A viagem no tempo não é levada mais a sério do que a imaginação dos escritores de ficção científica. Na verdade, este é um fenômeno único - a derivação direta de equações que descrevem a física de nosso mundo. O que pode tornar essa viagem uma realidade está em nosso material.
Nossa colunista e física Daria Zaremba acredita que o esforço para traduzir a ideia de viagem no tempo na prática pode contribuir para o progresso científico e descobertas não convencionais. Afinal, é assim que nascem matérias exóticas, foguetes fotônicos e novas propriedades de objetos astrofísicos. Ela compilou um dicionário de mecanismos que poderiam teoricamente enviar humanos em uma viagem no tempo.
B - Warp drive
A warp drive é uma tecnologia hipotética de viagem ao futuro, na qual, devido à deformação da tela do espaço-tempo, o efeito do movimento é criado a uma velocidade superior à da luz.
Imagine que você está deitado sobre um tapete e precisa, sem se mover, estar além de sua borda frontal. Uma solução possível é amassar a frente do carpete embaixo de você e puxar puxando a parte de trás. Aproximadamente o mesmo pode ser feito com o "tapete" do espaço-tempo: este é o princípio usado por uma hipotética nave estelar movida por um warp drive.
Ele comprime o espaço à sua frente e o expande para trás, criando a ilusão de movimento a uma velocidade várias vezes superior à da luz. Neste caso, não haverá forças de maré dentro da nave e a aceleração real será igual a zero.
A tripulação pode facilmente saborear coquetéis com canudinho ou até mesmo relaxar no jacuzzi borbulhante, enquanto a nave estelar irá “enlouquecer” o espaço-tempo para si mesma, levando os viajantes às entranhas da Galáxia.
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Um modelo de máquina do tempo baseado na tecnologia de warp drive é a Alcubierri Bubble, em homenagem ao seu inventor mexicano, Miguel Alcubierri.
Toda a física de viajar para o futuro em tal "unidade" é baseada nos postulados da Teoria Especial da Relatividade, que dizem que depois que a bolha parar, a tripulação encontrará o mundo exterior envelhecido por muitos anos, porque para eles o tempo dentro da bolha diminuiu.
Nesse caso, não haverá violação do princípio do absoluto da velocidade da luz, porque, neste caso, o movimento mais rápido do que a luz não significa que a própria bolha está se movendo a essa velocidade, mas que a bolha alcançará seu destino mais rápido do que um raio de luz se movendo para fora da bolha.
Mas para criar tal efeito de deformação do espaço-tempo, uma matéria especial é necessária, exibindo propriedades físicas não convencionais - "matéria exótica", que criará uma concha (bolha) ao redor da espaçonave e fornecerá o próprio "raking" do espaço. Embora o progresso na produção de tal matéria não tenha sido observado, o raciocínio sobre a adequação de um mecanismo de dobra na prática é bastante limitado.
O mecanismo teórico do warp drive.
D - Gravidade
Gravidade - em um sentido amplo - uma manifestação da curvatura do espaço-tempo, em sentido restrito - a força que atrai objetos.
O conhecido funcionário do escritório de patentes - Albert Einstein ajudou a abrir as portas para o mundo da "gestão do tempo". Para fazer isso, ele precisava estabelecer apenas duas coisas: primeiro - que o espaço e o tempo estão inextricavelmente ligados; segundo - que os corpos massivos com sua massa são capazes de deformar essa tela espaço-tempo, criando a gravidade.
Em outras palavras, Einstein provou que a Terra (como outros corpos massivos semelhantes), "dobrando" o "trampolim" do espaço com sua massa (criando órbitas circulares em torno de si mesma), ao mesmo tempo desvia o tempo, ou seja, diminui seu curso à medida que se aproxima à superfície (e mais fundo).
A natureza revolucionária dessa ideia era que, pela primeira vez, não era mais percebida como um valor absoluto na mecânica clássica. Verificou-se que o relógio de pulso de um mineiro e de um alpinista tem tiques diferentes (embora seja imperceptível em tal escala), um irmão gêmeo que mora perto do rio é mais jovem (de novo, não significativamente), seu irmão mora em uma casa em uma montanha, e o núcleo da Terra é mais jovem sua superfície.
Assim, foi encontrada uma maneira de desacelerar o tempo de "alguém" e, assim, viajar para o futuro, aproximando-se, por exemplo, de um corpo cuja massa é muitas vezes maior que a massa da Terra, e então retornar ao planeta natal e contemplar o mundo do futuro.
D - buraco negro
Um buraco negro é um objeto no espaço que entrou em colapso sob a influência de suas próprias forças gravitacionais a tal ponto que nem mesmo a radiação eletromagnética pode escapar de seu campo gravitacional.
O melhor objeto para viajar para o futuro, se você escolher o mecanismo gravitacional para influenciar o tempo, é definitivamente um buraco negro.
Para percorrer essa jornada, você precisará ir ao espaço diretamente para ela. Desça até lá em um cabo super-forte, mas apenas para não cruzar o horizonte de eventos - a fronteira em um buraco negro, seguido de "espaguetificação" - esticando e rasgando todos os objetos que lá chegaram sob a influência da gravidade singular.
Enquanto você permanecer nessa posição, o tempo ficará mais lento para você. Ao mesmo tempo, é completamente imperceptível para você, porque tudo em seu sistema de referência fica mais lento: metabolismo, relógio biológico, batimento cardíaco, movimento de elétrons em átomos e assim por diante.
Mas se, de alguma maneira milagrosa, você pudesse espiar os terráqueos de seu buraco negro, então pareceria que eles estão se movendo a uma taxa dez vezes maior! E eles, olhando para você, pensariam que estão assistindo a um vídeo com efeito de câmera lenta.
Assim, o seu um dia perto de um buraco negro corresponde a quase três anos de vida na Terra (também depende de quão perto você está do horizonte - o tempo pára por aí). E quando você, pendurado tão pouco, retornar ao seu planeta natal, você notará que o mundo é velho o suficiente em sua ausência. Voila - você está no futuro!
O mecanismo de viagem para o futuro por meio do efeito da dilatação do tempo próximo ao horizonte de eventos de um buraco negro. Os cones na imagem são "cones de luz" - a hipersuperfície do espaço-tempo que limita as áreas do futuro e do passado em relação a um determinado evento. A inclinação do cone demonstra a mudança no tempo para o astronauta. Mais detalhes sobre a estrutura do cone de luz na imagem abaixo:
Cone de luz.
Além de ser usado como um "moderador gravitacional", os buracos negros giratórios podem ser úteis para viagens ao passado. O fato é que, devido ao seu campo gravitacional, eles são capazes de criar as chamadas "curvas temporais fechadas", movendo-se ao longo das quais o viajante pode recuar no tempo.
Mas a “utilidade” dos buracos negros como máquinas do tempo também não termina aí. De acordo com o físico e matemático inglês Roger Penrose, alguns buracos negros - nomeadamente aqueles com carga ou rotação - podem servir como "portas" para os universos do futuro.
De acordo com o diagrama de Penrose, além do horizonte de eventos, as coordenadas espaciais são trocadas com as temporais.
O que é incomum nos buracos negros com carga ou momento de rotação é que eles devem ter dois desses horizontes de eventos. Conseqüentemente, a substituição das coordenadas espaciais e temporais também ocorrerá duas vezes.
Acontece que, pulando em tal buraco, o astronauta irá primeiro superar um horizonte de eventos - o ponto sem retorno, e então o segundo, seguido pelo universo do futuro. Mas é improvável que tais pessoas temerárias sejam encontradas, então a hipótese permanece duvidosa.
З - Curva tipo tempo fechada
Uma curva fechada semelhante ao tempo é uma linha de mundo (uma curva no espaço-tempo que descreve o movimento de um corpo) na estrutura do espaço-tempo, que retorna um objeto a um evento (um ponto no espaço-tempo) que já passou.
ZVK - uma das soluções matemáticas da equação da Relatividade Geral. É esse fenômeno físico que é mais frequentemente interpretado como o principal mecanismo de viagem ao passado.
De acordo com as equações gravitacionais, uma curva fechada semelhante ao tempo pode se formar onde um objeto massivo ou um poderoso campo gravitacional se move e literalmente "puxa" o espaço-tempo para trás. É por isso que, por exemplo, apenas buracos negros em rotação podem criar ZVK - o campo gravitacional estático não é capaz de formá-los.
Movendo-se ao longo do CEC, o objeto retorna às mesmas coordenadas espaciais de onde saiu, mas com o tempo de chegada antes de sua saída. Ou seja, ele realmente faz uma viagem ao passado.
L - Laser
Um laser (de amplificação de luz por emissão estimulada de radiação) é um dispositivo que emite um intenso feixe eletromagnético estreito monocromático de propagação de longo alcance.
Devido às suas características, o feixe de laser tem uma densidade de energia aumentada, que pode até ultrapassar a densidade de energia de uma explosão nuclear (com redução máxima na largura do feixe).
O autor de uma das máquinas do tempo mais simples e sofisticadas em implementação é o físico teórico da Universidade de Connecticut, Ronald Mallett.
A ideia de criar tal dispositivo surgiu do professor na infância, quando seu pai morreu inesperadamente de ataque cardíaco aos 33 anos. O professor tem repetidamente admitido que tudo o que ele conquistou no campo da ciência se baseia em seu amor infinito por seu pai e no desejo de vê-lo novamente.
Por muitos anos, Ronald trabalhou em seu modelo de máquina do tempo, escondendo-o dos colegas e "se escondendo" no estudo dos buracos negros. E com cerca de 70 anos de idade conseguiu obter o resultado desejado.
O modelo de Mallet é baseado na energia de um feixe de laser. E sua criação foi facilitada pela mais famosa equação de Einstein - E = mc2.
Desta fórmula lendária, segue-se que a massa é equivalente à energia, o que significa que a tela do espaço-tempo também deve ser distorcida sob a influência de altas energias.
Agora vamos falar sobre a energia da radiação eletromagnética (no sentido estrito - luz). É transferido, como você sabe, por meio de fótons - "porções" de radiação eletromagnética. Os últimos, por sua vez, possuem energia, que pode ser calculada por meio de uma fórmula especial: E = hv, onde h é o coeficiente de proporcionalidade (constante de Planck) e nu é a frequência do fóton.
Assim, verifica-se que um feixe de luz também pode criar um campo gravitacional, uma vez que possui energia. Foi esse pensamento que lançou as bases para os trabalhos científicos de Ronald Mallet.
O cientista pegou um poderoso feixe de laser e com a ajuda de um sistema de espelhos o fez circular em círculo, criando um chamado anel de laser. A ideia é que a tela do espaço-tempo dentro desse anel seja distorcida, girando como um redemoinho.
Observamos o mesmo quando mexemos o chá com uma colher. Devido a essas "manipulações", junto com o espaço, o tempo dentro do anel fecha-se em um loop, o que torna possível mover objetos que entraram no passado.
A geometria da máquina do tempo de Ronald Mallett.
Segundo o professor, essa unidade será capaz de enviar mensagens codificadas ao passado, transferindo partículas no tempo. É verdade que tal mensagem só poderá viajar até a criação desta máquina do tempo: servirá tanto como transmissora quanto como receptora.
Assim, será possível, por exemplo, alertar pessoas do passado sobre desastres iminentes. No que diz respeito ao movimento dos macroobjetos dessa forma, aqui os cientistas terão, como dizem, suor.
Mas essa máquina do tempo também tem suas "armadilhas". Por exemplo, a teoria foi criticada por Allen Everett e Ken Olum pela geometria espaço-temporal incorretamente escolhida para a formação da curva fechada tipo tempo (CTC) esperada.
Os cientistas também ficaram constrangidos com a quantidade de energia necessária: de acordo com seus cálculos, para provocar SEC no espaço-tempo, o diâmetro do anel de laser deve exceder o tamanho do Universo visível. E embora Ronald tenha tentado reduzir a quantidade de energia necessária diminuindo a emissão de luz de seu laser, os feixes lentos se mostraram inúteis no estudo.
O - energia negativa
A energia negativa é uma das variedades de "matéria exótica" (mais precisamente - "energia"), obtida através do efeito Casimir, que pode ser usada para viajar ao passado, bem como para manter buracos de minhoca.
De forma simplificada, a "receita" para a obtenção dessa energia pode ser descrita da seguinte forma:
Pegue dois metais de platina sem carga e coloque-os no vácuo. Juntamos os pratos tanto quanto possível, mas para que não se toquem.
Observamos a atração dos pratos entre si. Isso se deve ao fato de que o vácuo na verdade tem energia - embora não contenha partículas familiares para nós, pares de partículas virtuais e antipartículas surgem constantemente e se aniquilam (aniquilam-se mutuamente) nele.
Esses processos geram pressão. Mas, como deixamos um pequeno espaço entre as placas, a concentração de partículas de antipartículas ali é muito menor do que no espaço ao redor. Portanto, uma pressão mais forte de fora começa a aproximar as placas.
Enquanto puxam, as placas reduzem a energia do vácuo entre elas abaixo do ponto zero normal, criando assim um espaço de energia negativa.
Efeito Casimir.
O fenômeno do aparecimento de energia negativa como resultado de tal experimento é chamado de efeito Casimir - em homenagem ao físico holandês Hendrik Casimir. Essa energia pode causar a curvatura do espaço-tempo necessária para viajar ao passado.
No entanto, a quantidade de energia negativa gerada desta forma é insignificante em comparação com o quanto é necessária para o efeito de deformação adequado. Mas, como observam os cientistas, o desenvolvimento de um mecanismo já é um bom progresso.
R - efeitos relativísticos
Os efeitos relativísticos são fenômenos físicos observados quando um objeto se move a velocidades próximas à da luz. Eles são o objeto de estudo da mecânica relativística com base na teoria da relatividade especial.
Entre todos os efeitos relativísticos, como o aumento da massa, a diminuição do comprimento de um objeto, o mais interessante e prático, do ponto de vista do uso em viagens no tempo, é o efeito da dilatação do tempo.
De acordo com a Teoria da Relatividade Especial, para um corpo se movendo a uma velocidade comparável à velocidade da luz, o tempo fica mais lento em relação aos corpos em repouso.
Essa teoria encontrou sua confirmação experimental em 1971, quando dois desesperados físicos Hafele e Keating voaram ao redor do mundo duas vezes com quatro relógios atômicos a bordo. Ao pousar, eles descobriram que o relógio de viagem estava realmente atrasado nas horas restantes no Observatório Naval dos Estados Unidos.
Como uma oportunidade de viagem no tempo, pode ser assim. Digamos que você encontrou uma maneira de acelerar sua espaçonave para 99,5% da velocidade da luz. Nesse caso, você pode chegar a uma das estrelas mais próximas em, digamos, um minuto. Quatro anos se passarão na Terra.
Assim, no caminho de ida e volta, você passará dois minutos de seu tempo subjetivo - devido ao efeito da dilatação do tempo na nave, e quando retornar à Terra, você a encontrará oito anos mais velha.
A propósito, abençoe o grande Einstein toda vez que você procurar uma lanchonete próxima em mapas online: se os satélites GPS não levassem em consideração essas desacelerações de velocidade do tempo (e eles se movem a uma velocidade orbital de 14.000 km / h), o marcador da localização de que você precisa seria exibido com um erro de quilômetro …
No entanto, acelerar a uma velocidade próxima à da luz não é uma tarefa fácil. Einstein estabeleceu que a velocidade da luz é a velocidade máxima possível de movimento e só pode ser alcançada por algo sem massa. Quanto maior a massa de um objeto, menor é a probabilidade de atingir a velocidade da luz.
Uma das razões para isso é o aumento colossal da massa ao atingir velocidades próximas à da luz. É por isso que, por exemplo, os fótons, partículas de luz que não têm massa de repouso, podem se mover com essa velocidade.
Embora hoje haja ideias para a criação dos chamados foguetes fotônicos (como o foguete do norueguês Professor Haug), a aceleração a tais velocidades é incompatível com a vida da tripulação devido a sobrecargas excessivas. Portanto, por enquanto, estamos falando sobre essa forma de viajar para o futuro apenas em teoria.
H - buraco de minhoca
Um buraco de minhoca, ou buraco de minhoca, é uma passagem teórica na estrutura do espaço-tempo que conecta dois eventos distantes (pontos no espaço-tempo) no universo.
Os buracos de minhoca são como buracos negros percorríveis. Eles também têm um horizonte de eventos, mas só depois de passar por ele não o separa sob a influência da forte gravidade, mas apenas "cospe" do lado oposto, já em outro ponto do espaço-tempo (o principal é não confundir um buraco negro com uma toupeira, caso contrário, em vez de viajar para outro vez que você vai passar "para o próximo mundo").
Essas entradas e saídas são chamadas de bocas e são conectadas por um túnel na garganta que passa pelo Universo. Um buraco de minhoca pode conectar eventos passados e futuros.
Existe uma suposição de que todo o nosso Universo está repleto de buracos de minhoca. Só agora eles existem na forma de "espuma quântica" em níveis incrivelmente microscópicos: eles são tantas vezes menores que o núcleo atômico, quanto o núcleo é menor que o planeta Terra (estamos falando da chamada espuma do espaço-tempo de John Wheeler).
E existe a hipótese de que, no processo de expansão do universo, esses buracos de minhoca microscópicos poderiam ter aumentado para um tamanho perceptível.
Os cientistas também sugerem que os buracos negros podem ser a "boca de entrada" de alguns buracos de minhoca. Segundo o famoso astrofísico-teórico e cosmólogo Igor Novikov, os núcleos de algumas galáxias podem não ser buracos negros supermassivos, mas a entrada de um buraco de minhoca.
É por isso que, como observa o professor, ao procurar por buracos de minhoca, deve-se primeiro olhar para o centro da galáxia. Segundo o cientista, é bem possível que alguns buracos de minhoca possam conectar eventos (pontos no espaço-tempo) de dois universos diferentes.
O problema com um buraco de minhoca, entretanto, é que ele entra em colapso antes que qualquer coisa possa passar por ele. E para tornar um buraco de minhoca passável e mais ou menos estável, é necessário um campo com densidade de energia negativa, que manterá suas bocas abertas.
A antigravidade criada por tal matéria atuará contra as forças da gravidade ("compressão") do buraco de minhoca, e assim será possível forçá-lo a permanecer por mais tempo em um estado transitável e, ao mesmo tempo, aumentar seu tamanho.
O popular físico e astrônomo americano Kip Thorne propôs um mecanismo para manter um buraco de minhoca colocando placas condutoras paralelas em lados opostos dele.
Isso, de acordo com o efeito Casimir, criará energia negativa em ambos os lados, o que impedirá o colapso da toca. Ao mesmo tempo, sob a influência da energia negativa, o buraco de minhoca se expandirá, o que é muito útil se você está acostumado a viajar no tempo em uma espaçonave impressionante (continuando a hipótese de Thorne, o astrofísico da Universidade de Cambridge Luke Butcher propôs uma forma mais eficaz de criar energia negativa dentro de um buraco de minhoca por meio da geração seu próprio buraco de minhoca, sem o uso de placas).
No entanto, as quantidades dessa energia negativa para manter um buraco de minhoca devem ser enormes. Ao mesmo tempo, cálculos mostram que esse número tem um limite próprio, o que tranquiliza um pouco os escritores de ficção científica.
Modelagem por Kip Thorn da aparência da boca de um buraco de minhoca dependendo de seu comprimento e lente.
E - Matéria exótica
Matéria exótica é a matéria que de uma forma ou de outra difere da clássica e possui propriedades “exóticas”. Será considerada uma matéria com massa negativa, ou capaz de se mover em velocidade superluminal, ou composta por partículas diferentes de nossos bárions usuais (ou seja, prótons e nêutrons) - como a matéria escura, por exemplo.
Na teoria da viagem no tempo, a matéria exótica desempenha um dos papéis principais na realização da viagem ao passado. Os teóricos dizem que se uma substância exótica é criada ou descoberta que pode deformar o espaço-tempo de uma forma não convencional, um loop de tempo pode se formar na estrutura do continuum espaço-tempo, adequado para retroceder no tempo.
Isso é evidenciado, por exemplo, pelo autor de um dos modelos matemáticos mais precisos da máquina do tempo - Domínios retrógrados acausais percorríveis no espaço-tempo (TARDIS) - matemático e físico canadense Ben Tippett:
“O efeito de curvatura do espaço-tempo com o qual estamos mais familiarizados é a gravidade: ela nos puxa para o centro da Terra e os planetas para o sol.
Mas, na teoria de Einstein, a curvatura do espaço-tempo pode gerar muitos efeitos mais diversos: corpos massivos em rotação puxam objetos próximos na direção de sua rotação; O universo está se expandindo rapidamente; objetos massivos podem causar ondas gravitacionais medidas recentemente pelo observatório Ligo”, observa o cientista.
Segundo ele, a teoria de Einstein permite conectar diferentes tipos de curvatura do espaço-tempo com uma natureza diferente da matéria envolvida. "Nossa geometria do espaço-tempo foi projetada para permitir viagens no tempo, e a equação de Einstein nos diz o tipo de matéria que dobrará o universo dessa forma com seu peso: matéria exótica em particular."
Portanto, de acordo com o modelo de Tippet, a máquina do tempo deveria ser algo como uma "caixa" (uma estrutura fisicamente tangível) rodeada de matéria exótica.
Além disso, a densidade de energia negativa deve dar "exotismo" a este assunto: em outras palavras, deve criar algo como um campo antigravitacional e dobrar o espaço-tempo de uma forma incomum para nós - de modo que a linha do tempo se feche em um anel, formando uma curva semelhante ao tempo fechada.
O movimento TARDIS de Ben Tippett no espaço-tempo - ao longo de uma curva fechada em formato de tempo.
“Basta distribuí-lo do lado de fora da 'máquina' e o universo se dobrará conforme desejado em resposta à sua presença”, explica Ben.
Ben apresentou todos os cálculos que comprovam a possibilidade de criação de tal máquina do tempo em seu artigo publicado em 31 de março de 2017 na revista Classical and Quantum Gravity.
Matéria exótica com propriedades antigravidade também é necessária para manter a permeabilidade dos buracos de minhoca. Hoje, o tipo mais adequado de matéria exótica é considerado a energia negativa gerada devido ao efeito Casimir.
A viagem no tempo não parece tão fantástica para você? No próximo artigo de Daria Zaremba, leia sobre o que impede a humanidade de sonhar com esses deslocamentos - sobre refutar experimentos mentais, paradoxos da viagem ao passado e suas soluções.
Daria Zaremba
