Apjungus bendrąjį reliatyvumą, kvantinę mechaniką ir termodinamiką, tyrime parodyta, kad kelionės laiku gali būti įmanomos be šių loginių prieštaravimų.
Laiko kilpų fizika
Mūsų kasdienis laiko supratimas yra įsišaknijęs Niutono fizikoje, kur įvykiai linijiniu būdu eina iš praeities į ateitį. Tačiau Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, užbaigta 1915 m., paneigia šią intuityvią prielaidą. Ji atskleidė, kad erdvėlaikio audinys gali elgtis sveiku protu nesuvokiamais būdais, kaip rodo tokie reiškiniai kaip juodosios skylės. Viena iš įdomiausių jos prognozių – galimas uždarų laiko kreivių egzistavimas – erdvėlaikio keliai, kurie atsisuka atgal į save ir teoriškai leidžia keliautojui sugrįžti į praeitį.
„Bendrajame reliatyvume visos energijos ir impulso formos veikia kaip gravitacijos šaltiniai – ne tik masė, – teigia tyrimo autorius, Vanderbilto universiteto (JAV) fizikas Lorenzo Gavassino. – Tai reiškia, kad jei materija sukasi, ji gali „tempti“ erdvėlaikį kartu su savimi. Nors šis poveikis planetoms ir žvaigždėms yra nereikšmingas, tačiau kas būtų, jei suktųsi visa Visata?“.
Visatoje, kurioje visa materija sukasi, erdvėlaikis gali būti taip iškreiptas, kad laikas iš tikrųjų sulinksta atgal į save, sudarydamas kilpą. Erdvėlaivis, keliaujantis tokia kilpa, teoriškai galėtų grįžti į pradinį tašką ne tik erdvėje, bet ir laike. Nors visa mūsų Visata, atrodo, nesisuka tokiu būdu, besisukančios masės – pavyzdžiui, juodosios skylės – gali sukelti panašų efektą, sukurdamos potencialią aplinką uždaroms laiko kreivėms.
Keliavimo laiku paradoksai
Vienas iš didžiausių iššūkių keliaujant laiku būtų jo keliami paradoksai. Senelio paradoksas yra tik vienas iš pavyzdžių. Šios problemos kyla dėl to, kad darome prielaidą, jog termodinamikos dėsniai – t. y. šilumą ir energiją valdantys dėsniai – laiko kilpoje veiktų normaliai.
„Iš tikrųjų entropijos didėjimo dėsnis – termodinaminis dydis, kuriuo matuojamas sistemos netvarkos laipsnis – yra vienintelis fizikos dėsnis, pagal kurį atskiriama praeitis ir ateitis“, – teikia L. Gavassino. – Kiek mums žinoma, entropija yra vienintelė priežastis, dėl kurios mes prisimename praeities įvykius ir negalime nuspėti ateities.“
Entropija lemia daugelį mūsų kasdienių patirčių – nuo kūno senėjimo iki prisiminimų apdorojimo. Netgi tokie paprasti veiksmai, kaip ėjimas, priklauso nuo trinties, kuri pati savaime didina entropiją. Kaip šie procesai elgtųsi laiko kilpoje?
Kvantinis paradoksų sprendimas
L. Gavassino tyrime, paskelbtame 2024 m. gruodžio 12 d. žurnale „Classical and Quantum Gravity“, pateikiamas intriguojantis sprendimas. Įkvėptas fiziko Carloso Rovellio darbų, jis įrodė, kad termodinamikos elgsena uždaroje laiko kreivėje iš esmės keičiasi. Tokioje kilpoje atsiranda kvantinės fluktuacijos, galinčios ištrinti entropiją – procesas iš esmės skiriasi nuo to, ką patiriame kasdieniame gyvenime.
Šie svyravimai gali turėti dramatišką poveikį keliautojui laiku. Pavyzdžiui, mažėjant entropijai, gali išnykti žmogaus prisiminimai, o senėjimas gali būti atvirkštinis. „Entropijos didėjimas yra priežastis, kodėl mes mirštame. Kas atsitinka, kai mirtį apverčiame?“, – klausia L. Gavassino. Dėl šio reiškinio negrįžtami įvykiai, pavyzdžiui – senelio nužudymas – laiko kilpoje galėtų tapti laikinais, o tai visiškai panaikintų paradoksą.
„Dauguma fizikų ir filosofų praeityje teigė, kad jei kelionės laiku egzistuoja, gamta visada ras būdą, kaip užkirsti kelią prieštaringoms situacijoms, – teigia L. Gavassino. – Buvo įvestas „savaiminio nuoseklumo principas“, teigiantis, kad viskas turėtų derėti, kad būtų sukurta logiškai nuosekli istorija. Mano darbe pateikiamas pirmasis griežtas šio savikonkretumo principo išvedimas tiesiogiai iš fizikos. Tiksliau, taikiau standartinę kvantinės mechanikos sistemą – be papildomų postulatų ar prieštaringų prielaidų – ir parodžiau, kad istorijos savikonkretumas natūraliai išplaukia iš kvantinių dėsnių.“
Teorinės ir praktinės pasekmės
Nors L. Gavassino išvados siūlo įtikinamą teorinį kelionių laiku pagrindą, lieka klausimas: ar uždaros laiko kreivės iš tikrųjų egzistuoja realioje Visatoje? Dauguma fizikų yra skeptiški. Pavyzdžiui, 1992 m. Stephenas Hawkingas pasiūlė „chronologijos apsaugos prielaidą“ – teigdamas, kad fizikos dėsniai gali užkirsti kelią laiko kilpoms susiformuoti. Tai galėtų reikšti, kad erdvėlaikis taptų singuliarus – arba sugriūtų – prieš pat susidarant laiko kilpai.
Vis dėlto L. Gavassino darbas vertingas tuo, kad praplečia mūsų supratimo ribas.
„Man ši tema įdomi tuo, kad ji verčia mus galvoti apie entropijos vaidmenį kuriant mūsų Visatos patirtį, o tai tikriausiai yra mano mėgstamiausia tema visoje fizikoje“, – tuomet sakė S. Hawkingas.
Net jei laiko kilpos neegzistuoja, jų supratimas ir modeliavimas galėtų padėti suprasti realius reiškinius. Pavyzdžiui tyrinėjant, kaip reali entropija evoliucionuoja ir elgiasi pagal uždarą trajektoriją subatominiu masteliu, būtų galima gauti įdomių įžvalgų apie subatominių sistemų elgseną ir jų termodinamiką, rašo „Live Science“.
