Vad man ska läsa: Korta svar på stora frågor är Stephen Hawkings senaste bok

2024 Författare: Malcolm Clapton | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 04:11

Ett utdrag ur den store vetenskapsmannens arbete om huruvida tidsresor är möjliga.

Nära relaterat till tidsresor är förmågan att snabbt förflytta sig från en punkt i rymden till en annan. Som jag sa tidigare visade Einstein att det skulle krävas oändligt kraftfull jetkraft för att accelerera en rymdfarkost till nästan ljushastighet. Så det enda sättet att förflytta sig från en del av galaxen till en annan inom rimlig tid är att kunna vika rum-tid på ett sådant sätt att ett litet rör, eller "maskhål" bildas. Den kan länka samman två delar av galaxen och fungera som den kortaste vägen mellan dem; du kan flyga fram och tillbaka och fortfarande fånga alla dina vänner vid liv. Sådana "maskhål" betraktades på allvar som en möjlighet för framtidens civilisation. Om du lyckas flytta från en del av Galaxy till en annan på ett par veckor, då kan du återvända genom ett annat "hål" - samtidigt innan du ger dig ut på vägen. Dessutom kommer ingenting att hindra dig från att resa framåt och återvända till det förflutna genom ett "maskhål" om båda ändarna av det rör sig i förhållande till varandra.

Vi kan säga att för att skapa ett "maskhål" är det nödvändigt att böja rumtiden i motsatt riktning mot den som vanlig materia böjer den in i. Vanlig materia böjer rumtiden mot sig själv, som jordens yta. Men att skapa ett "maskhål" kräver materia som böjer rumtiden i motsatt riktning, som ytan på en sadel. Detsamma gäller för alla andra krökningar av rymdtiden att resa in i det förflutna, såvida inte universum är så krökt att det redan har tidsresekapacitet. Endast i detta fall kommer du att behöva materia med negativ massa och negativ energitäthet.

Energi är som pengar. Om du har ett positivt saldo på banken kan du använda pengarna hur du vill. Men enligt de klassiska lagarna, som tills nyligen ansågs oföränderliga, är övertrassering inte tillåten när man använder energi.

Klassiska lagar gör det omöjligt för oss att böja universum så att tidsresor blir möjliga. Men de klassiska lagarna vederläggs av kvantteorin - den andra efter den allmänna relativitetsteorin, den stora intellektuella revolutionen i vår förståelse av universum. Kvantteorin är mer flexibel och tillåter övertrassering i vissa fall. Banken bör dock vara snäll mot oss. Kvantteorin tillåter med andra ord en negativ energitäthet på vissa ställen, om du tillhandahåller en positiv densitet på andra.

Kvantteorin tillåter negativ energitäthet eftersom den bygger på principen om osäkerhet. Och han hävdar att vissa egenskaper, såsom positionen och hastigheten för en partikel, inte samtidigt kan ha exakt uppmätta värden. Ju mer exakt partikelns position bestäms, desto större är osäkerheten om dess hastighet och vice versa. Osäkerhetsprincipen gäller även för fält - till exempel för ett elektromagnetiskt eller gravitationsfält. Han menar att dessa fält inte kan ha ett nollvärde även där vi tror att det finns tomt utrymme. Faktum är att om deras värden är lika med noll, betyder det att de måste ha en väldefinierad position, lika med noll, och en väldefinierad hastighet lika med noll. Och detta strider mot osäkerhetsprincipen. Detta innebär att fälten måste ha en viss minimal fluktuation. Man kan föreställa sig de så kallade vakuumfluktuationerna i form av par av partiklar och antipartiklar som plötsligt uppstår, separeras, sedan smälter samman igen och utplånar, ömsesidigt utplånande.

Sådana par av partiklar - antipartiklar anses virtuella, eftersom de inte kan detekteras direkt med en partikeldetektor. Men en indirekt effekt kan observeras. För detta används den så kallade Casimir-effekten. Försök att föreställa dig två parallella metallplattor på kort avstånd från varandra. Plattorna fungerar som speglar för virtuella partiklar och antipartiklar. Det betyder att utrymmet mellan plattorna ser ut som en orgelpipa, bara den sänder ljusvågor med en viss resonansfrekvens. Som ett resultat visar det sig att en viss mängd kvantfluktuationer uppstår mellan plattorna, annorlunda än vad som händer bakom dem, där dessa fluktuationer kan ha vilken våglängd som helst. Skillnaden i antalet virtuella partiklar mellan plattorna och utsidan gör att plattorna är under mer tryck på ena sidan än på den andra. En liten kraft uppstår som för plattorna närmare varandra. Denna kraft kan mätas experimentellt. Så virtuella partiklar finns i verkligheten och har en verklig effekt.

Eftersom det finns färre virtuella partiklar, eller kvantfluktuationer i ett vakuum, mellan plattorna är energitätheten också lägre här än i det omgivande rummet. Men energitätheten för tomt utrymme på stort avstånd från plattorna bör vara lika med noll. Annars kommer rum-tiden att krökas och universum kommer inte att vara helt platt. Det betyder att energitätheten i området mellan plattorna måste vara negativ.

Experimentellt bevisad avböjning av ljus indikerar att rumtiden är krökt, och Casimir-effekten bekräftar att krökningen kan vara negativ. Och det kan tyckas att när vetenskap och teknik utvecklas kommer vi att kunna skapa "maskhål" eller böja rum och tid på något annat sätt för att kunna resa in i det förflutna. Men i det här fallet uppstår oundvikligen ett antal frågor och problem.

Till exempel: om tidsresor blir möjliga i framtiden, varför har ingen återvänt till oss från framtiden och berättat för oss hur vi ska göra.

Även om det finns goda skäl att hålla oss i mörkret, är det i sig svårt för människor att tro att ingen vill dyka upp och avslöja för oss stackars efterblivna bönder tidsresans hemlighet. Vissa hävdar förstås att gäster från framtiden redan besöker oss – de flyger på UFO:n och regeringar är inblandade i en gigantisk konspiration för att täcka över dessa fakta för att kunna använda den vetenskapliga kunskap som gästerna bär med sig. Jag kan bara säga en sak: om regeringar döljer något kan de fortfarande inte använda den användbara informationen från utomjordingar. Jag är väldigt skeptisk till "konspirationsteori" och jag finner mer rimlig "röra teori". UFO-rapporter kan inte uteslutande relateras till utomjordingar eftersom de är inbördes motstridiga. Men om vi erkänner att vissa av dessa observationer bara är fel eller hallucinationer, är det inte mer logiskt att erkänna att de är det, än att tro att vi får besök av gäster från framtiden eller från en annan del av galaxen? Om dessa gäster verkligen vill kolonisera jorden eller varna oss för någon form av fara, då är de extremt ineffektiva.

Det finns ett sätt att förena idén om tidsresor med det faktum att vi aldrig har träffat gäster från framtiden. Vi kan säga att sådana resor bara kommer att bli möjliga i framtiden. Rymdtiden för vårt förflutna är fixerad eftersom vi observerade den och såg att den inte var tillräckligt böjd för att vi skulle kunna resa tillbaka i tiden. Och framtiden är öppen, så någon gång kommer vi att lära oss att böja rumtiden och få möjligheten att resa i tiden. Men eftersom vi kommer att kunna böja rumtiden bara i framtiden, kommer vi inte att kunna återvända från den till vår nutid eller ännu tidigare.

En sådan bild kan mycket väl förklara varför vi inte upplever en tillströmning av turister från framtiden. Men det lämnar fortfarande utrymme för många paradoxer. Anta att det finns en möjlighet att flyga i ett rymdskepp och återvända innan flygningens början. Vad kommer att hindra dig från att detonera en raket vid uppskjutningsplatsen och därmed utesluta möjligheten till en sådan flygning för dig själv? Det finns andra inte mindre paradoxala versioner: till exempel att gå tillbaka i tiden och döda dina föräldrar innan du föddes. Det finns två möjliga lösningar på detta.

En sak skulle jag kalla ett konsekvent historiskt synsätt. I det här fallet kan man hitta en konsekvent lösning på de fysiska ekvationerna – även om rumtiden är krökt så långt att det är möjligt att resa in i det förflutna. Ur denna synvinkel kan du inte förbereda en raket för resa in i det förflutna om du inte har återvänt till den och inte har kunnat spränga uppskjutningsrampen. Detta är en sekventiell bild, men den säger att vi är helt bestämda: vi kan inte ändra våra tankar. Detta är för mycket för fri vilja.

En annan lösning kallar jag det alternativa historiska synsättet. Det försvarades av fysikern David Deutsch, och var förmodligen menat av skaparna av Tillbaka till framtiden. Med detta tillvägagångssätt kommer det i en alternativ historia inte att finnas någon återvändo från framtiden före raketens uppskjutning och följaktligen kommer det inte att finnas någon möjlighet att detonera den. Men när resenären återvänder från framtiden, hamnar han i en annan alternativ historia. I den gör människosläktet otroliga ansträngningar för att bygga ett rymdskepp, men innan man börjar från en annan del av galaxen dyker ett liknande skepp upp och förstör det konstruerade.

David Deutsch föredrar ett alternativt historiskt förhållningssätt till begreppet mångfald av historier, som lades fram av fysikern Richard Feynman. Hans idé är att universum enligt kvantteorin inte har en unik och unik historia.

Det finns alla möjliga berättelser i universum, var och en med sin egen grad av sannolikhet.

Det borde finnas en möjlighet till en historia där det råder en stabil fred i Mellanöstern, men sannolikheten för en sådan historia är med största sannolikhet låg.

I vissa berättelser är rymdtiden förvriden så att föremål som raketer kan återgå till sitt förflutna. Men varje berättelse är integrerad och självförsörjande, och beskriver inte bara den krökta rumtiden, utan också alla objekt i den. Därför kan raketen, som återvänder, inte komma in i en annan alternativ historia. Det förblir i samma historia, som måste vara självständigt. Och jag, till skillnad från Deutsch, tror att idén om ett flertal berättelser fungerar till förmån för ett konsekvent historiskt snarare än ett alternativt historiskt tillvägagångssätt.

Tydligen är vi inte i en position att överge den konsekventa historiska bilden. Men detta kanske inte tar upp frågorna om determinism och fri vilja om det finns en mycket liten sannolikhet för berättelser där rumtiden är krökt så att tidsresor är möjliga bortom den makroskopiska skalan. Jag kallar detta för kronologisäkerhetshypotesen: fysikens lagar är utformade för att förhindra tidsresor på makroskopisk nivå.

Det ser ut som om det ser ut som om rum-tiden är böjd nästan tillräckligt för att tillåta resor in i det förflutna, så kan virtuella partiklar bli nästan riktiga partiklar som rör sig längs slutna banor. Densiteten av virtuella partiklar och deras energi ökar avsevärt, vilket innebär att sannolikheten för sådana berättelser är mycket liten. Även om detta börjar liknas vid verksamheten i en kronologisk skyddsbyrå som försöker bevara världen för historiker. Men temat för krökningen av rum och tid är fortfarande i sin linda. Enligt en förenande form av strängteori känd som M-teori, som vi har stora förhoppningar om att förena generell relativitetsteori och kvantteori, borde rumtiden ha elva dimensioner, inte de fyra vi upplever.

Summan av kardemumman är att sju av dessa elva dimensioner är ihoprullade till ett så litet utrymme att vi inte märker det. Å andra sidan är de återstående fyra dimensionerna praktiskt taget platta och representerar vad vi kallar rum-tid. Om denna bild stämmer borde det vara möjligt att på något sätt koppla ihop de fyra platta dimensionerna med de återstående sju kraftigt böjda eller förvrängda dimensionerna. Vad det kommer att bli vet vi inte ännu. Men möjligheterna är spännande.

Avslutningsvis kommer jag att säga följande.

Våra moderna koncept utesluter inte möjligheten till snabba rymdresor och återgång till det förflutna. Detta kan skapa enorma logiska problem, så låt oss hoppas att det finns någon slags Chronology Security Law som kommer att förhindra människor från att gå tillbaka i tiden och döda sina föräldrar.

Men science fiction-fans borde inte bli upprörda. M-teorin ger hopp.

Det sista verk av den världsberömda fysikern Stephen Hawking, ett boktestamente, där han sammanfattar och talar ut om de viktigaste ämnena som berör alla.

Kommer mänskligheten att överleva? Ska vi vara så aktiva i rymden? Finns det en Gud? Det här är bara några av frågorna som besvaras i hans sista bok av en av historiens största hjärnor.