Bevegelser gjennom rom og tid

Mennesket drives alltid av en lengsel etter det ukjente, og det har til og med en spesiell nevrotransmitter – dopamin, som er et kjemisk motiv for å tilegne seg informasjon. Hjernen trenger stadig en strøm av nye data, og selv om disse dataene kanskje ikke er nødvendige for overlevelse – så har mekanismen utviklet seg, og det ville være synd å ikke bruke den.

I artikkelen nedenfor vil jeg oppsummere vitenskapelig-fantasifulle måter å reise til fjerne stjerner og galakser, tilgjengelig for tiden innenfor rammene av vitenskapelige teorier og hypoteser.

Overfor universet fremstår de fleste menneskelige sysler som ubetydelige, til og med trivialiteter. Carl Sagan, 1980.

Hver enkelt av oss har i det minste en gang i livet løftet blikket mot himmelen en varm sommerkveld og sett på stjernene. Dypt i universet er det som trekker oss og får oss til å føle ærefrykt – for noen, bare midlertidig, mens for andre varer det livet ut.

Hva er der ute? Er det liv der? Og hvilke underverker kan eksistere på disse utallige verdener?

Selvfølgelig, den eneste måten å komme dit og finne ut er å forflytte seg gjennom rom-tid til disse fjerne stjernene, planetene, tåkeskyene og til og med – GALAKSENE.

Men akk, tiden er ikke den rette. Det eneste stedet våre teknologier for forflytning har nådd, er rett utenfor solsystemet, takket være de automatiske sonder fra 'Voyager'-prosjektet, av hvilken Voyager-1 ble sendt opp i 1977!

Men for å snakke seriøst om andre verdener, trenger vi hastigheter som minst tilsvarer lysets hastighet, og ideelt sett – overlys.

Hva hindrer oss?

Her er det enkelt – det er bare fysikkens lover, de fundamentale.

Kausalitetsprinsippet

Essensen er at en effekt ikke kan komme før sin årsak. Ingen har noen gang observert at, for eksempel, en and falt død om først, og deretter avfyrte jegeren. Ved hastigheter som overstiger C, blir rekkefølgen av hendelser reversert, og tidens bånd spoles tilbake. Dette kan lett bekreftes gjennom følgende enkle resonnement.

La oss anta at vi befinner oss på et romskip som beveger seg raskere enn lyset. Da ville vi gradvis innhentet lyset som ble sendt ut fra en kilde i stadig tidligere tidspunkter. Først ville vi innhentet fotonene som ble sendt ut, for eksempel i går, deretter de som ble sendt ut dagen før, så for en uke, en måned, et år siden, og så videre. Hvis lyskilden var et speil som reflekterer livet, ville vi først sett hendelser fra i går, så dagen før det, og så videre. Vi kunne ha sett, for eksempel, en gammel mann som gradvis blir til en middelaldrende mann, deretter en ung mann, en gutt, et barn… Det vil si at tiden ville snudd, og vi ville beveget oss fra nåtiden til fortiden. Årsaker og virkninger ville dermed byttet plass.

Begrensningene til gamle Albert

(Den spesielle relativitetsteorien)

I tillegg til problemet med årsakssammenhenger har naturen stilt enda strengere betingelser: det er ikke bare umulig å bevege seg raskere enn lyset, men også med lysfarten — man kan bare nærme seg. Fra relativitetsteorien følger det at ved økt hastighet oppstår tre forhold: massen til det bevegelige objektet øker, størrelsen i bevegelsesretningen minker, og tidens gang for dette objektet (sett fra en ekstern «stående» observatør) bremser. Ved vanlige hastigheter er disse endringene ubetydelige, men etter hvert som man nærmer seg lysets hastighet blir de mer og mer merkbare, og i grensen — ved hastigheten lik C — blir massen uendelig stor, objektet taper helt sin størrelse i bevegelsesretningen, og tiden stoppes . Derfor kan ingen materielt legeme oppnå lysfarten. Bare selve lyset har en slik hastighet! (Og også den «allestedsnærværende» delen — neutrinoet, som, i likhet med fotonet, ikke kan bevege seg med en hastighet som er lavere enn C.Generelt, bortsett fra det som er beskrevet ovenfor, er det mange problemer, for eksempel ved nærlyshastighet, når et objekt med masse 1 kg kolliderer med et sandkorn, frigjøres det en mengde energi som er nok til å forvandle 10 tusen tonn stål til damp på 1 sekund. Hvis dette sammenlignes med den virkelige massen til romskipet, vil sprengkraften være lik eller overstige kraften til kjerneprosessene som skjer på solen.

Generelt er det mange flere problemer enn det som er beskrevet ovenfor, for eksempel ved nærliggende lysfart, ved kollisjon av et objekt med masse 1 kg med et sandkorn, frigjøres en så stor mengde energi at det kan gjøre 10 000 tonn stål til damp på 1 sekund. Hvis man sammenligner dette med den virkelige massen av romskipet, vil eksplosjonskraften være lik eller overstige kraften fra kjernefysiske prosesser som skjer på solen.

Men den kloke går ikke opp i fjellet, den kloke går rundt fjellet, for lover er der for å bli brutt... jeg tuller, du kan ikke bryte lovene, men vitenskapelig fantasi (og relaterte emner) gir oss måter å forflytte oss på som lar oss omgå prinsippene for relativitet.

Metoder for overlysbevegelser i rom-tid

Einstein-Rosen-broer

Einstein-Rosen-broer, også kjent som ormehull, er kanskje de mest kjente metodene for interstellar reise — og de eksisterer sannsynligvis faktisk. Den generelle relativitetsteorien til Albert Einstein forutså eksistensen av ormehull, selv om de ennå ikke har blitt oppdaget.

For å si det enkelt, er en Einstein-Rosen-bro en tunnel i rommet forårsaket av deformering av rom-tid. Massive objekter som stjerner eller sorte hull krummer tid og rom, som en bowlingkule krummer en trampoline. Et tilstrekkelig massivt objekt kan bøye rom-tid så mye at det skaper en forbindelse mellom to punkter som vanligvis er langt fra hverandre.

Tenk deg et papirark med to punkter på det. Du må komme deg fra ett punkt til et annet, og hvis du beveger deg strengt over papiroverflaten, vil denne "reisen" ta tid. Men hvis du bretter arket slik at punktene overlapper og stikker det med en blyant, kan du bruke blyanten som en tunnel (eller bro) og redusere avstanden mellom punktene betydelig.

Inngangen til ormehullet har ofte blitt fremstilt som en tunnelinngang, noe som gir mening med tanke på navnet. Men dette er en misforståelse. Filmen "Interstellar" viser dette korrekt — sett fra observatørens perspektiv i tre dimensjoner, bør ormehullet se ut som en kule.

Ormehull er en fristende metode for å utføre interstellar reiser, fordi de ikke krever at du overskrider lysets hastighet. Fysikken forteller oss at ingenting kan bevege seg raskere enn lys. Men med ormehull kan man krysse enorme interstellar avstander uten å bryte denne loven.

Warp-motor

Warp, FTL-teknologi som for øyeblikket har reelle sjanser å bli realisert. Warp kan med trygghet kalles den mest realistiske måten å reise over lysets hastighet, blant alt som er kjent. Selv om det fortsatt kun finnes som formler på papir. Det handler om Alcubierre-motoren.

Prinsippet er basert på hvordan man kan omgå Spesielle Relativitetsteorien, som postulerer at ingenting i rommet kan bevege seg raskere enn lysets hastighet. «Stien» ligger i det at denne postulatet ikke gjelder for selve rommet, som kan komprimeres og utvides under ulike påvirkninger, for eksempel gravitasjonsfeltet. Warp-motoren komprimerer rommet foran romskipet og utvider det bak romskipet, og dermed flytter den en boble av vanlig rom sammen med romskipet fremover.

I Star Trek-universet oppnår slike motorer ganske beskjedne hastigheter etter standardene for science fiction — Enterprise-reise ble begrenset til ett sektor i galaksen nær solsystemet (~1500 lysår), tok år å gjennomføre og etterlot mange hvite flekker og uutforskede områder.

Hyperspace

Nylig ble det tilgjengelig detaljerte eksperimentelle data. data fra romfartøyet WMAP om ujevnheter i temperaturen av den kosmiske bakgrunnsstrålingen, som er et av de viktigste objekt for observasjon i studiet av vårt univers. Under analysen av disse dataene ble det oppdaget en stor anomali i den vinkelmessige fordelingen av fluktuasjoner av den kosmiske bakgrunnsstrålingen på lave harmoniske. En av forklaringene på dette fenomenet er teorien om at topologien av vårt univers skiller seg fra en tredimensjonal overflate eller kule. Når man betrakter topologien av vårt univers som en dodekaeder, viser teoretiske beregninger seg å være nært beslektet med eksperimentelle data.

«En flat topologisk kompleks tre-dimensjonal univers kan bare bygges på grunnlag av terninger, parallelepipeder og sekskantede prismer. I tilfelle av krummet rom, har en bredere klasse av figurer disse egenskapene. Samtidig stemmer de mest nøyaktige målingene av de vinkelmessige spektre fra WMAP overens med modellen for et univers som har form som et dodekaeder.» Mikhail Prokhorov, doktor i fysikk og matematikk, ledende forsker ved avdelingen for relativistisk astrofysikk ved Sternberg Statsobservatorium.

Dermed indikerer teorier basert på praktiske data om bakgrunnsstråling muligheten for at det finnes et hyperspace hvor vår begrensede univers eksisterer. Imidlertid, selv om hyperspace eksisterer, kreves det en spesiell motor for å kunne bevege seg i dette rommet.

Tenk deg at du står overfor en dal, og du må komme deg til et punkt bak dalen. Siden du bare kan bevege deg på en flat overflate (i to-dimensjonalt rom), må du enten omgå hindringen eller gå ned i dalen, krysse den, og deretter klatre opp igjen. Men hvis du har en flyver som kan bevege seg i tre-dimensjonalt rom, kan du komme deg dit du skal i en rett linje.

I prinsippet har hyperspace en annen metrikk enn vanlig tre-dimensjonalt rom, og bevegelse i det minner om bevegelse i et ormehull, men tunnelene kan forbinde flere punkter som fører til vanlig tre-dimensjonalt rom. Dessuten vil selve bevegelsen i hyperspace visuelt avvike fra bevegelsen i et ormehull (til tross for vanlige illustrasjoner), ettersom den tre-dimensjonale strukturen av universet vil "omslutte" reisende inne i hyperspace-stien. Jeg tror at hvis dette er mulig, vil det være et virkelig fascinerende syn — synlige stjerner, tåker eller hele galaksehoper — sakte spre seg og strekke seg, og endre fargepaletten i løpet av skiftet til den kosmologiske røde sonen (?).

Ideen om hyperromsbevegelse blir, etter min mening, vellykket framstilt i filmen «Kontakt» fra 1997 (basert på romanen til Carl Sagan, filmen ble tildelt Hugo-prisen, og fikk 2. plass på listen over de mest troverdige science fiction-filmene ifølge NASA). I filmen skapte en enhet, hvis tegninger ble mottatt som signal fra en utenomjordisk sivilisasjon, manipuleringer med eksotisk energi og «sendte» en romkapsel med et menneske gjennom det indre rommet i en sfære. Det så ut til at kapselen falt inn i hyperrommet, i en allerede eksisterende «tunnel». Det viste seg at det finnes et enormt antall av disse tunnelene i hele galaksen, og alle er skapt av en eldre sivilisasjon. Det er ifølge en representant for rasen hvis signal ble fanget av hovedpersonen i filmen. Slik er det, folkens. Personlig plasserer jeg denne filmen høyt. Men som praksis viser, liker ikke alle den.

Usubstantial teleportering

Vi vet at den vanligste forklaringen på teleportering er øyeblikkelig flytting av et materiale objekt i rommet over vilkårlige avstander.
I denne konteksten kan vi også bruke ormehull, men det har vi allerede snakket om, så vi skal snakke om en prinsipielt annen vei.

Det som interesserer oss er teleportering av informasjon om stoffet, helt ned til et kvantisk bilde, tilstanden.

Prosessen er omtrent som følger: Kroppen din plasseres i en enhet på punkt A, som skanner deg ned til subatomære partikler og deres kvantetilstand, og deretter digitaliserer kopien av deg. Etter dette overføres kvantetilstanden som en enhetlig strøm gjennom standard kommunikasjonskanaler. Men her er det et problem – det er et forbud mot superluminal datatransmisjon i henhold til SRT. På den annen side, hvis vitenskapen kan bevise eksistensen av hypotetiske partikler som har negativ eller imaginær hvilemasse, som tachyoner, kan informasjonen om objektet overføres med superluminal hastighet. Kanskje til og med ved hjelp av gravitasjonsbølger (?). Etter dette gjenopprettes personen på kvantenivå på punkt B, og voila — han er allerede på bestemmelsesstedet. Diskusjonen om «sjel» som ødelegges i enheten A unnlater jeg, ettersom jeg er ateist og ikke tar det i betraktning (beklager).

Denne metoden er bra fordi kvanteteleportasjon av et materielt objekt ikke krever krumming av rom-tid og enorme energimengder. Problemet ligger selvfølgelig i den første transporten av installasjonen som skal reprodusere objektet på punkt B. Men den kan leveres på mer langvarige måter, uten å være begrenset til én eller flere menneskeliv.

Nullstilling av masse

Alle romskip i Mass Effect-universet bruker på en eller annen måte Null Elementet, som genererer den angitte Masse Effekten, enten ved å redusere massen av objekter rundt seg, eller ved å øke det. Slik klarer man å manipulere relativitetsteorien og overskride lysets hastighet.

Vanlige reiser mellom planeter og nærliggende stjerner utføres ved hjelp av FTL-motorer som bare kan redusere massen til skipet. For interstellar reise over lange avstander brukes Masse Reléer — enorme stasjoner bygget rundt tette kjerner laget av null-elementet. Reléene er vanligvis knyttet til ett eller flere andre reléer og kan skape en korridor der massen faktisk forsvinner, noe som nesten øyeblikkelig flytter skipet tusenvis av lysår.

Lukket tidlignende kurver

Den siste formen for overlysbevegelse vi skal se på, virker ved første øyekast å være den minst vitenskapelige.

I 55 år har serien «Doctor Who» fortalt om Dr.s og hans/hennes menneskelige medhjelperes eventyr gjennom tid og rom. Hvilke former for transport brukte de? Den store blå telefonkiosken kjent som TARDIS (engelsk TARDIS — Time and Relative Dimension in Space), som kan transportere dem hvor som helst og når som helst de vil.

TARDISene, bygget (eller snarere, dyrket) av den gamle rasen «Tidens Herrer», er mer magiske enn «Mass Effect»-teknologien. Som doktoren selv forklarte, er hans transportmiddel en «klossete tidsmaskin». Det ser ut til å være en form for forsinkelse når man reiser i TARDISen — det ligner mer på en hypermotor enn en teleportator. Men i bunn og grunn forsvinner TARDIS her, flyr gjennom en «tidsvirvel» og dukker opp der. Det er alt du egentlig trenger å vite.

Eller kanskje ikke? Det viser seg at TARDIS har enda mer teoretisk grunnlag enn hyperspace.

I 2013 publiserte fysikerne Benjamin K. Tippett og David Tsang et dokument som foreslo teoretiske grunnlag for å lage en ekte tidsmaskin, det vil si en måte å reise tilbake til egen fortid. Artikkelen hadde tittelen «Traversable Achronal Retrograde Domains In Spacetime» (sjekk forkortelsen).

Tippett og Tsang beskriver en tidsreisende som befinner seg i en romtidsboble, som går inn i en lukket tidslignende kurve (som i utgangspunktet er lik Einstein-Rosen broen). Inne i denne kurven kan tidsreisende dra hvor som helst på sin egen tidslinje, mens tiden inne i boblen ser ut til å gå som vanlig.

De to fysikerne antydet til og med at tidslignende kurver kan deles og kobles sammen, noe som åpner muligheten for å reise ikke bare på egen tidslinje, men hvor som helst i tid og rom.

Det ser ut til å være alt jeg kunne tilby deg.

Sikkert har jeg oversett noe eller til og med dratt det inn i fantasivesenet. Så jeg venter på deres versjoner i kommentarfeltet.

Kilde: habr.com