Calatoria in trecut sau in viitor considerata mult timp o tema de science fiction, este acum un subiect de serioase cercetari. Calatoria in timp a fost facuta, teoretic posibila odata cu teoria relativitatii a lui Einstein. Aceasta se bazeaza pe faptul ca spatiul si timpul nu sunt doua entitati distincte ci se unesc pentru a forma o a patra dimensiune: spatiu-timp.In aceasta dimensiune orice corp calatoreste cu o viteza constanta, viteza lumini.Daca un corp nu calatoreste in spatiu, atunci toata viteza sa (viteza luminii) este folosita pentru a calatorii prin timp. Astfel, un corp in repaus „imbatraneste ” cu viteza luminii.Dar, daca acest corp calatoreste si in spatiu, atunci viteza sa se va descompune pe cele doua axe, viteza de trecere a timpului, fiind redusa.Iar daca un corp se deplaseaza prin spatiu cu viteza luminii atunci viteza pe axa timpului acelui corp va fi 0.
Cilindri masivi rotitori
Prima masina teoretica ar consta intr-un corp extrem de dens ce se roteste extrem de repede. Puternica atractie gravitationala ar „tari ” spatiul si timpul in jurul sau in timp ce se roteste.Acest obiect va distorsiona geometria spatiului si trecerea timpului in jurul sau.O nava spatiala ar putea sa treaca prin apropierea acestui corp pe o traiectorie aparent normala pentru echipaj si pentru aparatele de la bord dar ar iesi de partea cealalta in alt timp si, eventual in alt spatiu.
Obiectul necesar acestui efect ar fi echivalentul a 10 stele neutron, fiecare avand aceiasi masa ca Soarele intr-un volum nu mai mare decat al muntelui Everest, unit de la pol la pol de un cilindru si rotindu-se de doua mii de ori pe secunda. Nu se cunoaste nici un astfel de obiect dar nu este clar nici daca ar putea sa existe ,gravitatia strivindu-l pana ar lua forma unei sfere si apoi s-ar transforama intr-o gaura neagra. Dar pulsarii milisecondici, care sunt stele neutron ce se rotesc de sapte sute de ori pe secunda ajung intrigant de aproape de conditiile necesare.Acest corp ar putea functiona ca o masina a timpului datorita conceptiei lui Einstein, care spre deosebire de Newton nu considera ca planetele sau alte corpuri interactioneaza între ele prin forte gravitationale, pentru ca în conformitate cu legile lui Newton aceste interactiuni s-ar produce instantaneu ,dar nici o forma de radiatie sau influenta nu se propaga cu o viteza mai mare decât cea a luminii. Astfel Einstein, a afirmat ca aceste corpuri nu interactionaza ,ele miscându-se liber,traiectoriile lor fiind determinate de curburile, modificarile în spatiu-timp cauzate de materia existenta.
Astfel, un asemenea corp ar putea genera o forta asa de mare încât sa modifice în mod radical geometria spatiului din jurul sau si, în acelasi timp si timpul. Un eveniment similar se întâlneste în apropierea gaurilor negre, corpuri cu o gravitatie extrem de mare si în apropierea carora timpul se dilata, ajungând chiar sa se opreasca.
Gaurile de vierme
A doua abordare a calatoriei în timp impica gaurile negre. Ecuatia relativitatii sugereaza ca o pereche de gauri negre ar putea fi „legate” între ele de tuneluri ce fac o scurtatura prin timp si spatiu. Aceste tuneluri se numesc „gauri de vierme”. Cele doua gauri negre (gurile tunelului) pot fi oriunde în timp si spatiu si sa fie oricum conectate prin tuneluri. Astfel o gura poate fi în prezent iar cealalta este în acelasi loc acum o mie de ani. De acea un obiect ar putea intra în prezent si ar putea iesii acum o mie de ani.
O problema (în afara de faptul ca e greu de fabricat sau de gasit gauri de vierme) este faptul ca gravitatia are tendinta sa „închida” aceste gauri de vierme (ca si gura unui tunel ce colapseaza). Ar fi totusi posibil sa se mentina gaura deschisa introducând în ea materie din exterior, materie ce se presupune ca ar exista dar nu a fost înca descoperita (materie neagra). Gaurile negre exista cu certitudine ,variind de la obiecte în galaxia noastra (Calea Lactee) cu mase doar de câteva ori mai mari ca a Soarelui pâna la obiecte cu mase de milionane de ori mai mari decât a Soarelui în centrele galaxiilor si în quasare.
Chiar daca aceste speculatii nu furnizeaza metode practice de construire a masinilor timpului, fizicienii continua studiul lor deoarece exista posibilitatea ca tot universul sa fie brazdat de gauri de vierme microscopice cu „gurile ” mai mici ca un proton. Astfel de gauri de vierme ar putea explica de ce legile fizicii sunt aceleasi oriunde în univers, de ce, de exemplu ,un electron pe Pamânt are aceiasi sarcina si masa ca unul aflat într-o galaxie îndepartata. S-au facut serioase speculatii cum ca prin aceste mici gauri de vierme se „scurge” informatie ce mentine legile fizicii constante dintr-un punct în altul si dintr-un timp în altul.
Materia neagra
Materia neagra este o materie nelumioasa ce nu poate detectata prin observarea a nici unei forme de radiatie electromagnetica, dar a carei existenta ,distribuita dealungul universului este sugerata de câteva consideratii teoretice.
Trei teorii ar sugera existenta materiei negre. Galaxiile din apropierea Caii Lactee par sa se roteasca mai repede decât ar fi de asteptat considerând cantitatea de materie vizibila din aceste galaxii. Multi astronomi cred ca 90% din materia unei galaxii obisnuite este invizibila.
A doua consideratie teoretica este existenta roiurilor de galaxii. Multe galaxii sunt grupate în astfel de roiuri. Astronomii afirma ca daca se accepta niste conceptii rezonabile (ca aceste roiuri sunt „legate” între ele prin gravitatie si ca aceste roiuri s-au format acum câteva miliarde de ani în urma) ,atunci rezulta ca aproximativ 90% din masa acestora este materie neagra datorita faptului ca ,în mod contrar, aceste roiuri nu ar avea destula masa pentru a le tine apropiate si aceste galaxii s-ar fi îndepartat pâna acum.
Al treilea considerent, si cel mai controversat, sustine existenta materiei negre pe baza modelului expansiunii universale. Conform acestei idei ,universul a trecut printr-o perioada de expansiune extrem de rapida într-un timp extrem de scurt. Daca modelul Big Bang-ului este corect, constanta expansiunii universale ar trebuii sa aiba valoarea apropiata de 1, însemnând ca masa totala a universului ar trebui sa fie de aproximativ 100 de ori mai mare ca cea vizibila.
Exista mai multi „candidati” pentru materia neagra. Acestia includ pitici negrii, nedetectati (obiecte, semanând cu stele dar ce sunt mult mai slabe din punct de vedere luminos decât stelele si pe care nu au loc reactii nucleare), gaurile negre ,si particule subatomice a caror proprietati exclud detectarea lor dupa radiatii electromagnetice.Ideea calatoriei in timp aduce cu sine o serie de dificultati conceptuale. Urmatorul paradox este de pilda bine cunoscut: Cum ar fi sa te duci in trecut si sa-ti omori tatal inainte ca el sa se intalneasca cu mama ta? Atunci, tu nu ai mai fi nascut. Insa daca tu ai iesit din calcule, cine l-a omorat pe potentialul tau tata?
Asemenea scenarii ipotetice par sa sugereze ca nu este posibila calatoria in timp. Cu toate acestea, teoria generala a relativitatii permite diferite deformari ale spatiu-timpului, iar Kurt Godel, celebrul matematician, a reusit sa demonstreze ca, in conformitate cu aceasta teorie, calatoria in timp ar putea in principiu sa existe (vezi imaginea de mai jos a unei „gauri de vierme”).
Nici mecanica cuantica nu spune in mod explicit ca nu ar fi posibila calatoria in timp. Dimpotriva, simtul cauzalitatii este mai degraba bulversat de ea.
Unii scriitori de stiintifico-fantastic au incercat sa ocoleasca paradoxurile calatoriei in timp folosind ideea de universuri paralele. Atunci cand cineva ar merge in trecut si ar schimba ceva, universul ar continua pe o cale diferita. Insa universul original din care a provenit calatorul va continua sa existe neafectat, in paralel. Prin urmare, acel Oedip care calatoreste in timp vine dintr-un univers si isi omoara tatal in alt univers.
Studiind aceasta idee stiintifico-fantastica cu ajutorul mecanicii cuantice, trei fizicieni, Daniel M. Greenberger si Karl Svozil pe de o parte si David T. Pegg pe de alta parte, au ajuns la
aceeasi concluzie in mod independent.
Ideea in mecanica cuantica este ca toate posibilitatile exista in mod simultan intr-un anumit fel abstract, insa nu in paralel, ci influentandu-se unele pe celelalte. Ceea ce se observa in realitate este rezultatul unui anumit proces de mediere peste toate aceste posibilitati – toate universurile posibile interfereaza unul cu altul, iar universul real este rezultatul care apare. In acest fel, pot fi luate in considerare inclusiv universuri in care timpul curge dinspre viitor spre trecut – de aceea mecanica cuantica nu este in mod explicit impotriva ideii de calatorie in timp.
Cu toate acestea, Greenberger, Svozil si Pegg au constatat ca, pe masura ce timpul curge, universurile alternative care ar fi putut sa se intample insa nu s-au intamplat, se sterg – aceste universuri alternative se anuleaza unul pe celalalt. Prin urmare, daca cineva ar reusi, cine stie cum, sa calatoreasca inapoi in trecut, el nu ar regasi universul asa cum a fost, ci va gasi un univers simplificat, in care nu se mai poate intampla decat ceea ce chiar s-a intamplat.
Mark Buchanan de la New Scientist explica teoria folosind perspectiva ondulatorie (ceea ce in acest caz este poate mai clar): „Constrangerea apare datorita capacitatii obiectelor cuantice de a se comporta ca unde. Obiectele cuantice isi separa existenta intr-o serie de unde, fiecare dintre ele urmand o cale distincta prin spatiu-timp. In cele din urma, obiectul este cel mai probabil sa ajunga acolo unde undele se recombina sau ‘interfereaza’ constructiv, cu varful unei unde nimerindu-se peste varful altei unde. Obiectul este putin probabil sa ajunga in acele locuri in care undele interfereaza destructiv, si se anuleaza una pe cealalta. Mecanica cuantica permite calatoria in timp pentru ca nu exista nimic care sa impiedice o unda sa mearga inapoi in timp. Atunci cand Greenberger si Svozil au analizat ceea ce se intampla cu aceste unde care merg spre trecut, au descoperit ca paradoxurile care ar fi implicate de ecuatiile lui Einstein nu apar. Undele care calatoresc inapoi in timp interfereaza distructiv una cu cealalta si impiedica deci sa se intample altceva decat ceea ce s-a intamplat deja.”
Greenberger si Svozil scriu: „In conformitate cu modelul nostru, daca in mecanica cuantica ceva calatoreste in timp, nu gaseste decat alternativele consistente cu lumea pe care a lasat-o in urma, in viitor. Cu alte cuvinte, cu toate ca poti sa afli trecutul, nu-l poti schimba. Nu conteaza cat de putin probabile sunt evenimentele care au putut sa conduca catre situatia actuala, ele nu pot fi schimbate. Calatoria in trecut ar trimite rezonante care sunt compatibile numai cu viitorul care deja s-a intamplat.”
Ei mai adauga: „Modelul are anumite consecinte si asupra interpretarii lumilor multiple a mecanicii cuantice. Lumea poate sa para ca se separa in posibilitati in ceea ce priveste viitorul. Insa odata ce o masuratoare a fost facuta, care confirma deci lumea in care traim, ar fi imposibil sa ajungem la alte lumi.”