Podróże w czasie to temat chętnie eksploatowany przez pisarzy science fiction. Nie ma się co dziwić – możliwość dowiedzenia się, jak będzie wyglądał nasz świat za sto lat, albo zwykłe sprawdzenie, jakie będą wyniki jutrzejszego losowania Lotto, rozpalają ludzką wyobraźnię. Jednak podróżami w czasie zajmują się również specjaliści z bardzo poważnymi tytułami naukowymi. I nie są to szaleńcy pracujący w egzotycznych szkołach, okupujących najniższe miejsca w rankingach, lecz badacze z czołowych uniwersytetów i instytutów na świecie. Dość powiedzieć, że prof. Stephen Hawking z University of Cambridge – ikona współczesnej fizyki – bierze udział w dyskusjach, czy podróże w czasie są możliwe. Wprawdzie Hawking akurat twierdzi, że nie, ale też nie pokazuje twardych dowodów matematycznych, tylko dzieli się swoimi przeczuciami.
A te mogą być złudne. Gdy na początku XX wieku jakiś student zapytał Einsteina, czy jego słynne równanie E=mc² oznacza, że wykorzystując zamianę materii na energię, można zbudować broń o niesamowitej sile rażenia, słynny uczony tylko go ofuknął. 20 lat później zbombardowano Hiroszimę. Gdy za punkt wyjścia przyjmiemy model czasoprzestrzeni, zaproponowany przez Einsteina w ogólnej teorii względności, który jak dotąd doskonale opisuje znaną nam rzeczywistość, okazuje się, że nie ma w tym modelu nic, co zakazywałoby podróży w czasie.
Gdzie te wycieczki?
A fizycy stali się ostatnio bardzo pokorni – jeśli model matematyczny czegoś nie zabrania, to nie upierają się, że jest to niemożliwe. Zajmują się raczej szukaniem warunków, które trzeba spełnić, by coś, co jest sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, stało się rzeczywistością.
Jednym z takich fizyków teoretyków jest prof. Amos Ori z izraelskiej uczelni Technion, który od kilku lat bada możliwości podróży w czasie. W swojej najnowszej pracy, opublikowanej w sierpniowym „Physical Review Letters”, pokazuje, że podróże w czasie są możliwe. Jest tylko jeden mały kruczek: nie da się podróżować wcześniej niż do momentu zbudowania maszyny czasu – swoistego portalu z przyszłości w przeszłość. Tym samym Ori odpiera główny argument Hawkinga, który twierdzi, że gdyby takie podróże były możliwe, to już dawno mielibyśmy w naszych czasach tysiące turystów z przyszłości.
Tymczasem taki najazd jest wielce prawdopodobny – tyle, że biznes zacznie się kręcić dopiero po tym, gdy uda nam się wreszcie zbudować pierwszy przyczółek dla chronopodróżników. O sprawdzeniu, kto zabił Tutanchamona, nie ma więc co marzyć, ale być może nasze prawnuki będą mogły przekonać się osobiście, jak wyglądał początek XXI wieku (albo chociaż początek IV RP).
Lot do przyszłości
Goście z przyszłości na pewno zauważą, że już w dzisiejszych – z ich punktu widzenia pewnie strasznie zacofanych – czasach potrafimy podróżować w czasie. Mało tego – na co dzień musimy radzić sobie z konsekwencjami takich podróży. Jest jeden szkopuł – nie rozpalają one aż tak wyobraźni, bo na razie opanowaliśmy tylko jeden kierunek: w przód. To zjawisko wynika wprost z ogólnej teorii względności i zwane jest dylatacją czasu.
Polega ona z grubsza na tym, że jeśli dwa przedmioty poruszają się względem siebie z różnymi prędkościami, to czas dla tych przedmiotów płynie z różną prędkością. Opisuje to słynny paradoks bliźniąt (nie ma w tym podtekstu politycznego!): gdybyśmy jednego z bliźniaków wysłali w daleką podróż kosmiczną z ogromną prędkością, to wróciłby on z niej znacznie młodszy niż brat, który został na Ziemi. Czas w rakiecie bliźniaka płynie tym wolniej względem czasu ziemskiego, im bardziej prędkość rakiety zbliżona jest do prędkości światła.
Paradoks nie tylko został potwierdzony eksperymentalnie w doświadczeniach z użyciem samolotów. Wolniejszy upływ czasu trzeba uwzględniać w funkcjonowaniu systemu nawigacji GPS, który opiera się właśnie na porównywaniu precyzyjnych pomiarów czasu z zegarów atomowych zainstalowanych na pokładach satelitów. Ponieważ poruszają się one względem Ziemi z prędkością znacznie przekraczającą 30 tys. km/godz., czas płynie na nich zauważalnie wolniej – w skali roku są to dziesiąte części sekundy.
Brzmi niewinnie? Jedna setna sekundy błędu w sygnale nawigacyjnym sprawia, że błąd „namiaru” wynosi 3 tys. kilometrów – połowę promienia Ziemi. Gdyby sygnały GPS nie były korygowane o dylatację czasu, system stałby się bezużyteczny już po kilku miesiącach funkcjonowania.
Obecnie jednak nie potrafimy podróżować wystarczająco szybko, by wehikuł oparty na dylatacji czasu miał jakiekolwiek praktyczne zastosowanie. Najszybciej poruszający się człowiek na Ziemi – rosyjski kosmonauta Siergiej Krikalew, który w kosmosie spędził prawie trzy lata (na raty oczywiście) – byłby młodszy od swego hipotetycznego brata bliźniaka raptem o kilka setnych sekundy.
Przy obecnym stanie technologii nie jest to też sensowny sposób na budowanie wehikułu czasu. Im bardziej bowiem rozpędzalibyśmy rakietę, tym więcej problemów pojawiałoby się po drodze: a to opór międzygwiezdnej materii (której może nie jest i dużo, ale przy dużych prędkościach by się uzbierało); a to możliwość kolizji z jakimiś małymi okruchami, które można napotkać po drodze; a to sam problem paliwa… Słowem – dziś nie da rady, co nie znaczy oczywiście, że w ogóle nie.
Przez dziurkę w czasoprzestrzeni
Fizycy nieustannie eksplorują więc inne możliwości. Oczywiście wszystko w ramach modelu matematycznego czasoprzestrzeni stworzonego przez Einsteina (lepszego na razie nie mamy). Fizycy, tacy jak prof. Ori, opierają swoje dywagacje na sprawdzaniu „co by było, gdyby”. Na przykład: co by było, gdyby udało się rozpędzić jakiś przedmiot do prędkości większej od światła? Albo co by było, gdyby zawinąć czasoprzestrzeń wokół wnętrza czarnej dziury? Albo gdyby istniała egzotyczna materia o ujemnej energii?
Z tych wszystkich dywagacji najbardziej obiecujące są czarne dziury i to z dwóch powodów. Po pierwsze dlatego, że istnieją (a przynajmniej uważamy, że mamy mocne dowody na ich istnienie). Po drugie dlatego, że jesteśmy prawie na pewno w stanie sami stworzyć czarną dziurę. Nad takim projektem od kilku lat pracuje szwajcarskie laboratorium CERN. Naukowcy chcą stworzyć miniaturową czarną dziurę, zderzając ze sobą atomy tak mocno, by zapadły się pod własnym ciężarem.
Już w latach 30. XX wieku Einstein odkrył, że czarne dziury mogą mieć dwa końce, czyli mogłyby tworzyć coś na kształt mostu między dwoma punktami czasoprzestrzeni. W latach 80. matematycy zaczęli na nowo grzebać w równaniach Einsteina i pokazali, że gdy odpowiednio zakrzywimy czasoprzestrzeń, jesteśmy w stanie podróżować z jednego punktu w drugi. Więcej, człowiek jest w stanie przeżyć taką podróż – a to istotna zaleta, gdy mówimy o obiektach o tak wielkiej grawitacji, że nawet światło nie jest w stanie uciec.
Tak narodziła się idea tzw. wormholes (w dosłownym tłumaczeniu „dziury wygryzione przez robaki”) – tuneli czasoprzestrzennych, które można wykorzystać do szybkich podróży międzygwiezdnych. W 1985 roku prof. Kip Thorne z California Institute of Technology zauważył, że dziury w czasoprzestrzeni można wykorzystać nie tylko do poruszania się w przestrzeni, ale i w czasie (co ciekawe, do odkrycia tego zainspirowała go prośba innego naukowca – Carla Sagana, który właśnie pracował nad powieścią science fiction „Kontakt”).
Trudno to zrozumieć, wyobrażając sobie zakrzywienie czterowymiarowej czasoprzestrzeni – znacznie prościej myśleć o przykładzie dwuwymiarowym, gdzie mamy jeden wymiar przestrzenny i czas. Gdy w takiej płachcie zrobimy zagłębienie o kształcie balonika, to poruszając się cały czas do przodu w czasie, możemy – przeskoczywszy przez czasoprzestrzenną dziurę – dotrzeć do miejsca odległego zarówno w czasie, jak i w przestrzeni. Co więcej, w czasie możemy dotrzeć do miejsca, które było „przed”, czyli poruszać się pod prąd biegu dziejów.
Od tego momentu wielu matematyków głowi się nad równaniami, opisującymi wormholes, by odkryć minimalne wymagania, potrzebne do stworzenia egzotycznej dziury między kawałkami świata. Początkowo wydawało się, że niezbędna będzie dziwna materia, która ma ujemną energię i właściwości antygrawitacyjne. Jednak prof. Ori doszedł do wyników, które wskazują, że można zbudować urządzenie zakrzywiające czasoprzestrzeń ze zwykłej materii – a konkretnie z pyłu międzygwiezdnego. Nie byłoby ono bardzo skomplikowane – zdaniem uczonego wystarczy krótki pobyt na orbicie Ziemi, żeby przeskoczyć w przeszłość.
Problemem jest oczywiście samo zakrzywienie czasoprzestrzeni – z technicznego punktu widzenia znacznie trudniejsze niż podróżowanie w przyszłość poprzez rozpędzenie rakiety kosmicznej do prędkości podświetlnych. Na dodatek na razie nikt nie jest pewien, na ile stabilna byłaby taka konstrukcja – a to oznacza, że chronoturysta mógłby zostać na zawsze uwięziony w przeszłości.
Marny los dziadka
Podczas gdy część fizyków zajmuje się opracowywaniem coraz realniejszych sposobów na podróże w czasie, inni coraz bardziej gorączkowo szukają dowodów na to, że takie zjawisko w ogóle nie jest możliwe. Jeden ze sposobów polega na szukaniu paradoksów, takich jak klasyczne już pytanie: co się wydarzy, gdy chronoturysta zabije własnego dziadka, zanim ten zdąży spłodzić jego matkę czy ojca? Cały problem sprowadza się do tego, czy zmiana przeszłości może wpłynąć na teraźniejszość.
Pisarze science fiction rozwiązują ten problem, wprowadzając kodeksy postępowania podróżników w czasie albo chronopolicje pilnujące czasoporządku. O ile jednak w fikcyjnych światach można sobie na to pozwolić, to w rzeczywistości trudno uwierzyć, że gdyby, dajmy na to, Jacek Kurski miał okazję obrzydzić dziadkowi Tuska jego babcię, to by tego nie wykorzystał.
Jednym z przekonujących rozwiązań tego paradoksu, które podali Daniel Greenberger z City University w Nowym Jorku i Karl Svozil z austriackiego Technische Universität Wien, są wszechświaty równoległe. Według tej teorii każde zjawisko, które może dać dwa różne efekty, generuje światy równoległe. W ten sposób dziadkobójca przenosi się do nowego wszechświata, w którym jego rodzice nie przyjdą nigdy na świat, ale on sam nie musi zniknąć, skoro narodził się i dorastał w innym uniwersum.
Echo istnienia światów równoległych można dostrzec w słynnym eksperymencie, obrazującym zjawisko dyfrakcji. Gdy wysyłamy pojedynczy elektron w stronę przesłony z dwiema szczelinami, to powstaje obraz sugerujący, że przeszedł on przez obie szczeliny jednocześnie. I faktycznie tak jest – tyle, że dzieje się to w różnych wszechświatach jednocześnie. Prof. David Deutsch z Oxford University twierdzi, że to jedyny sensowny sposób na wyjaśnienie zjawiska dyfrakcji. Choć jego sobowtór w równoległym wszechświecie może być zupełnie innego zdania…
Zamiast hibernacji?
Warto zwrócić uwagę, że jeśli zbudujemy maszynę czasu zakrzywiającą czasoprzestrzeń – a więc nauczymy się dowolnie operować polami grawitacyjnymi – to przy okazji za darmo dostaniemy technologię pozwalającą rozpędzać się do prędkości podświetlnych. Być może nawet będzie to tańsze niż podróżowanie w czasie.
A to oznacza, że znacznie lepszym sposobem na wyleczenie się z chorób, których nie umiemy dziś pokonać, będzie wybranie się w szybką podróż kosmiczną, nie zaś zamrażanie się w ciekłym azocie (tak jak to uczyniło kilku amerykańskich milionerów). Z drugiej strony prawdopodobnie wcześniej znajdziemy lekarstwo na raka i AIDS niż skuteczny sposób na zakrzywianie czasoprzestrzeni…