Főoldal / Rejtélyek / Időutazás / Lehetséges az időutazás?

Lehetséges az időutazás?

Időutazás

Az időutazás lehetőségének elemzése az utolsó pár évtized tudományának legvadabb fejleménye a tudósok körében, Kaliforniától Moszkváig.

A tudósok nem foglalkoznak (legalábbis még nem) időgépek kifejlesztésével laboratóriumaikban, de Einstein általános relativitás-elméletének (ARE)–(amely ez idáig a legjobb elmélet a térről és az időről) híres egyenleteit tanulmányozva arra a megállapításra jutottak, hogy semmilyen fizikai törvény nem sérti meg az időutazás lehetőségét. Nagyon valószínű, hogy nagyon nehéz ezt megvalósítani, de nem lehetetlen.

Habár ez az egész sci-finek tűnik, a tudósok egy része komolyan vette ezt az elképzelést és egy olyan természeti törvény bevezetését javasolták, mely megakadályozza az időutazást s ezáltal meghiúsítja különböző paradoxonok kialakulását.

Ez idáig azonban senkinek sincs semmilyen elképzelése a törvény működéséről. Klasszikus paradoxon például az az eset, amikor egy személy az időben utazva visszakerül a múltba s valami módon megakadályozza saját maga megszületését – megöli például nagyanyját még kisgyermek korában vagy pedig olyasmit tesz, ami folytán szülei sosem találkoznak egymással (mint Vissza a jövőbe című filmben). Az egész ellentmond a józan észnek, állítják a szkeptikusok, tehát valami törvénynek léteznie kell, mely ezeket megakadályozza. Többé-kevésbé hasonló indoklással próbálták bebizonyítani azt, hogy az időutazás lehetetlen.

Időutazás fekete lyukak segítségével?

Nos, mit is lehet valójában kifacsarni Einstein egyenleteiből? Mint egyesek elvárhatják, az időutazáshoz extrém fizikai objektumok – fekete lyukak szükségesek. S mivel Einstein elmélete a téridő elmélete, nem meglepő számunkra, hogy elvben a fekete lyukak tényleg lehetőséget nyújtanak egyfajta tér- illetve időutazásra. Bár mondhatjuk, hogy egy egyszerű fekete lyuk erre nem is a legmegfelelőbb, mivel ha ilyen lyuk keletkezik valamilyen nagy tömegű nem forgó anyagból, akkor csupán “elpihen” valahol az űrben s elnyel mindent, ami a közelébe kerül. E lyuk középpontjában létezik egy pont – az ún. szingularitás, ahol a tér és az idő megszűnik s az anyag sűrűsége végtelenné válik. Körülbelül 30 évvel ezelőtt Roger Penrose az Oxford egyetemről bebizonyította, hogy bármilyen tárgy, mely ilyen fekete lyuk közelébe kerül, a lyuk gravitációs vonzása következtében a szingularitásba zuhan s örökre eltűnik számunkra.

Az 1960-as években azonban Roy Kerr Új Zéland-i matematikus bebizonyította, hogy a dolgok egészen másképpen alakulnak forgó fekete lyuk esetében. Szintén létrejön szingularitás a lyuk középponti részében, melynek azonban gyűrű formája van. Elvben lehetséges “átúszni” a lyuk gyűrűjén s megjelenni egy más helyen, más időben. Ez az ún. “Kerr megoldás” volt az időgép első matematika modellje, de abban az időben senki sem vette komolyan ezt az elképzelést. E megoldás iránti érdeklődés is csupán a 70-es években nőtt meg, miután a csillagászok felfedeztek pár fekete lyuknak tűnő objektumot Tejútrendszerünk és más galaxisok központjában.

Ezen tudományos felfedezések során hatalmas mértékben megnőtt az olyan populáris cikkek száma, melyek állítása szerint – számos tudós bosszúságára – az időutazás mégiscsak lehetséges. Az 1980-as években Kip Thorne (az ARE egyik legelismertebb szakértője) és a kollégái a CalTech-ből elhatározták, hogy egyszer s mindenkorra bebizonyítják, hogy ezen valótlan állítások nem következnek Einstein egyenleteiből. Megvizsgálva a problémát minden szemszögből kellemetlenül arra a következtetésre jutottak, hogy tényleg nincs semmi ezekben az egyenletekben, mely megakadályozhatja az időutazást, feltéve ha (és ez egy komoly kikötés) létezik olyan technológia, mellyel a fekete lyukak manipulálhatók.

Hasonlóan a Kerr-megoldáshoz, más típusú fekete-lyuk-időgépek is megengedettek, mint például a féreglyukként ismert konfigurációk, melynél két fekete lyuk (saját térrel és idővel) ún. “torokkal” van összekötve. Számos más példát is említ Thorne Black Holes and Time Warps című könyvében, melynek picit nehezebb a stílusa (habár komoly mennyiségű információt hordoz) mint Michio Kaku, New York-i fizikaprofesszor Hyperspace című könyve. A könyv, Thorne könyvével ellentétben számos elemzést tartalmaz olyan tudósok hozzájárulásáról az időutazás témájához, mint például Robert Heinlein. A Nagy Robbanás, a húrelmélet, fekete lyukak, kisded világegyetemek s még más ismert és ismeretlen téma elemzésre kerül, de ezek közül is legérdekesebb az a fejezet, mely az időgép felépítéséről szól.

“A tudósok nagy többsége, akik nem tanulmányozták behatóbban Einstein egyenleteit”, mondja Kaku, “üres fecsegésnek tartja az időutazást.” S ezek után Kaku azzal folytatja magyarázatát, hogy miért is foglalkozik a tudósok kisebb csoportja tüzetesen ezzel a problémával. Kedvenc oldalunk a könyvből az a diagramm, mely egy egyén furcsa családfáját ábrázolja, ki Robert Heinlein “All You Zombies” című elbeszélése alapján időutazva egyszerre saját apjaként s anyjaként jelenik meg a diagrammon. Kaku elképzelésével az időgépről számos Dr.Who- illetve H. G. Wells rajongó kedvében járna:

“[Ez] két teremből áll, melyek két párhuzamos fémlemezt tartalmaznak. A fémlemezek közt keletkező hatalmas elektromos mezők (sokkal nagyobbak, mint amilyent a mostani technológiával létrehozhatunk) felhasítja a téridő szerkezetét, lyukat hoz létre a térben, mely összeköti a két termet. Einstein speciális relativitás-elméletét (SRE) felhasználva, mely szerint az idő lassabban telik a mozgó objektum számára, az egyik terem egy hosszú utat tesz meg nagyon gyorsan és visszatér eredeti helyére: Az idő másképpen fog folyni a féreglyuk két végén [és] bármi, ami a féreglyuk egyik végébe zuhan, pillanatok alatt a múltba vagy a jövőbe kerül [amikor a lyuk másik végében felbukkan].”

És mindez egy olyan jó hírű folyóiratban jelent meg, mint a Physical Review Letters (ha nem hiszik el, ellenőrizzék a Vol. 61-es szám 1446. oldalán kezdődő cikket). Bár mint tudomásul vettük, a technológia, mely segítségével bizonyos mennyiségű anyagot juttatunk át a fénysebességhez közeli sebességgel a fekete lyuk központi részén keresztül, félelmetesnek tűnik. De mi azt sem állítottuk, hogy ez könnyű lesz. De hogyan is kerüljük el a paradoxonokat? A tudósok erre is találtak megoldást. Ha jobban átgondoljuk a dolgokat, nyilvánvalóvá válik számunkra, hogy egy csipetnyi megfontolt kvantumtérelméleti hozzájárulás sikerrel veszi ezen akadályokat is a relativitás-elmélet által megengedett időutazás megvalósításában.

A dolgok a következőképpen működnek. A kvantumfizika egyik értelmezése szerint (mivelhogy számos értelmezés létezik és senki sem tudja, vajon van-e köztük olyan, amelyik az “igazi”) egy kvantumobjektum (mint például az elektron) mihelyt választási lehetőséghez jut, egyúttal új világokat hoz létre. Vegyük csak a legegyszerűbb esetet, amikor egyetlen elektron egy olyan akadály irányában mozog, melyes két rés található. Az elektronnak át kell jutnia a rések egyikén (mivel az akadály másik oldalán ezt az elektront regisztráltuk). Nos, a Világegyetem felhasad s a valóság egyik verziójában (a relatív dimenziók egyik csoportjában) az elektron az egyik résen halad át, míg a másik világban a másik résen.

Ezen értelmezés szerint extrém esetben a Világegyetem annyi részre hasad fel, amennyi az adott pillanatban az összes bekövetkezhető folyamat, melyek mindegyike biztosan lejátszódik a “multiverzumok” egyikében. Létezik tehát ezek szerint egy univerzum, melyben az angol Munkáspárt van hatalmon már 15 éve s amelyet most John Major vezette Konzervatív párt fenyeget.

S hogyan oldódnak meg a paradoxonok? Képzeljük el, hogy valaki elhatározza, hogy visszamegy a múltba megölni a saját nagyanyját. Ezen multiverzumos (több-világegyetemes) elképzelés szerint a személy visszatér egy ún. bifurkációs pontba, melyből később a lehetőségek számától függően új világok jönnek létre. Miután a személy megölte a nagyanyját, ismét “előrefelé” mozog az időben, de más világban. A valóság ezen ágán ő sosem létezett, de ez nem vezet paradoxonhoz, mivel a hozzá “szomszédos” világban a nagyanyja él és virul, akinek lányától a későbbi (vagy korábbi J ) gyilkos megszülethet, hogy visszamehessen a múltba és gyilkoljon.

Még egyszer hangsúlyozom, hogy ez az egész scifinek tűnik és scifiírók már tényleg jártak előttünk. De a párhuzamos világok és alternatív történelmek ötletét, mint megoldást az időutazás paradoxonjaira, néhány (elismerjük – nem sok) tudós is, mint például David Deutsch az Oxford egyetemről, komolyan veszi. Tudományos kutatásuk az időre s a tér relatív dimenzióira terjed ki. Innen ered az ún. TARDIS betűszó (time and relative dimensions in space).

Talán elkerülhetetlen volt, hogy éppen a scifi regények hatására a tudósok meggyőzték magukat arról, hogy az időutazás kellő mértékben fejlett technológiával rendelkező civilizáció által lehetséges. Az egész a következőképpen történt. Carl Sagan, az ismert csillagász egyik novellájában egy szerkezetet használ arra, hogy szereplőit egy fekete lyukon keresztül juttassa el a Föld egy adott pontjáról a Vega csillag közelébe. Habár Sagan sztorija minden igyekezete ellenére, hogy ne térjen el a fizika elfogadott törvényeitől, akkor is csak novella maradt. Mint tudós, Sagan azt szerette volna, hogy sztorija tudományos oldala olyan pontos legyen, amilyen csak lehet. Megkérte ezért Kip Thorne-t, hogy regényét ellenőrizze s tanácsot adjon bizonyos homályos kérdésekben. Elemezve Einstein egyenleteit Thorne arra a következtetésre jutott, hogy ilyen féreglyuk mint a téridő stabil objektuma, a valóságban létezhet Einstein elméletének keretei között.

Sagan hálás volt Thorne tanácsaiért és féreglyukja megjelent az 1985-ben kiadott Kapcsolat (Contact) című regényében. A lyuk azonban mint útrövidítő szolgált a térben s azidőtájt sem Sagan sem pedig Thorne gondolt arra, hogy ezen objektum időgépként is működhet. Csupán 1986 decembere után kezdett ezzel a gondolattal komolyabban foglalkozni, mikor is az egyik chicagói szimpóziumon az egyik jelenlevő tudós felvetette Thorne diákjának, Mike Morris-nak, hogy a féreglyuk segítségével lehetséges a múltba is utazni. Az egész történet megtalálható Thorne Black Holes and Time Warps című könyvében. Úgy tűnik azonban, hogy az időgép segítségével nem utazhatunk vissza korábbi időkbe, mint amikor a gépet építették. A jövő bármelyik pontja elérhető vele, visszatérhetünk a kiindulási pontunkba, de sohasem korábbi időkbe. Ez az egész megszorítás magyarázatot ad arra, hogy miért is nem találkoztunk eddig időutazókkal a jövőből – azért, mert az időgépet még nem találták fel.

Amos ORI, a Technion Israel Institute of Technology izraeli fizikusa Haifában hibát talált Stephen Hawking (Cambridge Egyetem) levezetésében, mely szerint az időutazás teljes mértékben ki van zárva. Miután Thorne és munkatársa kimutatták, hogy nem létezik semmilyen eddig ismert fizikai törvény, mely megtiltaná az időutazást, számos tudós elemzésnek vetette alá ezen konklúziót, s arra jutottak, hogy teljesülnie kell egy ún. “gyenge energiafeltételnek” (WEC = weak energy condition), mely szerint minden reális megfigyelőnek pozitív energiaeloszlást kell mérnie. E feltétel némely típusú időgép létezését kiküszöböli, melyek esetében a fekete lyuk negatív energia segítségével lenne nyitva tartva.

Problémák merülnek fel olyan időgépek esetében is, melyeknél szingularitások keletkeznek. De Ori olyan matematikai leírást talált az ARE keretein belül, mely esetében a téridő időben önmagába hajlik vissza, de semmilyen olyan szingularitás nem keletkezik, mely hatással lenne az időutazásra s ráadásul a “gyenge energiafeltétel” is teljesül (lásd Physical Review Letters, Vol. 71, 2517). Mint állítja: “Jelenleg senki sem vetheti el teljesen annak a lehetőségét, hogy pozitív energiasűrűségű anyagból időgép szerkeszthető.”

Miért lehetséges az időutazás?

A tudósok “találtak” egy olyan természeti törvényt, mely elkerüli az időutazással kapcsolatos paradoxonokat s ezáltal lehetővé teszi az időutazást. Kiderült az is, hogy ez ugyanaz a törvény, mely értelmében a fény egyenes vonal mentén mozog, s megerősíti a kvantummechanika fél évszázaddal ezelőtt Richárd Feynman által megalkotott legelegánsabb verzióját.

Ha az időutazás lehetséges, a tudósok a következő paradoxonra is választ kell találniuk. Képzeljünk el egy biliárdgolyót, mely belekerül a féreglyuk egyik szájába, megjelenik a másik nyílásban (persze korábbi időben, mint amikor eltűnt) és összeütközik saját magával s így sosem kerül a lyukba. Meg kell jegyezni, hogy természetesen számos lehetséges “önkonzisztens” út létezik a lyukon keresztül, mely esetén a biliárdgolyó két verziója sosem zavarja egymást. Igor Novikov, a P.N. Lebegyev Intézet valamint a koppenhágai Nordita elméleti fizikai intézmény kettős fizikusa 1989-es cikkében (JETP, Vol. 68, 439) mutatott rá az önkonzisztencia elv megfogalmazásának szükségességére.

Újonnan dán, kanadai, orosz és svájci tudósokból kialakított tudóscsoportjával egyetemben úgy tűnik, hogy valós fizikai alapot talált ezen elv számára. Ez az ún. legkisebb hatás elve, mely ilyen vagy olyan formában már a 17. század kezdete óta ismert. Ezen elv határozza meg, milyen pályán mozogjon a fénysugár egy A pontból egy B pontba. Ezen elv alapján mozog egy ablakon kidobott labda. És úgy tűnik, hogy ugyanez az elv határozza meg a féreglyukban mozgó biliárdgolyó pályáját is. Bizonyos értelemben a hatás (mint speciális matematikai fogalom) azon energia mértéke, mely meghatározza egy test bizonyos idő alatt megtett teljes pályáját. Fény esetében (mely mindig speciális eset) ezen hatás a legrövidebb idő elvére redukálódik – ezért is mozog a fény egyenesvonalúan.

Megfigyelhetjük, hogyan is működik ez az elv, amikor egy fénysugarat eresztünk át levegőből üvegbe (melyben a fény kisebb sebességgel terjed). Abból a célból, hogy a fény a legrövidebb idő alatt jusson egy a levegőben levő A pontból az üvegben levő B pontba, a fény egyenes vonal mentén mozog az üveg és a levegő határfelületéig, majd megtörik s újabb egyenesvonalú pályán mozog (kisebb sebességgel) a B pontig. Minden más pálya esetén az út hosszabb ideig tart.

A hatás a teljes pálya tulajdonsága, és a fény (vagy a Természet) mindig tudja, hogy miképpen kell a legegyszerűbb s a “legolcsóbb” utat kiválasztani. Hasonló módon a legkisebb hatás elve felhasználható az ablakon kidobott labda teljes pályájának leírására, ha adott az eséshez szükséges idő. A labda különböző pályákon mozoghat különböző kezdősebesség mellett (magasan és lassan vagy laposan és gyorsabban), csupán olyan pályák a megoldások, melyek kielégítik a legkisebb hatás elvét. Novikov s kollégái ezen elvet használták a biliárdgolyó mozgásának leírására a féreglyukban az időhurkok mentén “önütközések” nélkül és “önütközések”-kel, mely paradoxonhoz vezet s arra a következtetésre jutottak számításaik során, hogy mindkét esetben csupán az egyenletek önkonzisztens megoldásai elégítik ki a legkisebb hatás elvét; vagy az ő szavaikat használva: “a klasszikus pályák teljes csoportja, melyek globálisan önkonzisztensek, egyenesen s egyszerűen levezethetők a legkisebb hatás elvéből”. (Nordita Preprint, No. 95/49A).

A klasszikus szó azt jelenti, hogy Novikovék nem vették figyelembe a kvantumelmélet törvényeit számításaikban. De nincs semmi okunk azt képzelni, hogy ezen elmélet módosítani fogja a számításokból levont következtetéseket. Feynman, aki saját maga vezette be a legkisebb hatás elvét a kvantumfizikába s az elméletét teljes mértékben erre alapozta – az ún. “az összes történet szummázása” (sum over histories) és a “pályaintegrál” (path integral) fogalmait vezette be, mivel szerinte a fény úgy tűnik, hogy látszólag “kiszimatolja” az összes létező pálya közül, melyek A-ból B-be vezetnek, a legrövidebb (s a leghatásosabb) utat.

Látjuk tehát, hogy az önkonzisztencia a legkisebb hatás elvének következménye s a természet, úgy tűnik, hogy irtózik az olyan paradoxonoktól, melyek időutazáskor előfordulhatnak. S ezáltal elvben legyőztük a fizikusok utolsó akadályát s most már a mérnökökre hagyhatjuk az időgép megépítését.

Féreglyuk-tervezés

Még mindig maradt egy probléma, amit a hipertér mérnökeinek figyelembe kell venniük. A legegyszerűbb számítások is azt mutatják, hogy bármi is történik az univerzumban a féreglyuk tartományán kívül, a kísérleti átjárónak a lyukon keresztül be kell záródnia. A probléma ugyanis a következő. Az ARE értelmében minden gyorsuló objektum gravitációs hullámokként ismert fodrokat hoz létre a téridő szerkezetében. A gravitációs sugárzás, mely az űrhajótól a lyuk felé hullámzik fénysebességgel, végtelen energiájúvá erősödhet, mihelyt eléri a lyuk szingularitásként ismert pontját s önmagába zárja a téridőt – s ezáltal elzárja az utat a fejlett technológiájú űrhajó számára. Még ha létezik is természetes átjárható féreglyuk, a legkisebb zavarok (perturbációk) hatására instabillá válik (beleértve minden kísérlet által keltett zavart, mely célja a rajta keresztüli utazás).

Még mindig maradt egy probléma, amit a hipertér mérnökeinek figyelembe kell venniük. A legegyszerűbb számítások is azt mutatják, hogy bármi is történik az univerzumban a féreglyuk tartományán kívül, a kísérleti átjárónak a lyukon keresztül be kell záródnia. A probléma ugyanis a következő. Az ARE értelmében minden gyorsuló objektum gravitációs hullámokként ismert fodrokat hoz létre a téridő szerkezetében. A gravitációs sugárzás, mely az űrhajótól a lyuk felé hullámzik fénysebességgel, végtelen energiájúvá erősödhet, mihelyt eléri a lyuk szingularitásként ismert pontját s önmagába zárja a téridőt – s ezáltal elzárja az utat a fejlett technológiájú űrhajó számára. Még ha létezik is természetes átjárható féreglyuk, a legkisebb zavarok (perturbációk) hatására instabillá válik (beleértve minden kísérlet által keltett zavart, mely célja a rajta keresztüli utazás).

Még mindig maradt egy probléma, amit a hipertér mérnökeinek figyelembe kell venniük. A legegyszerűbb számítások is azt mutatják, hogy bármi is történik az univerzumban a féreglyuk tartományán kívül, a kísérleti átjárónak a lyukon keresztül be kell záródnia. A probléma ugyanis a következő. Az ARE értelmében minden gyorsuló objektum gravitációs hullámokként ismert fodrokat hoz létre a téridő szerkezetében. A gravitációs sugárzás, mely az űrhajótól a lyuk felé hullámzik fénysebességgel, végtelen energiájúvá erősödhet, mihelyt eléri a lyuk szingularitásként ismert pontját s önmagába zárja a téridőt – s ezáltal elzárja az utat a fejlett technológiájú űrhajó számára. Még ha létezik is természetes átjárható féreglyuk, a legkisebb zavarok (perturbációk) hatására instabillá válik (beleértve minden kísérlet által keltett zavart, mely célja a rajta keresztüli utazás).

Létezik azonban egy nehéz, de nem lehetetlen módszer – az ún. negatív visszahatás elve, mely értelmében minden, a téridőben keletkező zavar új olyan zavart kelt, mely az előző hatását semlegesíti. Az az elv pontosan ellentéte a pozitív visszahatás elvének, mely esetében a hangfalakból hallatszó hangok felerősítik saját magukat, ha az erősítőhöz kötött mikrofont ugyanazon hangfalak elé tesszük. Ekkor a hangfalakból hullámzó zaj a mikrofonban felerősödik, kijön a hangfalakon – persze felerősítve, megint a mikrofonba, és így tovább. Képzeljük most el, hogy ha a hangfalakból jövő hanghullámokat először egy számítógépbe vezetnénk, mely “ellentétes” hullámokat generálna úgy, hogy ismét a mikrofonba vezetve teljesen semlegesítené az eredeti hullámokat – s totális csend keletkezne.

A legegyszerűbb hanghullámok esetében mindez a Földön, most megvalósítható. Bonyolultabb zajok, mint például focirajongók zsivaja esetében ez még most lehetetlen, de pár éven belül megvalósítható. Tehát nem nagyon túlzott Sagan elképzelt “szuper civilizációja”, mely gravitációs- hullám-adóvevő készüléket szerkeszt, mely a féreglyuk torkában minden zavart feljegyez, melyet a lyukba induló űrhajó kelt, majd olyan hullámokat sugároz, mely teljesen semlegesíti a zavaró hullámokat még mielőtt azok megsemmisítenék az átjárót.

De hol is találhatók ilyen féreglyukak? A módszer, mely alapján Sagan kérésére Morris, Yurtsever és Thorne nekifogott a féreglyukak keresésének, teljesen ellentétes azzal a módszerrel, mely alapján a többi tudós kutatott volna. Ahelyett, hogy számos ismert objektumot figyeltek volna meg (mint például egy halott nagytömegű csillag vagy egy kvazár), Thorne és társai a kutatást azzal kezdték, hogy egy olyan geometria matematikai leírásán kezdtek dolgozni, mely az átjárható féreglyukat teljes mértékben jellemzi s azután az ARE egyenleteit használták fel arra, hogy kiszámítsák , milyen típusú anyag és energia kapcsolható össze ilyen típusú téridővel. Amire számításaik során rájöttek, ez (most már így utólagosan) nagyon egyszerű. A gravitáció vonzóereje szingularitást próbál létrehozni a lyuk központjában s ezért “szorongatja” a féreglyuk torkát. Az egyenletek szerint ahhoz, hogy egy mesterséges féreglyukat nyitva tudjunk tartani, valamilyen típusú anyag vagy mező szükséges, mely negatív nyomással rendelkezik – s kapcsolatba hozható az antigravitációval.

Most az hihetjük (visszagondolva a középiskolás fizikaóráinkra), hogy ez teljes mértékben elveti az átjárható féreglyuk kialakításának lehetőségét. A negatív nyomás valami olyasmi, amivel mindennapi életünkben nem nagyon találkozunk (képzeljünk el egy lufit negatív nyomású anyaggal telítve, amely egy idő után leereszt). Tényleg nincs ilyen anyag az Univerzumban? Talán nagyot tévedünk.

A választ az antigravitációhoz Hendrik Casmir, dán fizikus szolgáltatta még 1948-ban. Casimir, aki 1909-bem született Hágában, 1942-től dolgozott a nagy elektromos gigász, a Philips laboratóriumaiban – s itt dolgozva fedezte fel a később róla elnevezett Casimir – effektust.

Képzeljünk el két párhuzamos fémlemezt egymáshoz nagyon közel, miközben a lemezek közt nincs semmi. Az ún. “kvantumvákuum” azonban nem “semmi”, mint ahogy a fizikusok régebben gondolták. A tér a lemezek közt állandó aktivitást mutat, részecskék s antirészecskék keletkeznek folyamatosan s annihilálódnak. Ezen részecskéken kívül számos elektromágneses erőt közvetítő részecske – foton is található a kvantumvákuumban. Valójában nagyon könnyű a vákuum számára virtuális fotonokat termelni. mivel a foton megegyezik antirészecskéjével és mivel nyugalmi tömege nulla. Tehát a Heisenberg kvantum-határozatlanságából származó összes energia a foton elektromágneses hullámzási energiájává alakul. Különböző energiájú fotonokhoz különböző hullámhosszú sugárzás rendelhető (kisebb hullámhossznál nagyobb energia). A kvantumvákuum tehát úgy képzelhető el, mint egy a fotonok különböző hullámhosszú sugárzásának tengere. Ezen vákuumaktivitás eredménye az, hogy a vákuum ún. “vákuumenergiá”-val rendelkezik, mely értéke minden pontban azonos, tehát nem mérhető. Nagysága csupán energiaváltozáskor – tehát például munkavégzéskor határozható meg.

Mint ahogy Casimir kimutatta, két elektromosan vezető fémlemez között csak bizonyos típusú elektromágneses hullámok találhatók. A két lemez között ficánkoló hullámok ugyanúgy fognak viselkedni, mint a gitár megpendített húrjai által keltett hanghullámok. Ilyen hullámok esetében csupán a hullámhossz egész számú többszörösei “férhetnek” a gitár húrjára és a húr két végén nincsen hullámzás. A megengedett hullámzásokat adott húrhossz mellett harmonikusoknak illetve felhangoknak nevezzük. Hasonló módon a sugárzás néhány megengedett hullámhossza fér el a két lemez közé a Casimir kísérletben. Pontosabban kifejezve, a résben csak olyan fotonok lehetnek, melyek hullámhosszára érvényes a következő összefüggés:

lambda=x/a

ahol
lambda hullámhossz
x a két fémlemez közti távolság
a természetes szám (a=0,1,2,3,…)

Ez azt jelenti, hogy a lemezek külső oldalán több foton található köbcentiméterenként, melyek nyomást fognak gyakorolni a lemezekre s ezáltal közelebb kerülnek egymáshoz. Az egész nagyon bizarrnak tűnik, de ez történik a valóságban. Számos kísérletet hajtottak végre különböző anyagból készült, lapos és más alakú lemezekkel az ún. “Casimir-féle erő” nagyságának megmérésére s a kísérletek bizonyítják az elmélet helyességét (a résnagyság 1. 4 nm-től 15 nm-ig terjedt).

Az 1987-ben publikált cikkükben Morris és Thorne felhívták a figyelmet erre a lehetőségre is, s rámutattak arra, hogy még a féreglyukat átszövő elektromos vagy mágneses mező is “pont a határán van annak, hogy egzotikus legyen; ha a feszültség egy picit is nagyobb lenne, kielégítené utazási vágyunkat a féreglyukon keresztül”. Ugyanabban a cikkükben arra a következtetésre jutottak, hogy “nem kéne jókedvűen feltételezni egzotikus anyag jelenlétét az átutazható féreglyuk torkában”. Amint a CalTech két tudósa megjegyezte, a fizikusok nagyobb része képzelőtehetség hiányával küszködik, amikor arra kerül sor, hogy egyenleteket állítsanak fel, melyek bizonyos anyagot és energiát jellemeznek olyan feltételek mellett, melyek sokkal extrémebbek, mint a Földön. És ezt ki is hangsúlyozták egyik példájukban 1985 egyik őszi, kezdőknek tartott ARE előadásuk során – nem sokkal azután, hogy Sagan kérésére munkájuk első fázisának végén jártak, de még azelőtt, hogy ezen dolgok közismertek lettek volna (még a relativisták között is). A tudományos munkába bevont diákok nem hallgattak semmilyen speciális előadást a féreglyukakról, csupán a téridő metrikájának fizikai jelentésével ismerkedtek meg. Vizsgájuk során olyan feladatot kaptak, mely lépésről lépésre elvezette őket a féreglyukat leíró megfelelő metrika matematikai leírásához. “Megdöbbentő volt látni”, mondja Morris és Thorne, “hogy milyen maradiak is voltak a diákok elképzelései”. Többségük le tudta vezetni a metrika tulajdonságait, de közülük kevesen vették észre, hogy a megoldás egy olyan átjárható féreglyuk, mely két különböző univerzumot köt össze.

A kevésbé “földhözragadtak” számára két probléma marad – olyan leírást találni, mely esetében a féreglyuk olyannyira kitágul, hogy ember (vagy akár űrhajó) is átjuthasson rajta, és távol tartani a féreglyuk torkához közeli részben levő egzotikus anyagot az űrutazóktól. Bármilyen nemű terv ilyen szerkezet megépítésére mai képességeinken kívülre esik. De mint Morris és Thorne kihangsúlyozták, ez nem lehetetlen és “következésképpen nem zárhatjuk ki átjárható féreglyukak létezését”.

Majdnem 500 éve Leonardo da Vinci elmélkedett repülő szerkezetekről. Szárnyakkal rendelkező repülőgépet és helikoptert is szerkesztett és a modern aeronautikai mérnökök szerint ezen gépek repültek is volna, ha da Vinci korában lettek volna megfelelő erejű hajtóművek. Leonardo azonban nem álmodhatott lökhajtású motorokról és a hangsebességnél is gyorsabban repülő, utasszállító repülőkről. S most a Concorde-ok és a jumbók hasonló fizikai alapelvek szerint repülnek, mint Leonardo tervezett gépei. Majdnem 500 év eltelt álmai nemhogy valóra váltak, de a kor felül is múlta őket. Talán több mint 500 évre lesz szükségünk arra, hogy átutazható féreglyukat tervezzünk, de a fizika törvényei azt mondják, hogy ez lehetséges – és mint ahogy Sagan spekulált – talán már valami hasonló megtörtént egy tőlünk sokkal fejlettebb civilizációval.

Valójában még Einstein Princetonban dolgozva Nathan Rosen-nal együtt 1930-ban felfedezte, hogy Karl Schwarzschild megoldása Einstein egyenleteire tulajdonképpen egy fekete lyuk, mely hidat képez a sík téridő két része között. Ez az ún. “Einstein-Rosen-féle híd” (ERH). Egy fekete lyuknak mindig két “vége” van – ezt a tulajdonságot pár matematikus kivételével a 80-as évek közepéig sokan ignorálták. Mielőtt Sagan ismét érdeklődni kezdett volna a téma iránt, úgy tűnt, hogy ilyen hipertér kapocsnak nincs fizikai jelentősége, és soha, még elméletben sem használható fel, mint rövidítő az Univerzum egyik pontjából a másikba. Morris és Yurtsever jöttek rá, hogy ezen “hit” téves.
Érdekességnek számít, hogy a téridő féreglyukait még jóval azelőtt, hogy a fekete lyukakat “komolyan kezdték volna venni”, számos matematikai relativista nagyon mélyrehatóan tanulmányozta. 1916-ban – kevesebb, mint egy évvel azután, hogy Einstein megfogalmazta volna az ARE elméleteit, az ausztriai származású Ludwig Flemm rájött arra, hogy Einstein egyenleteinek Schwarzschild megoldása valójában olyan féreglyukat ír le, mely két sík téridőt ír le – két világegyetemet vagy egyazon univerzum két különböző pontját. Különböző spekulációk jelentek meg bizonyos megszakításokkal a féreglyukak természetéről évtizedeken keresztül. Amit az úttörő relativisták valójában megalapoztak, az azon megállapítás volt, mely szerint a Schwarzschild-féle féreglyukak nem használhatók fel semmilyen világ-egyetemek közti kommunikációra. Ahhoz ugyanis, hogy az űrutazó az ERH-on átjuthasson az univerzum egyik pontjából a másikba, az út egyik részén fénysebességnél nagyobb sebességgel kell utaznia.

A másik probléma a lyuk instabilitása. Az a furcsa a Schwarzschild geometriában, hogy mihelyt az anyagot (adott tömeg mellett) a Schwarzschild sugár alá sűrítünk, akkor nem kapunk egy végtelen bemélyedést a téridőben, hanem a bemélyedés alsó része kinyílik, és kapcsolatot hoz létre a sík téridő más pontjával. Sajnos, ezen gyönyörű nyitott torok, mely tantaloszi lehetőséget kínál világegyetemek közti utazáshoz, csupán nagyon rövid ideig létezik s utána bezárul. A féreglyuk még csak annyi ideig sem létezik, hogy a fény átjuthasson az egyik univerzumból a másikba. A lyuk valójában a gravitáció következtében záródik be. Ez nagyon elszomorító, mert ha eltekintünk a féreglyuk gyors evolúciójától és csupán a torok geometriáját vesszük figyelembe, úgy tűnik, hogy a féreglyuk saját világegyetemünk két különböző régióját is összekötheti. A tér eléggé sík lehet a féreglyuk mindkét szájánál, de finoman görbül eléggé messze a lyuktól, úgy hogy a kapcsolat tényleg egy rövidítő a tér egyik pontjából a másikba.

Ha az egész világegyetemet síknak képzeljük el, kivéve a féreglyuk száját, a Kép5-ös hasonló képet kapunk – mely esetén egy görbült féreglyuk egy teljesen sík univerzum két pontját köti össze – s ne zavarjon minket az, hogy a rajzon a távolság az egyik pontból a másikba a lyukon keresztül hosszabb, mint a normális téren keresztül, mivel egy igazi négydimenziós ábrázolásban még egy ilyen görbült féreglyuk is rövidítő A-ból B-be.

Vagy legalábbis az lenne, ha a lyuk eléggé hosszú ideig nyitva lenne és az utazáshoz nem lenne szükség fénynél nagyobb sebességre. De ez még nem a történet vége. Az egyszerű fekete lyuknak nincs töltése és nem forog. Elektromos töltéssel rendelkező forgó fekete lyuk esetén megváltozik a szingularitás tulajdonsága és ezáltal kaput nyit más világegyetembe – ráadásul fénynél kisebb sebességű mozgás esetén. Az elektromos töltés mozgása által keltett elektromágneses tér ellentétes irányúan hat, mint a gravitáció s megpróbálja szétvetni a lyukat. A rotációnak hasonló szerepe van. Még ekkor is akad azonban egy probléma – sohasem térhetünk vissza abba a pontba, ahonnan elindultunk. A téridő egy másik régiójába jutunk, melyet egy új univerzumnak is nevezhetünk. Ahhoz, hogy visszajussunk eredeti pontunkba, fénynél gyorsabb sebességgel kéne mozognunk.

Amíg Sagan meg nem kérte Thorne-t, hogy tanácsokkal segítse abból a célból, hogy Kapcsolat című műve tudományos oldalát minél hitelesebbé tegye, ez volt a matematikusok elképzelése a lehetséges átutazható makroszkopikus féreglyukakról.

Az idő csupán illúzió?

Csupán azért, mert úgy észleljük, hogy az idő egy bizonyos irányba folyik, azt jelenti egyben, hogy a “valóságban” is különbség van múlt és jövő közt? Ezen régi filozófiai kérdés került újraelemzésre a kvatummechanika keretein belül Huw Price által a Sidney Egyetemről. Price arra a következtetésre jutott, hogy azon elképzelés, mely szerint a múltra nincsen behatása a jövőnek, csupán egy antropocentrikus illúzió, “temporális asszimetriánk vetülete”. Jövőből kiinduló jelek segítségével, melyek meghatározzák a kvantumkísérletek eredményét, Price képes megoldani a kvantumvilág összes problémáját s paradoxonjait.

Ezen megközelítésnek már meglehetősen nagy a múltja, de következményeit még senki sem tisztázta annyira, mint Price a Mind folyóiratban megjelent cikkében. Például a Maxwell egyenletek egyik furcsa tulajdonsága, hogy két olyan megoldást engedélyez mozgó elektromos töltés esetében, melynél az egyik esetben a megoldás egy olyan elektromágneses hullám, mely a töltéstől a jövőbe mozog fénysebességgel (retardált hullám) és a másik esetben a hullám a jövőből mozog a részecske felé szintén fénysebességgel (advanzsált hullám). E másik típusú hullámoknak nem tulajdonítottak nagy jelentőséget, de néhány tudós, köztük Richard Feynman és Fred Hoyle, fizikálisan reálisnak tartotta ezen hullámokat.

Legújabban John Cramer vetette tudományos vizsgálat alá ezen hullámokat. Képzeljünk el egy kvantumobjektumot (például egy elektront), mely éppen kölcsönhatásba fog lépni egy másik részecskével. Ekkor egy ún. “felkínáló” hullámot (offering wave) fog kisugározni a jövőbe. A másik részecske felfogja ezen hullámokat és időben visszafelé szintén válaszhullámokat küld az elektronnak. Az advanzsált és retardált hullám kombinálódik és kapcsolatot hoz létre a két részecske között, mely bizonyos értelemben véve nem időszerű (temporális) s ezen kapcsolat határozza meg a kölcsönhatás eredményét abban a pillanatban, amikor az elektron sugározni kezdi “felkínáló” hullámait.

Mint Price megjegyzi, ezen megközelítés megoldja azt a klasszikus kvantumproblémát, amikor az elektronnak választania kell, hogy melyik résen keresztül mozogjon, ha egy két réssel ellátott falhoz jut. A kísérleti eredmények szerint, amikor csupán egyetlen elektron megy át az egyik résen, tulajdonságaira nagy hatással van az, hogy a másik rés nyitva van-e vagy nincs. A felkínáló hullám átmegy mindkét résen, de válaszhullám csupán az egyiktől jön – onnan, amelyiken az elektron át fog menni. Ezek szerint az ún. “kézszorítás” (handshake) folyamat figyelembe veszi mindkét rés jelenlétét még abban az esetben is, ha az elektron csupán az egyiken fog átmenni.

Számos fizikus szerint ezen elképzelések rémítők, mivel ellentmondanak a józan észnek. Számos, olyan spekulációkra adnak okot, mint például Henry Stapp cikke a Science XX. augusztusi számában, mely szerint agyunk hatással lehet olyan dolgokra, melyek már megtörténtek. Price megközelítése azonban alapot nyújt ahhoz, hogy megértsük, hogy alapjában véve hogyan is működhet az előre- és hátrairányuló okviszony, mely az ember számára úgy nyilvánul meg, hogy az idő folyásának meghatározott iránya van.

Price érvei nagyon bonyolultak, de egyszerűen megfogalmazva a dolgokat, az ok, amiért az események (melyeket a jelenben teszünk), úgy tűnnek számunkra, hogy nincsenek hatással a múltra, csupán az, hogy a múlt már figyelembe vette ezeket az eseményeket. Ha a jelenben valami mást szándékozunk tenni, a múlt már ezt tudni fogja, ezért “azt mondani, hogy ha feltételezzük, hogy jelenünk más, míg a múltunk ugyanaz marad, akkor ebből az következik, hogy a múltunk is más… nem igaz állítás, persze csupán logikailag. Nincs szükség semmilyen aszimmetriára, hogy ezt megmagyarázzuk”.

Azok számára, kiket jobban érdekel a matematika, Price John Bell híres egyenlőtlenségét elemzi, mely esetben két egymástól nagyon távol levő kvantumrendszer úgy tűnik, hogy kapcsolatban van egymással – Einstein e kapcsolatot “kísérteties távolba hatás”-nak nevezte. Price elképzelése szerint e távolba hatás valós és alapjában véve megegyezik Cramer “handshake” folyamatával. Price szerint azonban nincsen határa a szabad akaratnak. Bármilyen választás mellett döntünk, és bármit is teszünk, a múltunk már tud erről, de ez nem akadályoz meg abban, hogy válasszunk és “nem várhatjuk el, hogy “lássuk” múltba irányuló hatásunkat a választás során”. S ez mindenesetre rossz hír Stapp számára. “Éppen itt az ideje”, mondja Price, “hogy olyan figyelmet szenteljünk ennek az elhanyagolt megközelítésnek (a kvantummechanikához), melyre méltón rászolgált.”

Fordította: Knézel Péter (ArDi)
Forrás: Auranka

A weboldal cookie-kat használ a szolgáltatások minőségének javítására. További információ

A sütik kezelésére vonatkozó EU-s irányelvek előírják, hogy az adott honlap látogatóiról csak előzetes, megfelelő tájékoztatással társított, egyértelmű és önkéntes hozzájárulásukkal lehet adatokat gyűjteni. A süti egy olyan információ csomag, melyet az internet böngészése során a szerver hoz létre és egy ún. időpecsét alapján egy előre meghatározott ideig tárolódik a felhasználó gépén. Jellemzően olyan honlap látogatási információkat, mint a böngészési előzmények, érdeklődési kör, de tárolhat jelszavat és webshop esetében bevásárlókosár tartalmat egyaránt. A sütikben tárolt adatok alkalmasak a visszatérő vagy az oldalon már regisztrált látogató beazonosítására, így az általuk preferált információk és előzmények alapján támogatják azokat a weboldal szolgáltatásokat és funkciókat, melyek a látogatót leginkább érdekelhetik, így képesek a felhasználói élmény növelésére.

Bezár