Dugo se o putovanju kroz vrijeme raspravljalo daleko od konvencionalne znanosti. To se u posljednjih nekoliko desetljeća promijenilo: i teoretski su fizičari počeli razmišljati o ovoj mogućnosti.
Einstein i vrijeme
Današnje razumijevanje vremena počinje na Einsteinovim teorijama relativnosti. Prije njih vrijeme se smatralo apsolutnim i univerzalnim, istim za svakoga bez obzira na to pod kojim se fizikalnim uvjetima nalazio. U svojoj Specijalnoj teoriji relativnosti Einstein je ustvrdio da mjereni interval između dva događaja ovisi o promatračevu kretanju. To znači da bi dva promatrača koji se kreću različitim brzinama izmjerili drugačije trajanje između ista dva događaja.
To nas dovodi do efekta poznatog kao vremenska dilatacija (rastezanje ili širenje) do kojeg dolazi uvijek kad se dva promatrača, jedan u odnosu na drugoga, kreću. U svakodnevnom životu to izobličenje ne primjećujemo jer je efekt očigledan tek pri brzinama bliskim brzini svjetlosti. Čak i brzine zrakoplova dovode do vremenske dilatacije od tek nekoliko nanosekundi. Atomski satovi dovoljno su precizni da mogu potvrditi da takav pomak zaista postoji i da se vrijeme zaista „rasteže“ kretanjem. Najjednostavnije rečeno, što se brže krećete, promatraču koji stoji i mjeri vrijeme čini se da je u vašem sustavu prošlo manje vremena nego u njegovom. Značajnije pojave dilatacije vremena moguće je opaziti tek pri promatranju subatomskih čestica. Njih se može u velikim uređajima za ubrzavanje (akceleratorima) ubrzati skoro do brzine svjetlosti. Neke od tih čestica, poput muona, imaju „ugrađen sat“ – nestaju za točno određeno vrijeme. U skladu s Einsteinovom teorijom relativnosti, ubrzani muoni postoje puno dulje od svoga roka trajanja, jer se u odnosu na nas gibaju brzinama bliskima brzini svjetlosti, pa je vrijeme njihova postojanja – mjereno iz našeg sustava – produljeno, odnosno dilatirano.
Paradoks blizanaca
Po Einsteinovoj Specijalnoj teoriji relativnosti nijedan materijalni objekt ne može putovati brzinom svjetlosti, već samo sporije od toga. Ta je teorija povezana s putovanjem kroz vrijeme takozvanim paradoksom blizanaca. Zamislite dva blizanca od kojih jedan krene na putovanje brzinom bliskom brzini svjetlosti, a drugi ostane na Zemlji. Kad se blizanac – svemirski putnik vrati kući nakon nekoliko subjektivnih godina putovanja bit će tek nekoliko godina stariji, no njegov brat blizanac na Zemlji bit će već starac. Posljedica je to relativnosti tijeka vremena – što se osoba brže kreće njeno se vrijeme usporava u odnosu na predmet koji se kreće sporije. S druge strane, blizanac svemirski putnik može – relativno gledano – reći da nije putovao on, već cijela Zemlja. Odgovor na paradoks, odnosno pitanje zašto je onda mlađi taj iz svemirskog broda, leži u ubrzanju odnosno akceleraciji do brzine bliske svjetlosti.
Vremeplov Kipa Thorna
Einstein je s Nathanom Rosenom 1935. razvio scenarij u kojemu bi mali procjep u crnoj rupi mogao biti spojen s drugim malim procjepom u drugoj crnoj rupi, spajajući ta dva kraja prostorno-vremenskog kontinuuma uskim prolazom. Ovaj se prolaz naziva Einstein-Rosenov most, a predstavljao bi svojevrsnu prečicu kroz prostor ili crvotočinu. Prolaz između dvije crne rupe manji je od središta atoma, otvoren tek djelić sekunde, a u njemu vladaju goleme gravitacijske sile. Zato je ova teorija izgubila značaj sve do 1985. kad je Carl Sagan crvotočinu kao osmišljenu napravu iskoristio u SF-romanu Kontakt.
Sagan je želio da lik njegova romana izvede skok na drugi kraj svemira te se za pomoć obratio prijatelju, fizičaru Kipu Thornu. Zamolio je Thorna i njegove suradnike na kalifornijskom Institutu za tehnologiju da ustanove jesu li crvotočine u skladu s poznatom fizikom. Oni su krenuli od postavke da crvotočina sliči crnoj rupi jer je riječ o objektu zastrašujuće gravitacije. Za razliku od crne rupe koja nudi jednosmjerno putovanje u ništavilo, crvotočina bi imala i izlaz i ulaz.
Egzotična materija
Da bi se kroz crvotočinu putovalo, ona mora sadržavati ono što je Thorn nazvao egzotičnom materijom. To je materija koja će stvarati antigravitaciju i tako sprječavati da se crvotočina zbog svoje masivnosti i ogromne gravitacije uruši i postane crna rupa. Thorn i njegovi suradnici shvatili su da bi takva crvotočina ujedno mogla služiti i kao vremeplov.
Da bi se crvotočina pretvorila u vremenski stroj potrebno je jedna od njezinih usta odvući do neutronske zvijezde i smjestiti blizu njezine površine. Zbog velike gravitacije zvijezde vrijeme pored usta crvotočine teklo bi sporije te bi se postepeno povećavala vremenska razlika između dvaju krajeva crvotočine.
Potom bi se oba kraja crvotočine smjestilo negdje u svemir, daleko od objekata velike mase, gdje bi ta vremenska razlika ostala nepromijenjena. Kad bi se, primjerice, radilo o razlici od deset godina, onda bi astronaut koji bi prošao kroz crvotočinu otputovao deset godina u budućnost, a onaj koji bi putovao s druge strane stigao bi deset godina u prošlost.
Kad bi se ovaj drugi astronaut potom velikom brzinom (ili kroz neku drugu crvotočinu) uputio kući, mogao bi tamo stići prije nego što je krenuo. Jedino ograničenje je da bi se Thornovim vremeplovom u prošlost moglo putovati najdalje do trenutka kad je izgrađena prva crvotočina.
Gravitacija i put kroz vrijeme
U Općoj teoriji relativnosti Einstein je predvidio da gravitacija usporava vrijeme. Satovi idu brže u potkrovlju nego u podrumu, koji je bliži središtu Zemlje i time dublje u gravitacijskom polju. Također, satovi brže idu u svemiru nego na Zemlji. Efekt je opet sitan do beznačajnosti, ali izmjerljiv vrlo preciznim satovima. Ovo usporavanje vremena uzeto je obzir i kod GPS-a kojim se pomoću satelita precizno određuje zemljopisna duljina i širina.
Na površini neutronske zvijezde gravitacija je toliko jaka da se vrijeme usporava i do 30% u odnosu na relativno Zemljino vrijeme. Kad bismo bili u mogućnosti promatrati svemir s površine takve zvijezde, svi događaji činili bi nam se ubrzani. Tijelo, ili bolje rečeno, svemirska pojava s najvećom gravitacijom je crna rupa. Njena je gravitacija toliko jaka da se prostor i vrijeme savijaju i „upadaju“ sami u sebe. Crna rupa postaje sve jača (odnosno jača njena gravitacija) što je veća količina materije koja je implodirala. Unutrašnjost crne rupe nalazi se iza granice vremena, barem iz pozicije vanjskog svemira. Putnik koji bi prošao kroz crpu rupu našao bi se nezamislivo daleko u budućnosti – ili barem tako kažu brojne teorije. No teorije također kažu da putnik ne bi primijetio ništa ulaskom u područje crne rupe. Mi izvana, međutim, gledali bi ga kako se sve sporije kreće prema njoj, dok ne bi stao na rubu. Jedini je problem što bi za nas promatranje njegova ulaska u crnu rupu trajalo – beskonačno.
Mali rječnik za vremeplovce
- Zakrivljenost prostora i vremena – Osobina prostor-vremena da prekrši zakonitosti klasične fizike.
- Gravitacijska vremenska dilatacija – Usporavanje tijeka vremena pokraj nekog gravitacijskog tijela.
- Hiperprostor ili hipersvemir – Fiktivni ravni prostor u kojem su različiti dijelovi svemira povezani prostranim prečicama i petljama.
- Singularnost – Regija prostor-vremena gdje je njegovo zakrivljenje toliko jako da se lome zakoni Opće teorije relativnosti, a na snagu stupaju zakoni kvantne gravitacije. Onaj tko pokuša opisati singularnost koristeći samo Opću teoriju relativnosti, ustanovit će (pogrešno) da su gravitacija i zakrivljenost prostor-vremena u točki singularnosti beskonačni; kvantna gravitacija tu beskonačnost zamjenjuje kvantnom pjenom.
- Prostor-vrijeme – Četverodimenzionalno tkanje koje je rezultat jedinstva prostora i vremena.
- Zakrivljenost prostor-vremena – Osobina prostor-vremena da uzrokuje čestice u slobodnom padu koje se kreću po paralelnim pravcima da se spoje ili presijeku; zakrivljenje prostor-vremena i zakrivljenje gravitacije dva su imena za istu pojavu.
- Crvotočina – Tunel u topologiji prostora kojim se (prečicom) povezuju dvije udaljene točke svemira.
Mallet i nova saznanja
Ronald Mallet, sveučilišni profesor fizike na državnom fakultetu u Connecticutu tvrdi da je uspio konstruirati vremenski stroj. Prototip je gotov, a detaljna istraživanja započela su u jesen 2003. Mallet tvrdi da se njegov vremenski stroj bazira na Einsteinovoj teoriji relativnosti, koja je pokazala kako vrijeme ovisi o kretanju. Prvo putovanje kroz vrijeme bit će provedeno eksperimentom prebacivanja subatomske čestice iz jednog trenutka u drugi pomoću svjetlosti.
Novi eksperimenti pokazuju da se svjetlost može usporiti i potom vratiti u normalnu brzinu, što ima značajne implikacije na mogućnost putovanja kroz vrijeme.
No suvremene teorije fizike, poput one Stwphena W. Hawkinga kažu kako postoji mehanizam koji brani putovanja u prošlost. Ova se teorija naziva teorijom zaštite kronologije. Postojanje vremeplova dopustilo bi česticama da odu u svoju vlastitu prošlost, ali neki proračuni nagovještavaju da bi smetanja mogao postati odbjegli impuls energije s čestice (koja kroz crvotočinu putuje u prošlost) koji bi „slomio“ crvotočinu.
Danas je među fizičarima sve manje onih koji smatraju da je putovanje kroz vrijeme nemoguće. Ono što nas sprječava da to i činimo su tehnički problemi i ogromna količina energije potrebna za takav pothvat. Danas je zamislivo da već sljedeća generacija ubrzivača čestica bude u stanju stvoriti subatomske crvotočine koje će živjeti dovoljno dugo da čestice kroz njih izvedu brz uzročni skok, tj. minijaturni put kroz vrijeme.
To bi još uvijek bilo daleko od Wellsova zamišljanja putovanja kroz vrijeme, ali bi zauvijek promijenilo našu sliku fizičke stvarnosti. Dok se to ne ostvari, ostaje nam staromodno, pravocrtno, svakodnevno putovanje kroz vrijeme u budućnost.
Članak je izvorno objavljen u 72. broju časopisa Drvo znanja i nije ga dopušteno prenositi.
