Is tijdreizen mogelijk?

ANDRZEJ WOJCICKI / FOTOBIBLIOTHEEK VAN DE WETENSCHAP / Getty Images

Verhalen over reizen naar het verleden en de toekomst hebben lang tot onze verbeelding gesproken, maar de vraag of tijdreizen mogelijk is, is een netelige vraag die de kern raakt van het begrijpen wat natuurkundigen bedoelen als ze het woord 'tijd' gebruiken.

De moderne natuurkunde leert ons dat tijd een van de meest mysterieuze aspecten van ons universum is, hoewel het op het eerste gezicht eenvoudig lijkt. Einstein zorgde voor een revolutie in ons begrip van het concept, maar zelfs met dit herziene begrip denken sommige wetenschappers nog steeds na over de vraag of tijd bestaat echt of dat het slechts een 'koppig hardnekkige illusie' is (zoals Einstein het ooit noemde). Wat de tijd ook is, natuurkundigen (en fictieschrijvers) hebben een aantal interessante manieren gevonden om het te manipuleren om te overwegen het op onorthodoxe manieren te doorkruisen.

Tijd en relativiteit

Hoewel verwezen in HG Wells' De tijdmachine (1895) kwam de eigenlijke wetenschap van tijdreizen pas tot ver in de twintigste eeuw tot stand als neveneffect van Albert Einstein 's theorie van algemene relativiteitstheorie (ontwikkeld in 1915). Relativiteit beschrijft het fysieke weefsel van het universum in termen van een 4-dimensionale ruimtetijd, die drie ruimtelijke dimensies omvat (omhoog/omlaag, links/rechts en voor/achter) samen met één tijdsdimensie. Volgens deze theorie, die in de afgelopen eeuw door talloze experimenten is bewezen, is zwaartekracht het resultaat van het buigen van deze ruimtetijd als reactie op de aanwezigheid van materie. Met andere woorden, gegeven een bepaalde configuratie van materie, kan de werkelijke ruimtetijdstructuur van het universum op significante manieren worden gewijzigd.

Een van de verbazingwekkende gevolgen van relativiteit is dat beweging kan resulteren in een verschil in de manier waarop de tijd verstrijkt, een proces dat bekend staat als: tijdsdilatatie . Dit komt het meest dramatisch tot uiting in de klassieker Tweelingparadox . Bij deze methode van 'tijdreizen' kun je sneller dan normaal de toekomst ingaan, maar er is niet echt een weg terug. (Er is een kleine uitzondering, maar daarover later in het artikel meer.)

Vroegtijdig reizen

In 1937 paste de Schotse natuurkundige W.J. van Stockum voor het eerst de algemene relativiteitstheorie toe op een manier die de deur opende voor tijdreizen. Door de algemene relativiteitsvergelijking toe te passen op een situatie met een oneindig lange, extreem dichte roterende cilinder (een soort eindeloze barbershop-paal). De rotatie van zo'n massief object creëert in feite een fenomeen dat bekend staat als 'frame dragging', dat wil zeggen dat het de ruimtetijd met zich meesleept. Van Stockum ontdekte dat je in deze situatie een pad in 4-dimensionale ruimtetijd kon creëren dat op hetzelfde punt begon en eindigde - iets dat een gesloten tijdachtige curve - wat het fysieke resultaat is dat tijdreizen mogelijk maakt. Je kunt vertrekken in een ruimteschip en een pad bewandelen dat je terugbrengt naar exact hetzelfde moment waarop je begon.

Hoewel het een intrigerend resultaat was, was dit een redelijk gekunstelde situatie, dus er was niet echt veel zorg over dat het zou plaatsvinden. Er zou echter een nieuwe interpretatie komen, die veel controversiëler was.

In 1949 besloot de wiskundige Kurt Godel - een vriend van Einstein en een collega aan het Institute for Advanced Study van Princeton University - een situatie aan te pakken waarin het hele universum draait. In de oplossingen van Godel was tijdreizen eigenlijk toegestaan ​​door de vergelijkingen als het universum zou draaien. Een roterend universum zou zelf kunnen functioneren als een tijdmachine.

Als het universum zou draaien, zouden er manieren zijn om het te detecteren (lichtstralen zouden bijvoorbeeld buigen als het hele universum zou draaien), en tot nu toe is het bewijs overweldigend sterk dat er geen soort universele rotatie is. Dus nogmaals, tijdreizen wordt uitgesloten door deze specifieke reeks resultaten. Maar het feit is dat dingen in het universum wel draaien, en dat opent weer de mogelijkheid.

Tijdreizen en zwarte gaten

In 1963 gebruikte de Nieuw-Zeelandse wiskundige Roy Kerr de veldvergelijkingen om een ​​roterende zwart gat , een Kerr zwart gat genoemd, en ontdekte dat de resultaten een pad door a wormgat in het zwarte gat, de singulariteit in het midden missend, en aan de andere kant uitkomen. Dit scenario maakt ook gesloten tijdachtige curven mogelijk, zoals theoretisch natuurkundige Kip Thorne jaren later besefte.

In het begin van de jaren tachtig, terwijl Carl Sagan aan zijn roman uit 1985 werkte Contact , benaderde hij Kip Thorne met een vraag over de fysica van tijdreizen, wat Thorne inspireerde om het concept van het gebruik van een zwart gat als middel voor tijdreizen te onderzoeken. Samen met de natuurkundige Sung-Won Kim realiseerde Thorne zich dat je (in theorie) een zwart gat zou kunnen hebben met een wormgat dat het verbindt met een ander punt in de ruimte dat opengehouden wordt door een of andere vorm van negatieve energie.

Maar alleen omdat je een wormgat hebt, wil nog niet zeggen dat je een tijdmachine hebt. Laten we nu aannemen dat je het ene uiteinde van het wormgat (het 'beweegbare uiteinde') zou kunnen verplaatsen. Je plaatst het beweegbare uiteinde op een ruimteschip en schiet het bijna de ruimte in lichtsnelheid . Tijdsvertraging treedt in werking en de tijd die wordt ervaren door het beweegbare uiteinde is veel minder dan de tijd die wordt ervaren door het vaste uiteinde. Laten we aannemen dat je het beweegbare uiteinde 5.000 jaar naar de toekomst van de aarde verplaatst, maar het beweegbare uiteinde 'veroudert' slechts 5 jaar. Dus je vertrekt bijvoorbeeld in 2010 na Christus en komt aan in 7010 na Christus.

Als je echter door het beweegbare uiteinde reist, spring je in 2015 na Christus uit het vaste uiteinde (sinds 5 jaar zijn verstreken op aarde). Wat? Hoe werkt dit?

Het feit is dat de twee uiteinden van het wormgat met elkaar verbonden zijn. Hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn, in de ruimtetijd zijn ze in wezen nog steeds 'nabij' elkaar. Aangezien het beweegbare uiteinde slechts vijf jaar ouder is dan toen het wegging, zal je er doorheen gaan om terug te keren naar het gerelateerde punt op het vaste wormgat. En als iemand uit 2015 AD Earth door het vaste wormgat stapt, zouden ze in 7010 AD uit het beweegbare wormgat komen. (Als iemand in 2012 na Christus door het wormgat zou stappen, zou hij ergens in het midden van de reis op het ruimteschip belanden, enzovoort.)

Hoewel dit de fysiek meest redelijke beschrijving van een tijdmachine is, zijn er nog steeds problemen. Niemand weet of er wormgaten of negatieve energie bestaan, noch hoe ze op deze manier in elkaar te zetten als ze wel bestaan. Maar het is (in theorie) mogelijk.