z przyszłości. Można powiedzieć, że takie podróże będą możliwe dopiero w przyszłości. Czasoprzestrzeń naszej przeszłości jest stała, ponieważ obserwowaliśmy ją i widzieliśmy, że nie jest wystarczająco zakrzywiona, abyśmy mogli cofnąć się w czasie. A przyszłość jest otwarta, więc pewnego dnia nauczymy się naginać czasoprzestrzeń i dostaniemy możliwość podróżowania w czasie. Ponieważ jednak będziemy mogli zaginać czasoprzestrzeń dopiero w przyszłości, nie będziemy mogli z niej wrócić do naszej teraźniejszości ani nawet wcześniej.

Taki obraz może dobrze tłumaczyć, dlaczego nie doświadczamy napływu turystów z przyszłości. Ale wciąż pozostawia miejsce na wiele paradoksów. Załóżmy, że istnieje możliwość lotu statkiem kosmicznym i powrotu przed rozpoczęciem lotu. Co uniemożliwi ci zdetonowanie rakiety w miejscu startu i tym samym wykluczy możliwość takiego lotu dla siebie? Istnieją inne, nie mniej paradoksalne wersje: na przykład, aby cofnąć się w czasie i zabić swoich rodziców, zanim się urodziłeś. Istnieją dwa możliwe rozwiązania tego problemu.

Jedną rzecz nazwałbym konsekwentnym podejściem historycznym. W tym przypadku można znaleźć spójne rozwiązanie równań fizycznych - nawet jeśli czasoprzestrzeń jest zakrzywiona do tego stopnia, że możliwe jest podróżowanie w przeszłość. Z tego punktu widzenia nie możesz przygotować rakiety do podróży w przeszłość, jeśli nie wróciłeś do niej i nie udało ci się wysadzić w powietrze wyrzutni. Jest to obraz sekwencyjny, ale mówi, że jesteśmy całkowicie zdeterminowani: nie jesteśmy w stanie zmienić naszych myśli. To za dużo jak na wolną wolę.

Inne rozwiązanie nazywam podejściem historii alternatywnej. Jego orędownikiem był fizyk David Deutsch i prawdopodobnie miał na myśli twórców Powrotu do przyszłości. Dzięki takiemu podejściu w jednej alternatywnej historii nie będzie powrotu z przyszłości przed wystrzeleniem rakiety, a zatem nie będzie możliwości jej zdetonowania. Ale kiedy podróżnik wraca z przyszłości, znajduje się w innej alternatywnej historii. W nim rasa ludzka podejmuje niesamowite wysiłki, aby zbudować statek kosmiczny, ale zanim wyruszy z innej części Galaktyki, podobny statek pojawia się i niszczy skonstruowany.

David Deutsch preferuje alternatywne historyczne podejście do koncepcji wielości historii, zaproponowane przez fizyka Richarda Feynmana. Jego pomysł jest taki, że zgodnie z teorią kwantową wszechświat nie ma wyjątkowej i niepowtarzalnej historii.

We Wszechświecie istnieją wszystkie możliwe historie, każda z własnym stopniem prawdopodobieństwa.

Powinna istnieć możliwość historii, w której panuje stabilny pokój na Bliskim Wschodzie, ale prawdopodobieństwo takiej historii jest najprawdopodobniej niskie.

W niektórych opowieściach czasoprzestrzeń jest zniekształcona, aby obiekty takie jak rakiety mogły powrócić do swojej przeszłości. Ale każda historia jest integralna i samowystarczalna, opisując nie tylko zakrzywioną czasoprzestrzeń, ale także wszystkie znajdujące się w niej obiekty. Dlatego powracająca rakieta nie może wejść w inną alternatywną historię. Pozostaje w tej samej historii, która musi być spójna. I ja, w przeciwieństwie do Deutscha, uważam, że idea mnogości opowieści działa na rzecz spójnego podejścia historycznego, a nie alternatywnego podejścia historycznego.

Najwyraźniej nie jesteśmy w stanie porzucić spójnego obrazu historycznego. Może to jednak nie odnosić się do kwestii determinizmu i wolnej woli, jeśli istnieje bardzo małe prawdopodobieństwo historii, w których czasoprzestrzeń jest zakrzywiona tak, że możliwe jest podróżowanie w czasie poza skalę makroskopową. Nazywam to hipotezą bezpieczeństwa chronologicznego: prawa fizyki mają na celu zapobieganie podróżom w czasie na poziomie makroskopowym.

Wygląda na to, że jeśli czasoprzestrzeń jest zakrzywiona prawie na tyle, by umożliwić podróż w przeszłość, wirtualne cząstki mogą stać się prawie prawdziwymi cząstkami poruszającymi się po zamkniętych trajektoriach. Gęstość wirtualnych cząstek i ich energia znacznie wzrastają, co oznacza, że prawdopodobieństwo takich historii jest bardzo małe. Choć upodabnia się to do działalności agencji ochrony chronologicznej, która stara się zachować świat dla historyków. Ale temat krzywizny przestrzeni i czasu jest wciąż w powijakach. Zgodnie z jednoczącą formą teorii strun znaną jako M-teoria, w której mamy duże nadzieje na połączenie ogólnej teorii względności i teorii kwantowej, czasoprzestrzeń powinna mieć jedenaście wymiarów, a nie cztery, których doświadczamy.

Najważniejsze jest to, że siedem z tych jedenastu wymiarów jest zwiniętych w tak małą przestrzeń, że tego nie zauważamy. Z drugiej strony pozostałe cztery wymiary są praktycznie płaskie i reprezentują to, co nazywamy czasoprzestrzenią. Jeśli ten obraz jest poprawny, powinno być możliwe połączenie w jakiś sposób czterech płaskich wymiarów z pozostałymi siedmioma bardzo zakrzywionymi lub zniekształconymi wymiarami. Co z tego wyniknie, jeszcze nie wiemy. Ale możliwości są ekscytujące.

Na zakończenie powiem, co następuje.

Nasze nowoczesne koncepcje nie wykluczają możliwości szybkiej podróży w kosmos i powrotu do przeszłości. Może to stwarzać ogromne problemy logiczne, więc miejmy nadzieję, że istnieje jakieś prawo dotyczące chronologii, które uniemożliwi ludziom cofanie się w czasie i zabijanie swoich rodziców.

Ale fani science fiction nie powinni się denerwować. Teoria M daje nadzieję.

Ostatnie dzieło światowej sławy fizyka Stephena Hawkinga, książka-testament, w którym podsumowuje i wypowiada się na najważniejsze tematy, które dotyczą wszystkich.

Czy ludzkość przetrwa? Czy powinniśmy być tak aktywni w kosmosie? Czy istnieje Bóg? To tylko kilka pytań, na które w ostatniej książce odpowiedział jeden z największych umysłów w historii.