Kaip sukurti laiko mašiną?

Kelionės laike – populiari mokslinės fantastikos tema. Ji išpopuliarėjo dar 1895 m. su H. Velso "Laiko mašina". Tačiau ar tai realu? Neseniai tema patemo ir į teorinės fizikos dienotvarkę. Vieningo lauko teorijoje yra svarbu gerai suvokti ryšį tarp priežasties ir pasekmės. Ir pasirodžius, kad kelionės laike įmanomos, tai turėtų didelį poveikį vieningo lauko teorijų prigimčiai.

Savo specialiojoje reliatyvumo teorijoje A. Einšteinas pasiūlė, kad laiko intervalo tarp dviejų įvykių matavimas priklauso nuo stebėtojo judėjimo. Tada du stebėtojai, judantys skirtingai, suvoks skirtingą laiko tarpą. Šis efektas geriausiai iliustruojamas "dvynių paradoksu". Tarkim Selė ir Semas yra dvyniai. Selė artimu šviesai greičiu nuskrenda iki kokios nors žvaigždės, apsisuka ir grįžta. Selei atrodys, kad kelionė truko tik metus, tačiau grįžusi išvys, kad iš tikro keliavo kelias dešimtis metų. Dvynių amžius jau skiriasi, nors abu gimė tą pačią dieną. Iš esmės, Selė persikėlė keliomis dešimtimis metų į ateitį.

Laiko sulėtėjimo efektas pastebimas dviems stebėtojams judant vienas kito atžvilgiu. Kasdieniniame gyvenime nepastebime laiko sutankėjimų, nes mūsų judėjimo greitis yra nedidelis. Tačiau atominiai laikrodžiai gali užfiksuoti kelių nanosekundžių skirtumus susidarančius skrendant lėktuvais. Tad kelionė į ateitį (kad ir labai nežymiai) yra įrodytas faktas.

Laiko sutankėjimai labiau pastebimi neįprastomis sąlygomis. Subatominės dalelytės galį būti pagreitinamos iki artimo šviesai greičio. Kai kurios jų, kaip miuonai, turi vidinius laikrodžius, nes turi apibrėžtą skilimo pusperiodį. Ir iš tikro, greitai skriejantys miuonai skyla lėčiau, patvirtindami A. Einšteino teoriją. Kai kurie kosminiai spinduliai irgi patiria laiko sutankėjimą. Jie juda taip greitai, kad iš jų taško, jos galaktiką perskrodžia per kelias minutes, nors iš Žemės žiūrint atrodo, kad jie turi skrieti dešimtis tūkstančių metų.

Greitis tėra vienas būtų iššokti į priekį laike. Kitas – gravitacija. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje, A. Einšteinas teigia, kad gravitacija lėtina laiką. Laikrodžiai tiksi truputį greičiau kalnuose, nei jų papėdėje, nes čia jie arčiau Žemės centro, nes čia gravitacinis poveikis didesnis. Tą skirtumą galima išmatuoti labai tiksliais laikrodžiais – ir į tą skirtumą atsižvelgia GPS sistemos, kad lėktuvai, laivai ir balistinės raketos nenuklystų į šalį kelis kilometrus.

Neutroninės žvaigždės paviršiuje gravitacija tokia stipri, kad laikas gali sulėtėti net 30%. Iš jos visi įvykiai Visatoje atrodo vykstą pagreitintai. Dar labiau pakeisti laiko tėkmę gali "juodosios skylės". Jei pavyktų ją palikti, pamatytume, kad atsidūrėme toli ateityje.

Taigi, aptarėme kelionę laiku į priekį. O kaip su kelione atgal? Čia reikalai sudėtingesni. 1948 m. Kurt Godel surado sprendimą Einšteino gravitacijos lauko lygtims, aprašančioms besisukančią Visatą. Joje astronautas gali keliauti patekdamas į savo praeitį. Taip atsitinka dėl gravitacijos poveikio šviesai. Visatos sukimasis gali tempti šviesą aplinkui, sudarant galimybę materialiam objektui keliauti erdvės kilpa, kuri kartu yra ir uždara laiko kilpa. Iš tikro, K. Godel sprendimas patenkina tik matematinį smalsumą, nes nepastebima jokių požymių, kad Visata, kaip visuma, suktųsi.

Tačiau buvo surastos ir kitos galimybės kelionėms į praeitį. Pvz., 1974 m., Frank J. Tipler paskaičiavo, kad masyvus ilgas cilindras, besisukantis aplink savo ašį artimu šviesai greičiu, gali leisti astronautams aplankyti savo praeitį – ir vėl todėl, kad šviesa išsilenkia į kilpą. 1991 m. J. Richard Gott spėjo, kad kosminės stygos (struktūros, kurios, kaip laiko kosmologai, susiformavo netrukus po Didžiojo sprogimo) gali sukelti panašų efektą. Tačiau 9 dešimtm. viduryje ibuvo išvystytas tikėtiniausias scenarijus, paremtas sliekangių koncepcija.

Mokslinėje fantastikoje, sliekangėmis kartais vadinti žvaigždžių vartai – dviejų nutolusių erdvės taškų sujungimai – per kuriuos gali iškart atsidurti kitoje galaktikos pusėje. Sliekangės dera su bendrąja reliatyvumo teorija, nes gravitacija iškreipia ne tik laiką, bet ir erdvę. Šią teoriją galima pailiustruoti keliu kalnų serpantinais ir keliu tuneliu.

Sliekangę naudojo Carl Sagan'as 1985 m. romane "Kontaktas". Susidomėję Kip S. Thorne su bendradarbiais Kalifornijos technologijos institute patikrino, ar sliekangių koncepcija neprieštarauja fizikai. Jie padarė prielaidą, kad sliekangę turi būti panaši į "juodąją skylę", tačiau, skirtingai nuo šios, turi turėti įėjimą ir išėjimą.

Kad per sliegangę būtų galima keliauti ji turi turėti tai, ką Thorne pavadino egzotiškąja materija, - kažką, kas sukurti pakankamą antigravitacinę jėgą, generuojamą neigiamos energijos. Žinoma, kad neigiamos energijos būsenos gali egzistuoti kai kuriose kvantinėse sistemose, tad vadinamoji "egzotiškoji materija" nėra negalima šiuolaikinėje fizikos teorijoje, nors ir neaišku, ar ji gali stabilizuoti sliekangę. Tačiau, jei pavyktų sukurti stabilią sliekangę, ją būtų nesunku paversti laiko mašina. Praėjęs per ją astronautas ne tik atsidurtų kažkur toli erdvėje, bet ir kitame laike (ateityje ar praeityje).

Tam vieną jos angų reiktų nukreipti į nepaprastai arti esančią neutroninę žvaigždę, kurios gravitacinis laukas sulėtintų laiką šalia sliekangės angos. Tad laiko skirtumas tarp sliekangės angų palaipsniui kauptųsi. Jei abi angos būtų fiksuotos erdvėje, tas skirtumas galėtų likti vienodu. Astronautas, perėjęs viena kryptimi, patektų į ateitį, o kita – į praeitį. Praėjęs sliekangę ir skriedamas dideliu greičiu į pradinį tašką, astronautas galėtų netgi sutikti save prieš išskrendant (laiko kilpa). Tėra vienas apribojimas – negalima persikelti į laiką, buvusį iki pirmos sliekangės sukūrimo.

Tik klausimas, o kaip sukurti tą pirmąją sliekangę? Tačiau gali būti, kad jos egzistuoja natūraliai – kaip Didžiojo sprogimo reliktai. Iš kitos pusės, sliekangės gali atsirasti mikrolygyje, vadinamajame Planko atstume, kuris yra apie 10²⁰ mažesnis už atomo branduolį.

Taip pat reikia neužmiršti, kad laiko mašinos sukūrimas sukeltų daugybę priežasties- pasekmės paradoksų. Tarkim žudikas nukeliauja į praeitį ir nužudo savo motiną, jai esant dar maža mergaite. Tada žudikas niekada negims, tačiau kaip negimęs jis gali nužudyti savo motiną? Tokio tipo paradoksai kyla, kai keliautojas bando keisti praeitį, kad, akivaizdu, yra neįmanoma. Tačiau niekas netrukdo jam būti praeities dalimi. Iš kitos pusės, tarkim, kad nukeliaujam į ateitį ir sužinome apie naują mokslinį išradimą, apie kurį atskleidžiame grįžę. Tada klausimas – kas kada būtų šio išradimo autorius? Keliautojas? Bet jis apie jį tik sužinojo. Ar išradėjas iš ateities? Bet išradimas jau buvo žinomas anksčiau, nes keliautojas jį atskleidė.

Tokios keistenybės privertė kai kuriuos mokslininkus atsisakyti kelionių į praeitį koncepcijos. Stephen W. Hawking'as pasiūlė "chronologijos apsaugos prielaidą", kuri turėtų uždrausti priežasties-pasekmės kilpas. Kadangi reliatyvumo teorija leidžia priežasties-pasekmės kilpas, tad turėtų būti kažkoks kitas veiksnys, draudžiantis keliauti į praeitį. Vienas iš pasiūlymų buvo, kad išeitis yra kvantiniai procesai. Elementariosios dalelės, patekusios į laiko kilpas, patektų į savo praeitį ir taip susidarytų energija, suardysianti sliekangę.

Parengė Cpt.Astera's Advisor