Hva du bør lese: Brief Answers to Big Questions er Stephen Hawkings siste bok

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 04:07

Et utdrag fra arbeidet til den store vitenskapsmannen om hvorvidt tidsreiser er mulig.

Nært knyttet til tidsreiser er evnen til raskt å bevege seg fra ett punkt i rommet til et annet. Som jeg sa tidligere, viste Einstein at uendelig kraftig jetskyvekraft ville være nødvendig for å akselerere et romfartøy til nærlyshastighet. Så den eneste måten å bevege seg fra en del av galaksen til en annen i løpet av rimelig tid er å kunne brette rom-tid på en slik måte at det dannes et lite rør, eller "ormehull". Den kan koble sammen to deler av galaksen og fungere som den korteste veien mellom dem; du kan fly frem og tilbake og fortsatt fange alle vennene dine i live. Slike "ormehull" ble seriøst vurdert som en mulighet tilgjengelig for fremtidens sivilisasjon. Klarer du å flytte fra en del av Galaxy til en annen i løpet av et par uker, så kan du gå tilbake gjennom et annet «hull» – samtidig før du kjører på veien. Dessuten vil ingenting hindre deg i å reise fremover og gå tilbake til fortiden gjennom ett "ormehull" hvis begge ender av det beveger seg i forhold til hverandre.

Vi kan si at for å lage et "ormehull", er det nødvendig å bøye rom-tid i motsatt retning av den som vanlig materie bøyer den inn i. Vanlig materie bøyer rom-tid mot seg selv, som jordens overflate. Men å lage et "ormehull" krever materie som bøyer rom-tid i motsatt retning, som overflaten på en sal. Det samme gjelder for enhver annen krumning av romtid for å reise inn i fortiden, med mindre universet er så buet at det allerede har tidsreiseevner. Bare i dette tilfellet vil du trenge materie med negativ masse og negativ energitetthet.

Energi er som penger. Har du en positiv saldo i banken kan du bruke pengene på den måten du vil. Men i henhold til de klassiske lovene, som inntil nylig ble ansett som uforanderlige, er overtrekk ikke tillatt ved bruk av energi.

Klassiske lover gjør det umulig for oss å bøye universet slik at tidsreiser blir mulig. Men de klassiske lovene tilbakevises av kvanteteorien – den andre etter den generelle relativitetsteorien, den store intellektuelle revolusjonen i vår forståelse av universet. Kvanteteori er mer fleksibel og tillater overtrekk i noen tilfeller. Banken skal imidlertid være vennlig nok mot oss. Kvanteteorien åpner med andre ord for en negativ energitetthet noen steder, hvis du gir en positiv tetthet andre.

Kvanteteori tillater negativ energitetthet fordi den er basert på prinsippet om usikkerhet. Og han argumenterer for at enkelte egenskaper, som posisjonen og hastigheten til en partikkel, ikke samtidig kan ha nøyaktig målte verdier. Jo mer nøyaktig posisjonen til partikkelen er bestemt, desto større er usikkerheten om dens hastighet og omvendt. Usikkerhetsprinsippet gjelder også for felt - for eksempel for et elektromagnetisk eller gravitasjonsfelt. Han argumenterer for at disse feltene ikke kan ha en nullverdi selv der vi tror det er tomt. Faktum er at hvis verdiene deres er lik null, betyr dette at de må ha en veldefinert posisjon, lik null, og en veldefinert hastighet, lik null. Og dette er i strid med prinsippet om usikkerhet. Dette betyr at feltene må ha noen minimumssvingninger. Man kan tenke seg de såkalte vakuumsvingningene i form av par av partikler og antipartikler som plutselig oppstår, skilles, for så å smelte sammen igjen og tilintetgjøre, gjensidig utslette.

Slike par av partikler - antipartikler anses som virtuelle, fordi de ikke kan detekteres direkte ved hjelp av en partikkeldetektor. Men en indirekte effekt kan observeres. Til dette brukes den såkalte Casimir-effekten. Prøv å forestille deg to parallelle metallplater med kort avstand fra hverandre. Platene fungerer som speil for virtuelle partikler og antipartikler. Dette betyr at rommet mellom platene ser ut som en orgelpipe, bare den sender lysbølger med en viss resonansfrekvens. Som et resultat viser det seg at det oppstår en viss mengde kvantesvingninger mellom platene, forskjellig fra det som skjer bak dem, hvor disse svingningene kan ha hvilken som helst bølgelengde. Forskjellen i antall virtuelle partikler mellom platene og utsiden gjør at platene er under mer trykk på den ene siden enn på den andre. Det oppstår en liten kraft, som bringer platene nærmere hverandre. Denne kraften kan måles eksperimentelt. Så virtuelle partikler eksisterer i virkeligheten og har en reell effekt.

Siden det er færre virtuelle partikler, eller kvantefluktuasjoner i et vakuum, mellom platene, er energitettheten også lavere her enn i rommet rundt. Men energitettheten til tomt rom i stor avstand fra platene skal være lik null. Ellers vil rom-tid være buet og universet vil ikke være helt flatt. Dette betyr at energitettheten i området mellom platene må være negativ.

Eksperimentelt bevist avbøyning av lys indikerer at romtiden er buet, og Casimir-effekten bekrefter at krumning kan være negativ. Og det kan virke som at etter hvert som vitenskapen og teknologien utvikler seg, vil vi kunne lage «ormehull» eller bøye rom og tid på annen måte for å kunne reise inn i fortiden. Men i dette tilfellet oppstår det uunngåelig en rekke spørsmål og problemer.

For eksempel: hvis tidsreiser blir mulig i fremtiden, hvorfor har ingen kommet tilbake til oss fra fremtiden og fortalt oss hvordan vi skal gjøre det.

Selv om det er gode grunner til å holde oss i mørket, er det iboende vanskelig for mennesker å tro at ingen ønsker å dukke opp og avsløre for oss stakkars tilbakestående bønder hemmeligheten bak tidsreiser. Selvfølgelig hevder noen at gjester fra fremtiden allerede besøker oss – de flyr på UFOer, og regjeringer er involvert i en gigantisk konspirasjon for å dekke over disse fakta for å bruke den vitenskapelige kunnskapen gjestene bærer med seg. Jeg kan bare si én ting: Hvis regjeringer skjuler noe, er de fortsatt ikke i stand til å bruke nyttig informasjon mottatt fra romvesener. Jeg er veldig skeptisk til «konspirasjonsteori» og finner mer plausibel «roteteori». UFO-rapporter kan ikke utelukkende relateres til romvesener fordi de er innbyrdes motstridende. Men hvis vi innrømmer at noen av disse observasjonene bare er feil eller hallusinasjoner, er det ikke mer logisk å innrømme at de er det, enn å tro at vi får besøk av gjester fra fremtiden eller fra en annen del av galaksen? Hvis disse gjestene virkelig ønsker å kolonisere jorden eller advare oss om en form for fare, så er de ekstremt ineffektive.

Det er en måte å forene ideen om tidsreise med det faktum at vi aldri har møtt gjester fra fremtiden. Vi kan si at slike reiser først blir mulig i fremtiden. Romtiden til fortiden vår er fast fordi vi observerte den og så at den ikke var buet nok til at vi kunne reise tilbake i tid. Og fremtiden er åpen, så en dag vil vi lære å bøye rom-tid og få muligheten til å reise i tid. Men siden vi vil være i stand til å bøye rom-tid bare i fremtiden, vil vi ikke være i stand til å gå tilbake fra den til vår nåtid eller enda tidligere.

Et slikt bilde kan godt forklare hvorfor vi ikke opplever en tilstrømning av turister fra fremtiden. Men det gir likevel rom for mange paradokser. Anta at det er en mulighet til å fly i et romskip og returnere før flyturen starter. Hva vil hindre deg i å detonere en rakett på oppskytningsstedet og dermed utelukke muligheten for en slik flytur for deg selv? Det finnes andre ikke mindre paradoksale versjoner: for eksempel å gå tilbake i tid og drepe foreldrene dine før du ble født. Det er to mulige løsninger på dette.

En ting vil jeg kalle en konsekvent historisk tilnærming. I dette tilfellet kan man finne en konsistent løsning på de fysiske ligningene – selv om romtiden er buet i den grad det er mulig å reise inn i fortiden. Fra dette synspunktet kan du ikke forberede en rakett for å reise inn i fortiden hvis du ikke har returnert til den og ikke har vært i stand til å sprenge utskytningsrampen. Dette er et sekvensielt bilde, men det sier at vi er helt bestemt: vi er ikke i stand til å endre tankene våre. Dette er for mye for fri vilje.

En annen løsning kaller jeg alternativ historietilnærming. Det ble forkjempet av fysikeren David Deutsch, og var sannsynligvis ment av skaperne av Tilbake til fremtiden. Med denne tilnærmingen vil det i en alternativ historie ikke være noen retur fra fremtiden før raketten ble lansert, og følgelig vil det ikke være noen mulighet til å detonere den. Men når den reisende kommer tilbake fra fremtiden, befinner han seg i en annen alternativ historie. I den gjør menneskeheten utrolige anstrengelser for å bygge et romskip, men før de starter fra en annen del av galaksen, dukker et lignende skip opp og ødelegger det konstruerte.

David Deutsch foretrekker en alternativ historisk tilnærming til begrepet mangfold av historier, som ble fremmet av fysikeren Richard Feynman. Ideen hans er at universet ifølge kvanteteorien ikke har en unik og unik historie.

Det er alle mulige historier i universet, hver med sin egen grad av sannsynlighet.

Det burde være en mulighet for en historie der det er stabil fred i Midtøsten, men sannsynligheten for en slik historie er mest sannsynlig lav.

I noen historier er romtiden fordreid slik at gjenstander som raketter kan gå tilbake til fortiden. Men hver historie er integrert og selvforsynt, og beskriver ikke bare den buede romtiden, men også alle objektene i den. Derfor kan raketten, som vender tilbake, ikke komme inn i en annen alternativ historie. Det forblir i den samme historien, som må være selvkonsistent. Og jeg, i motsetning til Deutsch, tror at ideen om en flerhet av historier fungerer til fordel for en konsekvent historisk snarere enn en alternativ historisk tilnærming.

Tilsynelatende er vi ikke i en posisjon til å forlate det konsekvente historiske bildet. Imidlertid kan dette ikke ta opp spørsmålene om determinisme og fri vilje hvis det er en veldig liten sannsynlighet for historier der romtiden er buet slik at tidsreiser er mulig utenfor den makroskopiske skalaen. Jeg kaller dette kronologisikkerhetshypotesen: fysikkens lover er utformet for å forhindre tidsreiser på makroskopisk nivå.

Det ser ut som det ser ut som om rom-tid er buet nesten nok til å tillate reise inn i fortiden, så kan virtuelle partikler bli nesten ekte partikler som beveger seg langs lukkede baner. Tettheten av virtuelle partikler og deres energi øker betydelig, noe som betyr at sannsynligheten for slike historier er svært liten. Selv om dette begynner å bli likt aktivitetene til et kronologisk beskyttelsesbyrå som søker å bevare verden for historikere. Men temaet om krumningen av rom og tid er fortsatt i sin spede begynnelse. I følge en samlende form for strengteori kjent som M-teori, som vi har store forhåpninger til å forene generell relativitetsteori og kvanteteori, skal romtid ha elleve dimensjoner, ikke de fire vi opplever.

Poenget er at syv av disse elleve dimensjonene er rullet sammen til en så liten plass at vi ikke legger merke til det. På den annen side er de resterende fire dimensjonene praktisk talt flate og representerer det vi kaller rom-tid. Hvis dette bildet er riktig, bør det på en eller annen måte være mulig å koble de fire flate dimensjonene med de resterende syv sterkt buede, eller forvrengte, dimensjonene. Hva som kommer ut av dette, vet vi ennå ikke. Men mulighetene er spennende.

Avslutningsvis vil jeg si følgende.

Våre moderne konsepter utelukker ikke muligheten for rask romfart og tilbake til fortiden. Dette kan skape enorme logiske problemer, så la oss håpe det er en slags kronologisk sikkerhetslov som vil hindre folk i å gå tilbake i tid og drepe foreldrene sine.

Men science fiction-fans bør ikke være opprørt. M-teori gir håp.

Det siste arbeidet til den verdensberømte fysikeren Stephen Hawking, et boktestamente, der han oppsummerer og snakker ut om de viktigste temaene som bekymrer alle.

Vil menneskeheten overleve? Skal vi være så aktive i verdensrommet? Finnes det en Gud? Dette er bare noen av spørsmålene som ble besvart i hans siste bok av en av historiens største hjerner.