Mitä lukea: Lyhyitä vastauksia suuriin kysymyksiin on Stephen Hawkingin uusin kirja

2024 Kirjoittaja: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 03:55

Ote suuren tiedemiehen työstä siitä, onko aikamatkailu mahdollista.

Aikamatkustukseen liittyy läheisesti kyky siirtyä nopeasti avaruuden pisteestä toiseen. Kuten aiemmin sanoin, Einstein osoitti, että avaruusaluksen kiihdyttämiseen lähes valonopeuteen tarvitaan äärettömän voimakas suihkun työntövoima. Joten ainoa tapa liikkua galaksin osasta toiseen kohtuullisessa ajassa on pystyä taittamaan aika-avaruus siten, että muodostuu pieni putki eli "madonreikä". Se voi yhdistää kaksi Galaxyn osaa ja toimia lyhimpänä poluna niiden välillä; voit lentää edestakaisin ja silti saada kaikki ystäväsi elossa. Tällaisia "madonreikiä" pidettiin vakavasti mahdollisuutena tulevaisuuden sivilisaatiolle. Jos onnistut siirtymään Galaxyn osasta toiseen parissa viikossa, voit palata toisen "reiän" kautta - samaan aikaan ennen kuin lähdet tielle. Mikään ei myöskään estä sinua matkustamasta eteenpäin ja palaamasta menneisyyteen yhden "madonreiän" kautta, jos sen molemmat päät liikkuvat suhteessa toisiinsa.

Voimme sanoa, että "madonreiän" luomiseksi on välttämätöntä taivuttaa aika-avaruus päinvastaiseen suuntaan kuin se, johon tavallinen aine taivuttaa sen. Tavallinen aine taivuttaa aika-avaruutta itseään kohti, kuten Maan pinta. Mutta "madonreiän" luominen vaatii ainetta, joka taivuttaa aika-avaruutta vastakkaiseen suuntaan, kuten satulan pinta. Sama pätee kaikkiin muihin aika-avaruuden kaareviin menneisyyteen, ellei maailmankaikkeus ole niin kaareva, että sillä on jo aikamatkustuskyky. Vain tässä tapauksessa tarvitset ainetta, jolla on negatiivinen massa ja negatiivinen energiatiheys.

Energia on kuin rahaa. Jos sinulla on positiivinen saldo pankissa, voit käyttää rahat haluamallasi tavalla. Klassisten lakien mukaan, joita pidettiin viime aikoihin asti muuttumattomina, tilinylitys ei kuitenkaan ole sallittua energiaa käytettäessä.

Klassiset lait tekevät mahdottomaksi taivuttaa maailmankaikkeutta niin, että aikamatkailu tulee mahdolliseksi. Mutta klassiset lait kumoavat kvanttiteorian - toisen yleisen suhteellisuusteorian jälkeen, suuri älyllinen vallankumous universumin ymmärtämisessä. Kvanttiteoria on joustavampi ja sallii joissain tapauksissa tilinylityksen. Pankin pitäisi kuitenkin olla meille ystävällinen. Toisin sanoen kvanttiteoria sallii negatiivisen energiatiheyden joissakin paikoissa, jos annat positiivisen tiheyden toisissa.

Kvanttiteoria sallii negatiivisen energiatiheyden, koska se perustuu epävarmuuden periaatteeseen. Ja hän väittää, että joillakin ominaisuuksilla, kuten hiukkasen sijainnilla ja nopeudella, ei voi samanaikaisesti olla tarkasti mitattuja arvoja. Mitä tarkemmin hiukkasen sijainti määritetään, sitä suurempi on sen nopeuden epävarmuus ja päinvastoin. Epävarmuusperiaate koskee myös kenttiä - esimerkiksi sähkömagneettista tai gravitaatiokenttää. Hän väittää, että näillä kentillä ei voi olla nolla-arvoa, vaikka uskomme, että tilaa on tyhjä. Tosiasia on, että jos niiden arvot ovat yhtä suuret kuin nolla, tämä tarkoittaa, että niillä on oltava hyvin määritelty sijainti, joka on yhtä suuri kuin nolla, ja hyvin määritelty nopeus, joka on yhtä suuri kuin nolla. Ja tämä on epävarmuuden periaatteen vastaista. Tämä tarkoittaa, että kentillä on oltava pieni vaihtelu. Voidaan kuvitella ns. tyhjiön vaihtelut hiukkas- ja antihiukkasparien muodossa, jotka yhtäkkiä nousevat, erottuvat, sitten sulautuvat uudelleen ja tuhoutuvat, tuhoavat toisensa.

Tällaisia hiukkaspareja - antihiukkasia pidetään virtuaalisina, koska niitä ei voida suoraan havaita hiukkasilmaisimen avulla. Mutta epäsuora vaikutus voidaan havaita. Tätä varten käytetään niin kutsuttua Casimir-efektiä. Yritä kuvitella kaksi yhdensuuntaista metallilevyä lyhyen välimatkan päässä toisistaan. Levyt toimivat virtuaalisten hiukkasten ja antihiukkasten peileinä. Tämä tarkoittaa, että levyjen välinen tila näyttää urkuputkelta, vain se lähettää tietyn resonanssitaajuuden valoaaltoja. Tuloksena käy ilmi, että levyjen välillä esiintyy tietty määrä kvanttivaihteluja, jotka eroavat niiden takana tapahtuvasta, missä näillä vaihteluilla voi olla mikä tahansa aallonpituus. Ero virtuaalihiukkasten lukumäärässä levyjen ja ulkopuolen välillä tarkoittaa, että levyt ovat enemmän paineen alaisia toiselta puolelta kuin toiselta. Syntyy pieni voima, joka tuo levyt lähemmäksi toisiaan. Tämä voima voidaan mitata kokeellisesti. Joten virtuaalipartikkelit ovat olemassa todellisuudessa ja niillä on todellinen vaikutus.

Koska levyjen välissä on vähemmän virtuaalisia hiukkasia eli kvanttivaihteluja tyhjiössä, on myös energiatiheys täällä pienempi kuin ympäröivässä tilassa. Mutta tyhjän tilan energiatiheyden suurella etäisyydellä levyistä tulisi olla nolla. Muuten aika-avaruus on kaareva eikä universumi ole täysin tasainen. Tämä tarkoittaa, että levyjen välisen alueen energiatiheyden tulee olla negatiivinen.

Kokeellisesti todistettu valon taipuma osoittaa, että aika-avaruus on kaareva, ja Casimir-ilmiö vahvistaa, että kaarevuus voi olla negatiivinen. Ja saattaa näyttää siltä, että tieteen ja tekniikan kehittyessä pystymme luomaan "madonreikiä" tai taivuttamaan tilaa ja aikaa jollain muulla tavalla, jotta voimme matkustaa menneisyyteen. Mutta tässä tapauksessa syntyy väistämättä useita kysymyksiä ja ongelmia.

Esimerkiksi: jos aikamatkustus tulee mahdolliseksi tulevaisuudessa, miksi kukaan ei ole palannut luoksemme tulevaisuudesta ja kertonut meille, miten se tehdään.

Vaikka olisi hyviä syitä pitää meidät pimeässä, ihmisten on luonnostaan vaikea uskoa, ettei kukaan halua ilmestyä ja paljastaa meille takapajuisille talonpojille aikamatkustuksen salaisuutta. Tietysti jotkut väittävät, että vieraita tulevaisuudesta vierailee jo meillä - he lentävät UFOilla, ja hallitukset ovat mukana jättimäisessä salaliitossa näiden tosiseikkojen peittämiseksi käyttääkseen vieraiden mukanaan tuomaa tieteellistä tietoa. Voin sanoa vain yhden asian: jos hallitukset salaavat jotain, ne eivät silti pysty hyödyntämään muukalaisilta saatua hyödyllistä tietoa. Olen hyvin skeptinen "salaliittoteorian" suhteen ja pidän uskottavampaa "sotkuteoriaa". UFO-raportit eivät voi liittyä yksinomaan muukalaisiin, koska ne ovat keskenään ristiriitaisia. Mutta jos myönnämme, että jotkin näistä havainnoista ovat vain virheitä tai hallusinaatioita, eikö ole loogisempaa myöntää, että ne ovat, kuin uskoa, että meillä vierailee vieraita tulevaisuudesta tai muualta galaksia? Jos nämä vieraat todella haluavat asuttaa maapallon tai varoittaa meitä jostain vaarasta, he ovat erittäin tehottomia.

On olemassa tapa sovittaa ajatus aikamatkasta siihen tosiasiaan, ettemme ole koskaan tavanneet vieraita tulevaisuudesta. Voimme sanoa, että tällainen matkustaminen tulee mahdolliseksi vasta tulevaisuudessa. Menneisyytemme aika-avaruus on kiinteä, koska tarkkailimme sitä ja huomasimme, että se ei ollut tarpeeksi kaareva, jotta voisimme matkustaa ajassa taaksepäin. Ja tulevaisuus on avoin, joten jonain päivänä opimme taivuttamaan aika-avaruutta ja saamme mahdollisuuden matkustaa ajassa. Mutta koska voimme taivuttaa aika-avaruutta vasta tulevaisuudessa, emme voi palata siitä nykyhetkeemme tai vielä aikaisemmin.

Tällainen kuva saattaa hyvinkin selittää, miksi emme koe tulevaisuuden matkailijoiden tulvaa. Mutta se jättää silti tilaa monille paradokseille. Oletetaan, että on mahdollisuus lentää avaruusaluksella ja palata ennen lennon alkua. Mikä estää sinua räjäyttämästä rakettia laukaisupaikalla ja sulkee siten pois mahdollisuuden tällaiseen lennon itsellesi? On muitakin yhtä paradoksaalisia versioita: esimerkiksi palata ajassa taaksepäin ja tappaa vanhempasi ennen syntymääsi. Tähän on kaksi mahdollista ratkaisua.

Yhtä asiaa kutsuisin johdonmukaiseksi historialliseksi lähestymistavaksi. Tässä tapauksessa fysikaalisiin yhtälöihin voidaan löytää johdonmukainen ratkaisu - vaikka aika-avaruus on kaareva siinä määrin, että se on mahdollista matkustaa menneisyyteen. Tästä näkökulmasta katsottuna et voi valmistaa rakettia matkustamaan menneisyyteen, jos et ole palannut siihen etkä ole pystynyt räjäyttämään laukaisualustaa. Tämä on peräkkäinen kuva, mutta se sanoo, että olemme täysin päättäväisiä: emme pysty muuttamaan ajatuksiamme. Tämä on liikaa vapaalle tahdolle.

Toinen ratkaisu, jota kutsun vaihtoehtoisen historian lähestymistavaksi. Sitä puolusti fyysikko David Deutsch, ja luultavasti tarkoittivat sitä Paluu tulevaisuuteen -elokuvan luojat. Tällä lähestymistavalla yhdessä vaihtoehtoisessa historiassa ei ole paluuta tulevaisuudesta ennen raketin laukaisua, eikä näin ollen ole mahdollisuutta räjäyttää sitä. Mutta kun matkustaja palaa tulevaisuudesta, hän löytää itsensä toisesta vaihtoehtoisesta historiasta. Siinä ihmiskunta tekee uskomattomia ponnisteluja rakentaakseen avaruusaluksen, mutta ennen kuin se lähtee toisesta galaksin osasta, samanlainen alus ilmestyy ja tuhoaa rakennetun.

David Deutsch pitää parempana vaihtoehtoista historiallista lähestymistapaa historian moninaisuuden käsitteeseen, jonka esitti fyysikko Richard Feynman. Hänen ajatuksensa on, että kvanttiteorian mukaan universumilla ei ole ainutlaatuista ja ainutlaatuista historiaa.

Universumissa on kaikkia mahdollisia tarinoita, jokaisella on oma todennäköisyysasteensa.

Tarinan, jossa Lähi-idässä vallitsee vakaa rauha, pitäisi olla mahdollista, mutta tällaisen tarinan todennäköisyys on mitä todennäköisimmin pieni.

Joissakin tarinoissa aika-avaruus on vääntynyt, jotta esineet, kuten raketit, voivat palata menneisyyteensä. Mutta jokainen tarina on kiinteä ja itseriittoinen, ja se kuvaa paitsi kaarevaa aika-avaruutta, myös kaikkia siinä olevia esineitä. Siksi raketti, joka palaa, ei voi päästä toiseen vaihtoehtoiseen historiaan. Se pysyy samassa tarinassa, jonka on oltava johdonmukaista. Ja minä, toisin kuin Deutsch, uskon, että useiden tarinoiden ajatus tukee johdonmukaista historiallista lähestymistapaa vaihtoehtoisen historiallisen lähestymistavan sijaan.

Ilmeisesti emme pysty luopumaan johdonmukaisesta historiallisesta kuvasta. Tämä ei kuitenkaan välttämättä käsittele determinismin ja vapaan tahdon kysymyksiä, jos on hyvin pieni todennäköisyys tarinoihin, joissa aika-avaruus on kaareva niin, että aikamatkailu on mahdollista makroskooppisen mittakaavan ulkopuolella. Kutsun tätä kronologiseksi turvallisuushypoteesiksi: fysiikan lait on suunniteltu estämään aikamatkustus makroskooppisella tasolla.

Näyttää siltä, että jos aika-avaruus on lähes tarpeeksi kaareva mahdollistaakseen matkustamisen menneisyyteen, virtuaalihiukkasista voi tulla lähes todellisia hiukkasia, jotka liikkuvat suljettuja lentoratoja pitkin. Virtuaalihiukkasten tiheys ja niiden energia kasvavat merkittävästi, mikä tarkoittaa, että tällaisten tarinoiden todennäköisyys on hyvin pieni. Vaikka tämä on tulossa samankaltaiseksi kuin kronologisen suojeluviraston toiminta, joka pyrkii säilyttämään maailman historioitsijoille. Mutta tilan ja ajan kaarevuuden teema on vielä lapsenkengissään. M-teoriana tunnetun merkkijonoteorian yhdistävän muodon mukaan, jolla on suuria toiveita yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttiteorian yhdistämisestä, aika-avaruudella tulisi olla yksitoista ulottuvuutta, ei neljää, jota koemme.

Lopputulos on, että seitsemän näistä yhdestätoista ulottuvuudesta on rullattu niin pieneen tilaan, että emme huomaa sitä. Toisaalta loput neljä ulottuvuutta ovat käytännössä litteitä ja edustavat sitä, mitä kutsumme aika-avaruudeksi. Jos tämä kuva on oikea, pitäisi olla mahdollista jollakin tavalla yhdistää neljä litteää ulottuvuutta jäljellä oleviin seitsemään erittäin kaarevaan tai vääristyneen mittaan. Mitä tästä tulee, emme vielä tiedä. Mutta mahdollisuudet ovat jännittäviä.

Lopuksi sanon seuraavaa.

Nykyaikaiset konseptimme eivät sulje pois mahdollisuutta nopeaan avaruusmatkaan ja paluuta menneisyyteen. Tämä voi aiheuttaa valtavia loogisia ongelmia, joten toivotaan, että on olemassa jonkinlainen kronologinen turvallisuuslaki, joka estää ihmisiä palaamasta ajassa taaksepäin ja tappamasta vanhempiaan.

Mutta tieteiskirjallisuuden ystävien ei pitäisi olla järkyttynyt. M-teoria antaa toivoa.

Maailmankuulun fyysikon Stephen Hawkingin viimeinen teos, kirjatestamentti, jossa hän tiivistää ja puhuu tärkeimmistä kaikkia kiinnostavista aiheista.

Selviääkö ihmiskunta? Pitäisikö meidän olla niin aktiivisia avaruudessa? Onko jumalaa? Nämä ovat vain muutamia kysymyksiä, joihin yksi historian suurimmista mielistä vastasi viimeisessä kirjassaan.