Stephen Hawking hänvisar till tiden som den fjärde dimensionen. |

Hur många gånger har du sagt "Om jag kunde göra det igen skulle jag göra det annorlunda"? Ibland, när något inte går enligt plan, önskar jag att jag hade sagt eller gjort något annorlunda. Jag undrar ofta: "Tänk om jag kunde bygga en tidsmaskin för att gå tillbaka i tiden och ändra ett beslut jag tog för att få den att gå rätt istället för fel?"

Den sena Stephen Hawking, en världsberömd kosmolog, ansåg att tidsresor (eller tidsmässig förskjutning) var möjlig. Många andra fysiker är överens, men huvudproblemet med att gå igenom tiden är att det kräver mycket energi, särskilt om man vill skicka något stort, till exempel en människa. Det är dock mycket möjligt att göra detta med subatomära partiklar i en accelerator, som vi kommer att lära oss senare.

En snabb definition

Tack vare Einsteins referenser om relativitet, som fokuserade på partikelfysik och svarta hål, kan dagens fysiker förklara hur det går att gå igenom tiden. Ur fysikens synvinkel definieras tiden som en av de fyra dimensionerna i vår fysiska värld. I huvudsak finns allt i universum i fyra dimensioner - längd, bredd, höjd och tid . När vi rör oss runt i världen rör vi oss alltid inom dessa fyra dimensioner, och allt i universum rör sig med oss, ner till atomerna och subatomära partiklarna som består av materia.

Tid är i huvudsak existensen av något i universum. Tid är i princip en annan dimension i längd. Titta på det här sättet: Var och en av oss kommer att vara kvar i 70 till 100 år, pyramiderna har funnits i ett par tusen år eller mer, och jorden och solen kommer att existera i några miljarder år mer. I detta fall mäter vi en typ av längd med tid.

Anslutningen mellan massa och tid

Fysiker har känt ett tag att tiden avtar nära massiva föremål. Det klargjordes i Einstein s 1916-papper om speciell relativitet att massan satte ett drag i tidens flöde. Detta kallas tidsutvidgningseffekten . Tänk på tiden som vatten som rinner i en flod. Det strömmande vattnets hastighet saktar ner runt stora stenblock i floden.

Tiden bromsar ner nära Pyramiden i Giza

Detta fenomen händer varje gång turister står nära Pyramid of Giza i Egypten. Denna pyramid är en av de mest massiva strukturerna på planeten, med en uppskattad massa på 40 miljoner ton. Tiden bromsar nära monumentet på grund av sin stora massa, men effekten är mycket liten.

För att sätta effekten i perspektiv kan vi överdriva den genom att använda en observatör som tittar på pyramiden. Denna person skulle se människor röra sig långsammare nära pyramiden, medan om de skulle se ut mot öknen, skulle de se människor röra sig i en snabbare takt. I detta överdrivna scenarie, beroende på hur länge individen stod vid monumentet, skulle de dyka upp några minuter, timmar eller till och med en dag in i framtiden. Tidsutvidgningen träder i kraft när tiden bort från pyramiden zoomar snabbare än tiden nära pyramiden.

Pyramiden i Giza |

Tiden bromsar också nära jordens yta

Denna dragningstid inträffar också nära jordens yta. Tiden rör sig långsammare på jordens yta jämfört med tidsflödet uppmätt på ett avstånd av 100 eller till och med 200 mil utanför atmosfären. Detta beror på att Jorden är ett massivt objekt och får utrymmet nära den att krökas. Denna teori (upptäckt av Einstein) bevisades för många år sedan med en specialdesignad gyroskoputrustad satellit.

Satelliter är programmerade för att korrigera tidsutvidgning

Det finns faktiskt ännu mer bevis på att denna utvidgningseffekt äger rum bokstavligen varje sekund av dagen precis ovanför våra huvuden. De exakta klockorna på de 31 globala positioneringssatelliterna (GPS) som kretsar runt jorden upplever dilatationseffekten. Tiden rör sig snabbare i rymden med avseende på tiden på jorden eftersom satelliterna är längre bort från jordens massiva kropp. Avståndet mellan satelliterna och jordens yta orsakar en tidsutvidgningseffekt.

Effekten är mycket liten, men det räcker för att kasta klockorna på varje satellit med ungefär en miljarddels sekund varje dag. På grund av utvidgningseffekten kan positionerna som mäts på jordens yta kastas med sex mil om dagen från satellitperspektivet. Lyckligtvis finns det ett inbyggt korrigeringsprogram på varje satellit för att ta hänsyn till detta tidsfel.

Tiden rör sig mycket långsamt nära svarta hål

Fysiker vet att effekten av tidsutvidgning nära ett massivt objekt kan förstärkas avsevärt om vi skulle kunna flyga ett rymdskepp nära universumets mest enorma objekt - ett svart hål (Mother Nature's time machine).

För att ett rymdskepp ska närma sig ett svart hål måste allt göras korrekt. Astronauter i rymdskeppet måste röra sig mot det svarta hålet med rätt hastighet och bana för att undvika att dras in i det. Om det görs korrekt skulle astronauterna i rymdskeppet kring det svarta hålet uppleva denna långsammare tid. De borta från det svarta hålet skulle uppleva tiden rör sig med dubbelt så hög hastighet jämfört med astronauterna i rymdskeppet.

Om astronauterna stannade nära det svarta hålet i ett år skulle människor tillbaka på jorden redan ha upplevt två år. Uppenbarligen skulle resa till ett svart hål inte vara ett praktiskt sätt att resa in i framtiden eftersom det krävs för mycket tid och energi för att uppnå någon betydande tidsresa in i framtiden. Men det finns en mer enkel inställning att resa in i framtiden, och det innebär snabbhet.

Svarta hål sägs vara i stånd att få fysisk information att försvinna permanent, känd som "black hole information paradox." |

Anslutningen mellan hastighet och tid

En annan aspekt från Einsteins tidskrift om speciell relativitet säger att tiden bromsar ner till en observatör som närmar sig ljusets hastighet. Partikelfysiker har bevisat denna teori på CERN-partikelacceleratoranläggningen i Genève, Schweiz. Det är där subatomära partiklar accelereras till hastigheter nära ljusets hastighet i ett underjordiskt rör i en 16, 8 mil lång cirkulär tunnel.

CERN Particle Accelerator ökar livslängden för partiklar

För att studera en mycket kortlivad subatomär partikel som kallas en pi-meson (som har en livslängd som endast varar 25 miljarder sekund) accelereras partiklarna i CERN-partikelacceleratorn till 99, 99% ljusets hastighet. Ungefär en biljon av dessa partiklar placeras i den cirkulära gaspedalen och accelereras från 0 till 60 000 miles per timme på några sekunder med kraftfulla magneter. Partiklarna fortsätter att accelerera tills de går med 99, 99% ljusets hastighet. Vid denna hastighet rör sig partiklarna runt den 16, 8 mil långa cirkulära gaspedalen 10 000 gånger per sekund, och tack vare tidsutvidgningseffekten varar partiklarnas livslängd 30 gånger längre än normalt.

Tågresa med ljusets hastighet

Samma scenario kan föreställas med ett tåg som går nära ljusets hastighet på jorden. Detta skulle vara en utmanande uppgift att utföra. Om det var möjligt, föreställ dig cirka 200 till 300 passagerare ombord på ett tåg för en resa in i framtiden. Detta är en resa från vilken du inte kan återvända.

Dörrarna stängs och tåget börjar accelerera långsamt på en 25 000 mils bana som går runt jorden. Tåget fortsätter att accelerera tills det når en hastighet nära ljusets hastighet. Väl där kommer tåget att kretsa runt jorden sju gånger i sekundet. För en observatör utanför tåget (förutsatt att han kan se passagerarna) verkar passagerarna vara mycket långsam på grund av tidsutvidgningseffekten.

Om det här tåget fortsatte med den hastigheten som går runt och runt och slutligen stannade efter en vecka, skulle 100 år ha gått för de människor som inte är på tåget, medan passagerarna på tåget bara ser en vecka gå förbi . De kommer att vara 100 år framöver när de stiger av tåget.

Problemet med detta scenario är att det kräver mycket kraft, energi, avancerad teknik och arbetskraft för att åstadkomma, men det skulle fungera om det kunde göras.

En resa till rymden

Detta scenario kan också göras i rymden med användning av ett enormt rymdskepp. Problemet här är att fartyget återigen skulle kräva mycket bränsle och arbetskraft. Dessutom måste fartyget resa ut ur galaxen för att uppnå samma effekt eftersom det skulle ta fartyget nästan fyra år bara för att nå 90% av ljusets hastighet. Vid den tiden skulle det bara passera den närmaste stjärnan, Alpha Centauri (cirka fyra ljusår från jorden). Det andra uppenbara problemet är att att flyga ett fartyg med ljusets hastighet skulle vara en envägsresa. Passagerare skulle inte komma tillbaka från denna resa.

Klicka på miniatyrbild för att se full storlek

Det underjordiska röret vid CERN.
16, 8 mil lång partikelaccelerator vid CERN.
Ytterligare ett foto av röret vid CERN.

Slutligen Time Paradox

Kosmologer och fysiker tror att det är en sak du inte kan göra i tidsresor, och det är att resa tillbaka till det förflutna. Ändå verkar detta vara vad alla skulle vilja göra med en tidsmaskin (om de hade en). Att resa tillbaka i tiden är omöjligt, och jag kommer att förklara varför.

Du kan inte ha "effekt" före "orsak." Med andra ord kan du inte se effekten innan dess orsak - det är helt enkelt inte vettigt. Här är ett exempel: Tänk dig att en forskare hade monterat en pistol för att skjuta sig själv tidigare. Låt oss nu säga att han uppfann en tidsmaskin för att öppna en portal som gör att han kan resa ungefär en minut tillbaka i tiden för att skjuta sig själv innan han monterar pistolen. Därför skjuter forskaren sitt förflutna jag och hans förflutna jag dör innan han monterar vapnet. Vem sköt skottet? Det är inte meningsfullt; det är en paradox.

Detta är ett exempel på hur alla händelser utvecklas i universum: orsak, sedan effekt - inte tvärtom. Ett annat sätt att förstå orsaken och effekten är att framtiden är "effekten" och nutiden och det förflutna är "orsaken." Tyvärr kommer du aldrig att kunna gå tillbaka i tiden för att bevittna att Wright-bröderna tar fart på Kitty Hawk, North Carolina, för sin första flygning och inte heller uppleva när pyramiderna byggdes.

Ett exempel på tidsparox.

Tidsresor i science fiction-filmer

Det finns många program och filmer som visar tidsresor, till exempel sci-fi-klassikern, Time Machine eller 60-talets TV-serie, "The Time Tunnel." Nyare filmer inkluderar The Time Travellers Wife och Back to the Future- trilogin. Dessa shower och filmer var alla underbara, men de lyckades aldrig riktigt förklara den stora mängden kraft som behövs för att skicka något fram och tillbaka över tidskontinuumet.

Uppsättningarna i sci-fi-filmer och TV-program använder ofta snygga utrustningar som ljus, urtavlor och mätare för att dramatisera kraften i tidsresan. Ofta försvinner skådespelaren eller skådespelerskan som är på väg att försvinna med ett ögonblick. Det ser ganska coolt ut, men det är helt enkelt inte så det fungerar.

I den populära sci-fi-filmen, "Back to the Future", är DeLorean en tidsresande bil. |

The Time Machine (1960) |