คู่มือผู้เริ่มต้นเกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลา

ทุกคนทำได้เดินทางในเวลา- คุณทำไม่ว่าคุณจะต้องการหรือไม่ในอัตราคงที่หนึ่งวินาทีต่อวินาที คุณอาจคิดว่าไม่มีความคล้ายคลึงกับการเดินทางในหนึ่งในสามมิติเชิงพื้นที่ที่พูดหนึ่งฟุตต่อวินาที แต่ตามไอน์สไตน์'sทฤษฎีสัมพัทธภาพเราอาศัยอยู่ในความต่อเนื่องสี่มิติ-เวลาอวกาศ-ซึ่งพื้นที่และเวลาสามารถใช้แทนกันได้

Einstein พบว่ายิ่งคุณเคลื่อนที่ผ่านอวกาศเร็วขึ้นเท่าไหร่คุณก็จะเคลื่อนที่ช้าลง - คุณอายุมากขึ้นในคำอื่น ๆ หนึ่งในแนวคิดสำคัญในสัมพัทธภาพคือไม่มีอะไรสามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสง-ประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที (300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) หรือหนึ่งปีแสงต่อปี) แต่คุณสามารถเข้าใกล้ได้มาก หากยานอวกาศบินได้ที่ 99% ของความเร็วแสงคุณจะเห็นว่ามันเดินทางระยะทางปีที่ผ่านมาในเวลาเพียงหนึ่งปี

ชัดเจนพอ แต่ตอนนี้ก็เป็นส่วนที่แปลก สำหรับนักบินอวกาศออนบอร์ดนั้นยานอวกาศการเดินทางจะใช้เวลาเพียงเจ็ดสัปดาห์ มันเป็นผลมาจากสัมพัทธภาพที่เรียกว่าการขยายเวลาและผลก็หมายความว่านักบินอวกาศได้เพิ่มขึ้นประมาณ 10 เดือนในอนาคต

การเดินทางด้วยความเร็วสูงไม่ใช่วิธีเดียวที่จะทำให้การขยายเวลา ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าสนามแรงโน้มถ่วงมีผลคล้ายกัน - แม้แต่สนามที่ค่อนข้างอ่อนแอที่นี่บนพื้นผิวของโลก- เราไม่สังเกตเห็นเพราะเราใช้ชีวิตทั้งหมดที่นี่ แต่มากกว่า 12,400 ไมล์ (20,000 กิโลเมตร) แรงโน้มถ่วงสูงขึ้นนั้นอ่อนแอลงอย่างวัดได้และเวลาผ่านไปเร็วขึ้นประมาณ 45 ไมโครวินาทีต่อวัน นั่นสำคัญกว่าที่คุณคิดเพราะมันเป็นระดับความสูงที่ดาวเทียม GPSOrbit Earth และนาฬิกาของพวกเขาจะต้องซิงโครไนซ์อย่างแม่นยำกับแผ่นพื้นดินเพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างถูกต้อง

ดาวเทียมต้องชดเชยผลกระทบการขยายเวลาเนื่องจากทั้งระดับความสูงที่สูงขึ้นและความเร็วที่เร็วขึ้น ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่คุณใช้คุณสมบัติ GPS บนสมาร์ทโฟนหรือ satnav ของรถของคุณมีองค์ประกอบเล็ก ๆ ของการเดินทางข้ามเวลาที่เกี่ยวข้อง คุณและดาวเทียมกำลังเดินทางไปสู่อนาคตในอัตราที่แตกต่างกันเล็กน้อย

แต่สำหรับเอฟเฟกต์ที่น่าทึ่งยิ่งขึ้นเราต้องดูสนามแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งกว่าเช่นรอบ ๆรูดำซึ่งสามารถบิดเบือนเวลาอวกาศมากจนพับกลับมาเอง ผลที่ได้คือหนอนที่เรียกว่าเป็นแนวคิดที่คุ้นเคยจากภาพยนตร์ไซไฟ แต่จริงๆแล้วมีต้นกำเนิดมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ กหนอนเป็นทางลัดจากจุดหนึ่งในอวกาศถึงเวลาอื่น คุณเข้าสู่หลุมดำหนึ่งและโผล่ออกมาจากที่อื่นที่อื่น น่าเสียดายที่มันไม่ได้เป็นวิธีการขนส่งอย่างที่ฮอลลีวูดทำให้ดู นั่นเป็นเพราะแรงโน้มถ่วงของหลุมดำจะฉีกคุณเป็นชิ้น ๆ ในขณะที่คุณเข้าหามัน แต่มันเป็นไปได้ในทางทฤษฎีจริงๆ และเนื่องจากเรากำลังพูดถึงอวกาศ-เวลาไม่ใช่แค่อวกาศทางออกของหนอนอาจเป็นเวลาก่อนหน้านี้มากกว่าทางเข้า นั่นหมายความว่าคุณจะต้องจบลงในอดีตมากกว่าอนาคต

วิถีในเวลาอวกาศที่วนกลับเข้าไปในอดีตจะได้รับชื่อทางเทคนิค "เส้นโค้งปิด timelike" หากคุณค้นหาวารสารวิชาการที่จริงจังคุณจะพบการอ้างอิงมากมายกับพวกเขา - มากกว่าที่คุณจะพบว่า "การเดินทางข้ามเวลา" แต่นั่นคือสิ่งที่เส้นโค้งที่ปิด timelike เป็นเรื่องเกี่ยวกับ - การเดินทางข้ามเวลา

มีอีกวิธีหนึ่งในการผลิตเส้นโค้งแบบปิด timelike ที่ไม่เกี่ยวข้องกับอะไรที่ค่อนข้างแปลกใหม่เหมือนหลุมดำหรือหนอน: คุณแค่ต้องใช้กระบอกหมุนแบบง่าย ๆ ที่ทำจากวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง กระบอกสูบ Tipler ที่เรียกว่านี้ใกล้เคียงที่สุดที่ฟิสิกส์ในโลกแห่งความเป็นจริงสามารถไปยังเครื่องเวลาที่แท้จริงและแท้จริง แต่มันจะไม่ถูกสร้างขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริงเช่นเดียวกับหนอนมันเป็นความอยากรู้อยากเห็นทางวิชาการมากกว่าการออกแบบทางวิศวกรรมที่มีศักยภาพ

แต่สิ่งเหล่านี้อยู่ในแง่ของการปฏิบัติไม่มีเหตุผลทางวิทยาศาสตร์พื้นฐาน-ที่เรารู้ในปัจจุบัน-ที่บอกว่าพวกเขาเป็นไปไม่ได้ นั่นเป็นสถานการณ์ที่กระตุ้นความคิดเพราะในขณะที่นักฟิสิกส์มิชิโอคากุชอบพูดว่า "ทุกสิ่งที่ไม่ได้รับการห้ามห้ามนั้นเป็นภาคบังคับ" (ยืมมาจากนวนิยายของ White "The Once and Future King") เขาไม่ได้หมายความว่าการเดินทางข้ามเวลาจะต้องเกิดขึ้นทุกที่ตลอดเวลา แต่ Kaku กำลังแนะนำว่าจักรวาลนั้นกว้างใหญ่มากมันควรจะเกิดขึ้นที่ไหนสักแห่งอย่างน้อยบางครั้ง บางทีอารยธรรมที่ทันสมัยที่สุดในกาแลคซีอีกแห่งหนึ่งรู้วิธีสร้างเครื่องจับเวลาทำงานหรือบางทีเส้นโค้งที่ปิด timelike อาจเกิดขึ้นตามธรรมชาติภายใต้เงื่อนไขที่หายากบางอย่าง

สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาที่แตกต่าง - ไม่ใช่วิทยาศาสตร์หรือวิศวกรรม แต่อยู่ในตรรกะพื้นฐาน หากกฎการเดินทางข้ามเวลาได้รับอนุญาตสถานการณ์ที่ขัดแย้ง- สิ่งเหล่านี้บางอย่างดูเหมือนจะไร้เหตุผลจนยากที่จะจินตนาการว่าพวกเขาจะเกิดขึ้นได้ แต่ถ้าพวกเขาทำไม่ได้อะไรจะหยุดพวกเขา?

ความคิดเช่นนี้ได้รับแจ้งสตีเฟ่นฮอว์คิงซึ่งมักจะสงสัยเกี่ยวกับความคิดของการเดินทางข้ามเวลาในอดีตที่จะเกิดขึ้นกับ "การคาดเดาการป้องกันเหตุการณ์" ของเขา-ความคิดที่ว่ากฎบางอย่างที่ยังไม่ได้รับของฟิสิกส์ป้องกันไม่ให้เส้นโค้งที่ปิด timelike เกิดขึ้น แต่การคาดเดานั้นเป็นเพียงการคาดเดาที่มีการศึกษาและจนกว่าจะได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานที่ยากลำบากเราสามารถสรุปได้เพียงครั้งเดียว: การเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้

ปาร์ตี้สำหรับนักเดินทางข้ามเวลา

ฮอว์คิงสงสัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลาในอดีตไม่ใช่เพราะเขาหักล้างมัน แต่เพราะเขาถูกรบกวนจากความขัดแย้งเชิงตรรกะที่สร้างขึ้น ในการคาดเดาการป้องกันเหตุการณ์ของเขาเขาคาดการณ์ว่านักฟิสิกส์จะค้นพบข้อบกพร่องในทฤษฎีของเส้นโค้งที่ปิด timelike ปิดซึ่งทำให้พวกเขาเป็นไปไม่ได้

ในปี 2009 เขาได้มาพร้อมกับวิธีที่น่าขบขันในการทดสอบการคาดเดานี้ ฮอว์คิงจัดงานปาร์ตี้แชมเปญ (แสดงในโปรแกรม Discovery Channel ของเขา) แต่เขาโฆษณาเพียงหลังจากที่มันเกิดขึ้น เหตุผลของเขาคือถ้าในที่สุดเครื่องจักรก็กลายเป็นจริงใครบางคนในอนาคตอาจอ่านเกี่ยวกับงานปาร์ตี้และเดินทางกลับเพื่อเข้าร่วม แต่ไม่มีใครทำ - ฮอว์คิงนั่งตลอดทั้งคืนด้วยตัวเขาเอง สิ่งนี้ไม่ได้พิสูจน์ว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นไปไม่ได้ แต่ก็แนะนำว่ามันไม่เคยกลายเป็นเรื่องธรรมดาที่เกิดขึ้นที่นี่บนโลก

ลูกศรของเวลา

หนึ่งในสิ่งที่โดดเด่นเกี่ยวกับเวลาคือมันมีทิศทาง - จากอดีตไปสู่อนาคต กาแฟร้อนหนึ่งถ้วยที่อุณหภูมิห้องพักจะเย็นลงเสมอ มันไม่เคยร้อนแรง โทรศัพท์มือถือของคุณสูญเสียการชาร์จแบตเตอรี่เมื่อคุณใช้ มันไม่เคยได้รับค่าใช้จ่าย นี่คือตัวอย่างของเอนโทรปีโดยพื้นฐานแล้วการวัดปริมาณของ "ไร้ประโยชน์" ซึ่งตรงข้ามกับพลังงาน "มีประโยชน์" เอนโทรปีของระบบปิดจะเพิ่มขึ้นเสมอและเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดลูกศรของเวลา

ปรากฎว่าเอนโทรปีเป็นสิ่งเดียวที่ทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างอดีตและอนาคต ในสาขาวิชาฟิสิกส์อื่น ๆ เช่นทฤษฎีสัมพัทธภาพหรือควอนตัมเวลาไม่ได้มีทิศทางที่ต้องการ ไม่มีใครรู้ว่าลูกศรของเวลามาจากไหน อาจเป็นไปได้ว่ามันใช้กับระบบขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนเท่านั้นซึ่งในกรณีนี้อนุภาค subatomic อาจไม่ได้สัมผัสกับลูกศรของเวลา

Time Travel Paradox

หากเป็นไปได้ที่จะย้อนกลับไปสู่อดีต-แม้แต่ในทางทฤษฎี-มันทำให้เกิดความขัดแย้งในสมองหลายครั้งเช่นปู่- แม้กระทั่งนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาก็พบว่าน่างงงวยมาก

ฆ่าฮิตเลอร์

นักเดินทางข้ามเวลาอาจตัดสินใจกลับไปฆ่าเขาในวัยเด็ก หากพวกเขาประสบความสำเร็จหนังสือประวัติศาสตร์ในอนาคตจะไม่พูดถึงฮิตเลอร์ดังนั้นผู้เดินทางข้ามเวลาจะต้องย้อนเวลากลับไปและฆ่าเขา?

ฆ่าปู่ของคุณ

แทนที่จะฆ่าฮิตเลอร์หนุ่มคุณอาจฆ่าบรรพบุรุษของคุณเองเมื่อพวกเขายังเด็กมาก แต่คุณจะไม่เกิดมาดังนั้นคุณจึงไม่สามารถเดินทางย้อนเวลากลับไปเพื่อฆ่าพวกเขาดังนั้นคุณจะเกิดมาหลังจากทั้งหมดและอื่น ๆ ...

วงปิด

สมมติว่าแผนสำหรับเครื่องไทม์แมชชีนปรากฏขึ้นจากอากาศบาง ๆ บนโต๊ะทำงานของคุณ คุณใช้เวลาสองสามวันในการสร้างมันจากนั้นใช้เพื่อส่งแผนกลับไปยังตัวตนก่อนหน้าของคุณ แต่แผนเหล่านั้นมาจากไหน? ไม่มีที่ไหนเลย - พวกเขากำลังวนรอบและรอบเวลา