Здатність подорожувати в часі вже давно є предметом наукової фантастики, і, звичайно, десятиліттями обговорюється фізиками.
У реальному житті подорожі в часі відбуваються через те, що називається уповільненням часу, що є властивістю спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна; пояснення того, як швидкість впливає на масу, час і простір. Саме Ейнштейн першим зрозумів, що час не є постійним, а натомість уповільнюється, коли ви рухаєтеся швидше в просторі. По суті, це свідчить про те, що час — це ілюзія, яка зміщується відносно спостерігача. Якби ви могли подорожувати зі швидкістю світла, ви відчували б час набагато повільніше, ніж нерухомий спостерігач. Навіть астронавти в космосі старіють повільніше, ніж ми тут, на Землі.
Якщо ми збираємося подорожувати в часі, важливо зрозуміти, як працює простір-час. Наше розуміння часу та причинності походить із загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна. Ейнштейну довелося переосмислити сам простір і ввів фразу «простір-час», яка поєднує три виміри простору й один вимір часу. Замість того, щоб простір був плоским і жорстким місцем, Ейнштейн вважав простір вигнутим і здатним утворювати гравітаційні провали, які називаються гравітаційними колодязями, навколо великих небесних мас, включаючи планети, зірки та масивні колапсовані зірки, які називаються чорними дірами.
Гравітація згинає тканину Всесвіту, яка називається простором-часом, не лише біля чорних дір, але й у будь-якому гравітаційному полі, включаючи земне. Що чим далі ви знаходитесь від джерела гравітації, тим швидше для вас пройде час. Але також можливо, що у Всесвіті ховається щось інше, що згинає тканину простору-часу.
Червоточина
Альберт Ейнштейн і інший фізик на ім’я Натан Розен також вивчали неминучі кишені космосу, які ми називаємо чорними дірами. Теоретично вони виявили, що поверхня чорної діри може працювати як міст, з’єднаний з другою ділянкою космосу. Це стало відомо як міст Ейнштейна-Розена, або червоточина.
У теорії загальної відносності Ейнштейна створити червоточину досить просто. Ви просто берете чорну діру і з’єднуєте її з білою дірою, і в результаті виходить тунель у просторі-часі.
Білі діри
Білі діри — це суто гіпотетичні об’єкти, які астрономи намагаються з’ясувати, як і чи можуть вони утворитися в космосі. Теоретично вважається, що біла діра є чорною дірою зі зворотним часом; область простору-часу, де матерія з’являтиметься і викидатиме світло та матерію, а не захоплюватиме та роздавлюватиме матерію в сингулярність, як це робить чорна діра. Якщо це повна протилежність чорній дірі, ми повинні мати змогу побачити їх за різними типами світла чи випромінювання, які вони випромінюють. Фактично, деякі дослідники вважають, що деякі чорні діри, які ми знайшли, насправді можуть бути замаскованими білими дірами.
Вважається, що червоточини є міжвимірними порталами, які згинають тканину простору-часу та з’єднують віддалені куточки галактики. Червоточини вимагають надзвичайного викривлення простору-часу, і для існування потрібні потужні сили тяжіння. Ось чому деякі астрономи кажуть, що хорошим місцем для пошуку червоточин є поблизу надмасивних чорних дір, які ховаються в центрі галактик, як-от Стрілець A нашого Чумацького Шляху.
Ейнштейн і Розен продовжували вивчати ідею червоточин, але під час їхньої роботи постали великі проблеми.
Негативна матерія
Перший виклик полягає в тому, що в загальній теорії відносності гравітаційне тяжіння нормальної матерії, що проходить через червоточину, закриє тунель. Таким чином, створення стабільної червоточини, яка залишається відкритою, потребує певного типу екзотичної негативної матерії, щоб утримувати тунель відкритим.
Друга проблема полягає в процесі, необхідному для створення червоточини, і пошук екзотичної негативної матерії для її стабілізації не може надто відійти від сучасних правил фізики.
Негативної матерії, схоже, не існує у Всесвіті, але це не означає, що її не існує.
Квантова заплутаність
Щоб стабілізувати червоточину, мандрівник мав би випробувати область негативної енергії, яка врівноважувала б масу позитивної енергії мандрівника. В 2017 році фізики знайшли спосіб захистити відкриті червоточини за допомогою квантової заплутаності.
Ця особлива природа заплутаності забезпечить негативну екзотичну матерію, необхідну для стабільності червоточини. Це цікава ідея, оскільки червоточина ніколи не була виявлена. І, на жаль, якщо червоточини насправді існують, вони були б неймовірно нестабільними. Щойно утворюється червоточина, вони миттєво руйнуються, або сила тяжіння розриває їх на частини швидше, ніж швидкість світла, що робить їх виявлення майже неможливоим.
Цілком можливо, що червоточини з’являються навколо нас, але руйнуються так швидко, що ми ніколи не маємо шансу їх виявити.
Навіть якщо ми знайшли червоточину, ми повинні пам’ятати, що Всесвіт величезний.
Якщо ви дивилися фільм «Інтерстеллар», то пам’ятаєте, що червоточина, побудована чи створена невідомими істотами для порятунку людства, була поблизу планети Сатурн у нашій Сонячній системі. Незручне місце для розміщення червоточини, яка потребує неймовірної кількості негативної енергії, щоб підтримувати її стабільність, оскільки найшвидшому кораблю знадобилося б майже 4 роки, щоб дістатися туди. Для порівняння, космічному кораблю New Horizons знадобилося дев’ять з половиною років, щоб дістатися до Плутона. Якщо ми помітили червоточину, і з якоїсь дивної та невідомої причини вона була стабільною та не випарувалася миттєво, у нас все одно немає корабля, щоб дістатися до неї вчасно. Було б дуже зручно, якби один вискочив поруч із нами, скажімо, між нами та Марсом. Але, скажімо, червоточина таки вискочила й була достатньо близько, щоб ми її могли досліджувати, і ми мали корабель.
Чи зможемо ми пережити подорож через червоточину? На даний момент ніхто не знає. І, звісно, ніхто не знає, чи буде проходження через червоточину поїздкою в один кінець чи ні. Ви можете ніколи не повернутися, а до того часу, коли ви повернетеся, залежно від того, як довго вас не було, може не бути до чого повертатися.
Ви також повинні враховувати, що ви більше ніколи не побачите нікого, кого знаєте. Деякі фізики стверджують, що існує спосіб відправити людину крізь червоточину, і вона не тільки виживе, але й зможе перетнути всю Галактику Чумацький Шлях за секунду, а ті, хто не пройшов крізь червоточину… тисячі років проходити повз.
Мандрівник в часі серед нас
Але чи можливі подорожі в часі без червоточин? Якщо ви говорите про подорож у часі вперед, то так. Але для цього знадобиться неймовірна кількість енергії та швидкості. Раніше ми згадували про космонавтів у космосі. Космонавт Геннадій Падалка провів у космосі 879 днів. Повернувшись на Землю після 2,5 років перебування в космосі, Падалка опинився в майбутньому на 1/44 секунди. Він буквально подорожував у майбутнє, повернувшись на Землю. Тепер частка секунди не є неймовірною річчю, але це доказ того, що можна подорожувати вперед у часі, і Падалка тримає поточний рекорд мандрівників у часі. Однак слід пам’ятати, що космонавт рухався лише зі швидкістю 27 358 кілометрів на годину [17 000 миль на годину] і був не надто далеко від Землі на геостаціонарній орбіті.
Великий адронний колайдер
Але що сталося б, якби щось рухалося набагато швидше? Вчені використовували Великий адронний колайдер, щоб відправити субатомні частинки в майбутнє. Насправді прискорювач елементарних частинок має здатність рухати протони зі швидкістю 99,999999% від швидкості світла. З такою швидкістю відносний час протонів рухається приблизно в 6900 разів повільніше, ніж їхні стаціонарні люди-спостерігачі.
Подороржі з субсвітловою швидкістю
Чим далі і швидше ви віддаляєтеся від Землі, тим швидше час сповільниться для вас, але час залишиться незмінним для спостерігача на Землі. Наприклад, скажімо, ми хотіли відвідати Землю в 3000 році. Все, що вам потрібно зробити, це сісти на космічний корабель і подорожувати зі швидкістю 99,99 відсотка світла. І припустимо, що ваш пункт призначення – Kepler 186f, який знаходиться приблизно в 580 світлових роках від Землі. Якби наші астронавти рухалися зі швидкістю, близькою до світла, їм знадобилося б приблизно 580 років, щоб дістатися до цієї мети. Після прибуття, швидкого перекусу відпочинку і туалету наші астронавти повертаються на Землю, що займе ще 580 років. Загалом ми очікуємо 1160 років для подорожі туди й назад. Ви можете подумати: «наші астронавти не проживуть достатньо довго для цієї подорожі».
Ну, ось приголомшлива річ про затягування часу. Оскільки космічний екіпаж рухався так швидко, уповільнення часу їхньої подорожі не здалося б їм тисячею років, оскільки їхній внутрішній годинник уповільнився до 1/100 темпу годинника на Землі. Екіпаж космічного корабля старіє лише на 10 років, тому що вони мчать у космосі, тоді як для нас минуло б більше тисячоліття.
Повернення із зірок
Станіслав Лем
Отже, ви бачите, що можна подорожувати в часі в майбутнє, але зараз величезні інженерні перешкоди дивляться нам прямо в очі. По-перше, ми навіть не наближаємося до того, щоб мати будь-який вид космічного корабля, який може подорожувати зі швидкістю світла. Звичайно, нам потрібно знайти рішення для головної перешкоди, яка полягає в тому, щоб з’ясувати, як використовувати неймовірну кількість енергії, необхідної для розгону корабля до швидкості світла. Людству ще належить пройти довгий шлях, щоб повністю зрозуміти час і гравітацію.
Можливо, одного разу ми зрозуміємо, як рухатися зі швидкістю світла, або колись ми зможемо виявити й знайти червоточину, яка знаходиться досить близько від нас, і відправити через неї астронавтів до дізнайтеся, що на іншому боці.