Förflyttningar genom rum och tid

Människan drivs alltid av en dragning till det okända, och hon har till och med en speciell neurotransmittor – dopamin, som fungerar som en kemisk motivator för att hämta information. Hjärnan behöver ständigt en ström av nya data, och även om dessa data inte är nödvändiga för överlevnad – så har mekanismen skapats, och det är synd att inte utnyttja den.

I artikeln nedan skulle jag vilja sammanfatta de vetenskapligt-fantastiska metoderna för att förflytta sig till avlägsna stjärnor och galaxer som för närvarande finns tillgängliga inom ramen för vetenskapliga teorier och hypoteser.

Inför rymden verkar de flesta mänskliga gärningar obetydliga, till och med triviala. Carl Sagan, 1980.

Varje människa har minst en gång i livet lyft blicken mot himlen en varm sommarkväll och observerat stjärnorna. Djupt i rymden finns en dragning som väcker vördnad, för vissa är det bara en tillfällig upplevelse, för andra en livslång passion.

Vad finns där? Finns det liv där? Och vilka underverk kan finnas på dessa otaliga världar?

Självklart är det enda sättet att åka dit och ta reda på det att förflytta sig genom rumtiden till dessa avlägsna stjärnor, planeter, nebulosor och till och med – GALAXER.

Men tyvärr är tiden inte den rätta. Det enda som våra transportteknologier har nått är ganska precis utanför vårt solsystem, tack vare automatiska sonder från "Voyager"-projektet, varifrån Voyager-1 sköts upp 1977!

Men för att på allvar kunna tala om andra världar behöver vi hastigheter som åtminstone är lika med ljusets hastighet, och helst överljudshastigheter.

Vad hindrar oss?

Här är det ganska enkelt – det handlar om fysikens lagar, och särskilt de fundamentala.

Kausalitetens lag

Poängen är att en effekt inte kan föregå orsaken. Ingen har någonsin sett en anka falla död, för att sedan höra ett skott av jägaren. Vid hastigheter som överstiger C, blir händelseförloppet omvänt och tidens spole går bakåt. Detta kan enkelt bevisas med följande enkla resonemang.

Anta att vi befinner oss på ett rymdskepp som rör sig snabbare än ljuset. Då skulle vi gradvis hinna ikapp det ljus som sänds ut från en källa i allt mer förflutna tidsögonblick. Först skulle vi hinna ikapp fotonerna som sändes ut, låt oss säga, igår, sedan de som sändes ut förrgår, därefter en vecka, en månad, ett år sedan och så vidare. Om ljuskällan var en spegel som reflekterar livet, skulle vi först se händelserna från igår, sedan förrgår och så vidare. Vi skulle kunna se, säg, en gammal man som gradvis förvandlas till en medelålders person, sedan till en ung man, en tonåring, ett barn… Det vill säga tiden skulle vända bakåt, vi skulle röra oss från nuet till det förflutna. Orsaker och följder skulle i så fall byta plats.

Begränsningar av gamle Albert

(Specialteorin för relativitet)

Utöver problemet med orsakssamband ställde naturen ännu striktare krav: att röra sig snabbare än ljuset är inte bara omöjligt, utan även att röra sig med ljusets hastighet är något som man bara kan närma sig. Från relativitetsteorin följer att när hastigheten ökar uppstår tre omständigheter: massan av det rörliga objektet ökar, dess storlek i rörelseriktningen minskar och tiden saktar ner för detta objekt (sett från en extern, "stillestående" observatör). Vid vanliga hastigheter är dessa förändringar negligerbara, men ju närmare man kommer ljusets hastighet, desto mer märkbara blir de, och i gränsfall – vid hastigheten lika med C – blir massan oändligt stor, objektet tappar helt sin storlek i rörelseriktningen och tid tiden stannar. Därför kan inget materiellt föremål nå ljusets hastighet. Denna hastighet har endast ljuset självt! (Och även den "allestädes närvarande" partikeln – neutrino, som, precis som fotonet, inte kan röra sig med en hastighet mindre än C.

Överhuvudtaget, förutom det som beskrivits ovan, finns det många problem, till exempel, vid hastigheter nära ljuset, vid kollisionen av ett objekt med massan 1 kg med en sandkorn, frigörs en sådan mängd energi att det möjliggör att förvandla 10 000 ton stål till ånga på 1 sekund. Jämför man detta med den verkliga massan av rymdskeppet, skulle explosionskraften vara lika med eller överstiga kraften från de kärnprocesser som sker på solen.

Men den kloka går inte uppför berget, den kloka går runt berget, eftersom det finns lagar för att brytas... skämt åsido, du kan inte bryta lagarna, men science fiction (och närstående vetenskap) erbjuder oss sätt att förflytta oss som gör att vi kan kringgå STH-principerna.

Metoder för överljusförflyttningar i rumtiden

Einstein-Rosen-bryggor

Einstein-Rosen-bryggor, även kända som maskhål, är nog de mest kända medlen för interstellära resor — och troligen existerar de faktiskt. Albert Einsteins allmänna relativitetsteori förutsåg existensen av maskhål, även om de ännu inte har kunnat upptäckas.

Om vi pratar enkelt, så är en Einstein-Rosen-brygga en tunnel i rymden, som orsakas av förvrängningen av rumtiden. Stora objekt, som stjärnor eller svarta hål, böjer tid och rum precis som en bowlingklot böjer en studsmatta. Ett tillräckligt massivt objekt kan böja rumtiden så mycket att det skapar en koppling mellan två punkter som normalt sett är tillräckligt avlägsna.

Föreställ dig ett papper och två punkter på det. Du behöver ta dig från en punkt till en annan och om du rör dig strikt på ytan av pappret kommer den "resan" att ta viss tid. Men om du viker pappret så att punkterna sammanfaller och sticker en penna genom det på den platsen, kan vi använda pennan som en tunnel (eller bro) för att avsevärt minska avståndet mellan punkterna.

Ingången till ett maskhål har ofta föreställts som ingången till en tunnel, vilket är rimligt givet namnet. Men det är en felaktig föreställning. I filmen "Interstellar" visas detta korrekt — ur en observatörs perspektiv i tredimensionell rymd bör ett maskhål se ut som en sfär.

Maskhål är en lockande metod för att genomföra interstellära förflyttningar, eftersom de inte kräver att du överskrider ljusets hastighet. Fysiken säger oss att inget kan röra sig snabbare än ljuset. Men med maskhål kan man överbrygga enorma interstellära avstånd utan att bryta mot denna lag.

Warpdrift

Warp, en FTL-teknologi, som för närvarande har verkliga möjligheter å förverkligas. Warp kan utan tvekan kallas det mest realistiska sättet att färdas snabbare än ljus av alla kända. Även om det för tillfället endast finns i form av formler på papper. Det handlar om Alcubierre-motorn.

Verkningsprincipen följer av sättet att kringgå den speciella relativitetsteorin, som postulerar att ingenting i rummet kan röra sig snabbare än ljusets hastighet. "Stigen" ligger i att denna postulat inte gäller för själva rummet, som kan komprimeras och sträckas under olika påtryckningar, till exempel från gravitationsfält. Warp-motorn komprimerar rymden framför skeppet och expanderar den bakom skeppet, vilket skjuter fram en bubbla av vanlig rumstid tillsammans med skeppet.

I Star Trek-universumet når sådana motorer ganska blygsamma hastigheter enligt science fiction-standarder - länge har Enterprise-färder begränsats till en sektor av galaxen nära solsystemet (~1500 ljusår), vilket tog år och lämnade många vita fläckar och oforskade områden.

Hyperrymden

Nyligen framkom detaljerade experimentella data från rymdfarkosten WMAP om temperaturens inhomogeniteter i den kosmiska bakgrundsstrålningen, vilken är ett av de huvudsakliga föremålen för observation vid studiet av vårt universum. Vid analysen av dessa data upptäcktes en stor anomali i den vinkelfördelning av fluktuationerna i den kosmiska strålningen på låga harmoniker. En av förklaringarna till detta fenomen var teorin om att topologin i vårt universum skiljer sig från en tredimensionell plan eller sfär. När man betraktar topologin i vårt universum som en dodekaeder stämmer de teoretiska beräkningarna nära överens med de experimentella data.

En platt toppologiskt komplex tredimensionell universum kan endast byggas på grundval av kuber, parallellogram och sexkantiga prismor. I fallet med krökt rum har en bredare klass av figurer sådana egenskaper. De experimentellt erhållna vinkelspektra från WMAP är mest i överensstämmelse med modellen av ett universum som har formen av en dodekaeder." Mikhail Prokhorov, doktor i fysik och matematik, ledande forskare vid avdelningen för relativistisk astrofysik vid Sternberg State Astronomical Institute.

Således pekar teorier, baserade på praktiska data om kosmisk bakgrundsstrålning, på möjligheten av ett hyperrum i vilket vår begränsade universum existerar. Men även om hyperrummet verkligen existerar, behövs en speciell motor för att kunna röra sig i detta rum.

Föreställ dig att en dal ligger framför dig och du behöver nå en punkt bortom dalen. Eftersom du endast kan röra dig på en platt yta (i ett tvådimensionellt rum), tvingas du antingen att gå runt hindret eller att gå ner i dalen, korsa den och sedan stiga upp. Men om du har tillgång till ett flygplan som kan röra sig i tre dimensioner, kan du ta dig dit du vill rakt fram.

I princip har hyperrummet en metrisk struktur som är annorlunda än den vanliga tredimensionella rummet och rörelsen i det liknar att röra sig i ett maskhål, med skillnaden att tunnlarna kan koppla ihop flera punkter som leder till det vanliga tredimensionella rummet. Dessutom kommer själva rörelsen i hyperrummet visuellt att skilja sig från rörelsen i ett maskhål (i motsats till vanliga illustrationer), eftersom den tredimensionella strukturen av universum "omsluter" resenären inne i hyperrummets väg. Jag tror att om detta är möjligt, så är det en verkligen fängslande syn - synliga stjärnor, nebulosor eller hela galaxkluster - långsamt sträcker sig och förändras, vilket ändrar färgpaletten i samband med en förskjutning i den kosmologiska röda zonen (?).

Jag tycker att idén om hyperspace-transportation framgångsrikt togs upp i filmen "Kontakt" från 1997 (baserad på en roman av Carl Sagan, filmen belönades med Hugo Award och hamnade på andra plats på NASAs lista över de mest trogna science fiction-filmerna). Där skapade en anläggning, vars ritningar erhölls genom signaler från en utomjordisk civilisation fångad av filmens huvudkaraktär, manipulationer med exotisk energi och "släppte" en kabin med en människa genom det inre utrymmet i sfären. Tydligen föll kabinen in i hyperspace, i en redan skapad "tunnel". Det visade sig att dessa tunnlar är otaliga i hela galaxen och alla skapades av en ännu äldre civilisation. Detta är vad representanten för rasen, vars signal huvudkaraktären fångade, berättade. Så är läget, folk. Personligen har jag den filmen på topp. Men som det visar sig, gillar inte alla den.

Icke-materiell teleportation

Vi vet att den vanligaste förklaringen till teleportation är den omedelbara förflyttningen av ett materiellt objekt i rummet över godtyckliga avstånd.
I detta sammanhang kan vi även prata om maskhål, men det har vi redan diskuterat, så låt oss prata om en principiellt annan väg.

Vi är intresserade av teleportation av information om ämnet, ner till en kvantbild av tillståndet.

Processen går ungefär så här: Ditt kropp placeras i en anläggning vid punkt A, som skannar dig ner till subatomära partiklar och deras kvanttillstånd, och digitaliserar sedan din kopia. Efter detta överförs kvanttillståndet i en enda ström genom standard kommunikationskanaler. Men här finns ett problem – det är ett förbud mot superljudhastig överföring av data, enligt SRT, å andra sidan, om vetenskapen bevisar existensen av hypotetiska partiklar som har negativ eller imaginär vilomassa, såsom tachyoner, kan information om objektet överföras med superljudhastighet. Kanske till och med med hjälp av gravitationsvågor (?). Efter detta återskapas människan på kvantnivå vid punkt B och voilà — han är redan vid destinationen. Jag undviker att diskutera "själens" förstörelse i anläggning A, eftersom jag är ateist och inte tar hänsyn till det (ursäkta).

Denna metod är bra eftersom den för kvantteleportering av ett materielt objekt inte kräver att man använder krökning av rum-tid eller en massiv mängd energi. Problemet ligger förstås i den initiala leveransen av själva anordningen som ska återge objektet på punkt B. Men den kan levereras på mer långsamma sätt, utan att begränsa sig till en eller flera mänskliga liv.

Nollställning av massa

Alla rymdskepp i Mass Effect-universumet använder på ett eller annat sätt Noll Element, som genererar den angivna Mass Effekten, antingen genom att minska massan av objekten runt omkring det eller genom att öka den. På så sätt är det möjligt att manipulera relativitetsteorin och överträffa ljusets hastighet.

Vanliga resor mellan planeter och nära stjärnor genomförs med hjälp av FTL-motorer, som bara kan reducera skeppets massa. För interstellära resor på långa avstånd används Mass Relay — enorma stationer byggda runt täta kärnor av noll-element. Relay är vanligtvis kopplade till en eller flera andra relay och kan skapa en korridor där massan i praktiken försvinner, vilket nästan omedelbart förflyttar skeppet tusentals ljusår.

Slutna tidsliknande kurvor

Den senaste formen av överljudsförflyttning vi kommer att titta på verkar vid första anblicken vara den minst vetenskapliga.

I 55 år har serien "Doctor Who" berättat om äventyren genom tid och rum av Doktorn och hans/hennes mänskliga sällskap. Vilka transportmedel använde de? En stor blå låda, känd som TARDIS (engelska TARDIS — Time and Relative Dimension in Space), som kan transportera dem var som helst och när som helst de önskar.

Byggda (eller snarare, odlade) av den uråldriga rasen "Tidsherre", är TARDISar mer magiska än teknologin bakom "Mass Effect". Som Doktorn själv förklarat, är hans transportmedel en "skakig och fluffig tidsmaskin". Det verkar finnas en viss fördröjning när man reser i TARDIS, det vill säga att den är närmare en hyperdrift än en teleporter. Men i grund och botten försvinner TARDIS här, flyger genom en "tidsvirvel" och dyker upp där. Det är allt du verkligen behöver veta.

Eller inte? Det visar sig att TARDIS har ännu mer teoretisk grund än hyperutrymme.

År 2013 publicerade fysikerna Benjamin K. Tippett och David Tsang ett dokument som föreslår teoretiska grunder för att skapa en verklig tidsmaskin, det vill säga ett sätt att resa tillbaka till sitt eget förflutna. Artikeln hette «Traversable Achronal Retrograde Domains In Spacetime» (kolla in förkortningen).

Tippett och Tsang beskriver en tidsresenär i en bubblande rumtid som går in i en tidsliknande sluten kurva (i praktiken samma som Einsteins-Rosens bro). Inom denna kurva kan tidsresenären resa vart som helst på sin egen tidslinje, medan tiden inuti bubblan tycks flyta som vanligt.

De två fysikerna föreslog till och med att tidsliknande kurvor kan separeras och kopplas ihop, vilket öppnar möjligheten att resa inte bara på din egen tidslinje, utan överallt i tid och rum.

Det verkar vara allt jag har kunnat erbjuda dig.

Det är troligt att jag har missat något eller till och med sträckt mig in i fantasin. Så jag ser fram emot era versioner i kommentarerna.

Källa: habr.com