Jako Podróżowanie w czasie określa się przemieszczanie się w przód (odbiegające od naturalnego tempa upływu czasu) oraz przemieszczanie się w tył w czasie, w sposób podobny do przemieszczania się w przestrzeni. Współczesne teorie fizyczne dopuszczają możliwość takiej podróży w przód w czasie, zmniejszając szybkość upływu czasu. Uzyskanie znaczącej zmiany upływu czasu dla ciała o masie człowieka przekracza jednak obecne możliwości techniczne. Istnieje rozbieżność w stosunku do podróży wstecz w czasie. Nigdy nie zaobserwowano eksperymentalnie przeniesienia energii, materii lub informacji wstecz w czasie, co jest niezbędnym warunkiem pełnego podróżowania w czasie. Nie udowodniono jednak, iż jest to niemożliwe. W kręgach naukowych trwają dyskusje na ten temat, choć unika się nienaukowego określenia podróży i przeniesienia w czasie na rzecz terminów jak zamknięte krzywe czasowe (z ang. closed timelike curves). Podróże w czasie są często tematem literatury popularno-naukowej, science-fiction.
Tunel czasoprzestrzenny – jeden z hipotetycznych i bardzo
kontrowersyjnych sposobów podróżowania w czasie
Już Św. Augustyn zastanawiał się w XI księdze Confessiones nad nieuchwytnością czasu i faktem, że przeszłość i przyszłość nie istnieją w teraźniejszości. Nie da się więc rzeczywiście zmierzyć czasu pomiędzy dwoma zdarzeniami, gdyż pierwsze zdarzenie przeminęło i już nie jest do dyspozycji pomiaru. Czas wydaje się jednak być nieodłączny z ruchem materii i na podstawie tego – np. wskazówki zegara, dokonujemy jego subiektywnego pomiaru. Oznacza to, iż czas nie jest czymś absolutnym i obowiązującym zawsze i wszędzie na tych samych zasadach. W naukach ścisłych przez wieki utrzymywał się obraz czasu jako pewnego rodzaju eteru, który jest niezależny od materii i przestrzeni i jednakowy w całym wszechświecie. Dopiero teoria względności Alberta Einsteina zerwała z taką koncepcją czasu. Okazało się, że tempo upływu czasu jest zależne od materii i energii a sam czas nieodłącznie związany jest z przestrzenią tworząc tzw. czasoprzestrzeń.
Jest trudno stwierdzić jednoznacznie, kiedy pojawiły się pierwsze opisy podróży w czasie w literaturze. Opowiadanie Memoirs of the Twentieth Century irlandzkiego pisarza Samuela Maddena z roku 1733 stanowi zbiór listów angielskich ambasadorów z różnych krajów. Występują w nim też listy z roku 1997 i 1998 dostarczone przez anioła stróża narratorowi, w których opisane jest życie ambasadorów w latach 90. XX wieku.
W 1771 roku w noweli L'An 2440, rêve s'il en fut jamais (Rok 2440: Marzenie jeśli kiedykolwiek jakieś było) opisane została "podróż" do Paryża roku 2440, a w 1838 roku w Dublinie ukazało się krótkie opowiadanie Missing One's Coach: An Anachronism o przeniesieniu wstecz o tysiąc lat, które można interpretować jako podróż w czasie. Także Opowieść wigilijna Charlesa Dickensa zawiera elementy przeniesienia do własnej przeszłości i przyszłości i ma charakter zbliżony do współczesnych opisów podróży w czasie. Bardziej jednoznaczna podróż w czasie została w 1861 roku opisana w książce Paris avant les hommes (Paryż przed człowiekiem).
Nowoczesny przykład fikcyjnej podróży w czasie widać też w krótkim opowiadaniu z 1881 Edwarda Page-a Mitchell-a The Clock That Went Backward (Zegar, który chodził w tył) oraz w A Connecticut Yankee in King Arthur's Court (1889) Marka Twaina, w którym bohater odnajduje się z czasach króla Artura.
Pierwszą opowieścią, w której podróż w czasie dokonuje się za pomocą wehikułu czasu to El Anacronópete hiszpańskiego pisarza Enrique Gaspar y Rimbau z roku 1887. Najbardziej popularnym przykładem wczesnej literatury o podróżach w czasie stała się powieść Wehikuł czasu autorstwa angielskiego pisarza Herberta Georgea Wellsa, która ukazała się w 1895 roku. Wells pracował nad zagadnieniem już od 1888 roku publikując wpierw prekursora bestsellera – mniej popularną powieść The Chronic Argonauts.
Pierwsze przewidywania pozwalające na podróże w przyszłość wynikały bezpośrednio z teorii względności. Również na jej podstawie bazują pierwsze hipotezy o cofnięciu się w czasie, w związku z przekroczeniem prędkości światła oraz w modelu kosmologicznym Gödla z 1949 roku. Także przedstawiony w 1988 roku przez Kipa Thorne'a model wehikułu czasu, bazujący na tunelach czasoprzestrzennych, stał się nowym impulsem w badaniach naukowych.
Obraz podróży w czasie ukazywany przez media był często oparty na rezultatach takich nowych hipotez naukowych. I odwrotnie, zauważa się też wpływ literatury i filmu na pracę naukową, gdyż inspirują one fizyków do zajmowania się tematyką podróży w czasie.
Podróże w czasie w przyszłość są zjawiskiem naukowo udowodnionym przez teorię względności Alberta Einsteina. Według teorii dla obiektów poruszających się szybciej lub w silniejszym polu grawitacyjnym następuje dylatacja czasu – czas płynie wolniej względem innych obiektów i rejonów wszechświata. Różnica jest tym większa im bardziej obiekt zbliża się do prędkości maksymalnej – prędkości światła lub im bliżej znajduje się środka masy ciężkiego ciała. Ponieważ dla ciał posiadających masę osiągnięcie prędkości światła jest niemożliwe – mogą się one tylko do niej zbliżyć. Dla obiektu poruszającego się z prędkością światła dylatacja czasu staje się nieskończenie wielka i czas praktycznie nie istnieje – kurczy się do zera. Cząsteczki nie posiadające masy, np. fotony fal radiowych, poruszają się z prędkością światła i nie "odczuwają" czasu. Dylatacja umożliwia względne przyspieszenie – dzięki czemu staje się możliwa podróż w przyszłość – oraz względne spowolnienie biegu czasu.
Dylatacja związana z prędkością ciał (dylatacja kinetyczna) jest opisana przez szczególną teorię względności. Im obiekt porusza się szybciej, tym wolniej płynie jego czas względem układu odniesienia, w którym się porusza. Wielkość dylatacji wyraża wzór:
(c – prędkość światła, v – prędkość obiektu)
Tak więc pilot lecącego odrzutowca starzeje się wolniej niż jego koledzy pozostali na lądzie. Jak jednak łatwo wyliczyć za pomocą wzoru, różnice te nawet przy największych spotykanych na co dzień prędkościach są tak minimalne, że da się je zauważyć tylko przy pomocy specjalnych urządzeń pomiarowych – stanowią tysięczne lub nawet tylko milionowe części sekundy.
Dylatacja związana z oddziaływaniem sił grawitacyjnych (dylatacja grawitacyjna) jest opisana przez ogólną teorię względności. Im bliżej środka masy ciała o bardzo dużej masie tym wolniej płynie czas względem dalej położonych i spoczywających względem ciała regionów. Tak więc czas płynie wolniej im bliżej powierzchni znajduje się ciało, niż na powierzchni ziemi, a na wysokim szczycie płynie szybciej gdyż znajduje się on dalej od środka masy Ziemi. Również dla dylatacji grawitacyjnej różnice w upływie czasu mierzone na naszej planecie są minimalne i nie przekraczają miliardowych części sekundy. Wzór na obliczenie grawitacyjnej dylatacji to w najprostszym przypadku dla ciał spoczywających:
(c – prędkość światła, G – stała grawitacyjna, m – masa ciała, r – odległość od środka ciała)
Dokonując podróży szybkim statkiem kosmicznym mogącym osiągnąć prędkości bliskie prędkości światła z dużym przyspieszeniem możliwa byłaby podróż w dowolnie daleką przyszłość we względnie krótkim czasie. Gdyby jednak nałożyć ograniczenie, iż przyspieszenie nie może przekraczać wartości nieszkodliwych dla ludzkiego organizmu czas takiej podróży odpowiednio się wydłuży, gdyż potrzebne będą dłuższe okresy, aby zbliżyć się do prędkości maksymalnej. By osiągnąć prędkość bliską prędkości światła z przyspieszeniem 10 m/s2 (naturalne przyspieszenie grawitacyjne Ziemi) potrzeba by było około jednego roku. W tym czasie na Ziemi mogłoby jednak minąć nawet kilka stuleci. Teoretycznie wyobrażalna jest więc podróż w przyszłość poprzez lot szybkim statkiem kosmicznym i zatoczenie kręgu w kosmosie, np. dookoła bliskiej gwiazdy, by powrócić na Ziemię, na której minęło znacznie więcej czasu (Paradoks bliźniąt).
Na gwiazdach neutronowych, których gęstość jest szczególnie wielka (10¹² kg/cm³), siła grawitacji jest tak ogromna, iż grawitacyjna dylatacja czasu prowadzi do ciekawych efektów na powierzchni takiej gwiazdy. Różnice w tempie upływu czasu stają się zauważalne na odległościach rzędu kilku metrów. Choć życie na powierzchni takiej gwiazdy jest niemożliwe, to hipotetycznie można sobie wyobrazić, że gdyby istniały na nich wieżowce, czas płynąłby kilka razy szybciej na najwyższym piętrze niż na parterze. Gdyby więc hipotetyczny mieszkaniec gwiazdy neutronowej miał do rozwiązania czasochłonny problem, to mógłby wjechać windą do biura na 50 piętrze i przepracować tam 8 godzin. Po zjechaniu na parter stwierdziłby, iż na powierzchni minęła dopiero 1 godzina. Nie jest to jednak podróż wstecz w czasie a jedynie zmiana tempa upływu. Z 50 piętra obserwowałby swoich kolegów na dole wolnych jak na zwolnionym filmie – a oni jego odwrotnie jak w mocno przyspieszonym.
Jeszcze bardziej ekstremalną odmianę tego zjawiska postuluje się w związku z czarnymi dziurami. Na horyzoncie zdarzeń czarnej dziury (obszar, z którego nic nie może się wydostać) czas skurczyłby się do zera.
Efekty grawitacyjne dopuszczają teoretyczną podróż w przyszłość poprzez lot statkiem kosmicznym w pobliżu czarnej dziury albo poprzez pobyt w pustym środku bardzo masywnego obiektu – np. kilkumetrowej studni o masie kilkuset planet. Praktyczna realizacja wydaje się tu być jeszcze trudniejsza niż w przypadku dynamicznej dylatacji.
Zjawisko dylatacji czasu można zmierzyć na Ziemi porównując czas pod powierzchnią ziemi, na wysokości morza oraz na szczytach wysokich gór. Również mierzenie czasu w samolotach potwierdza różnice. Jeszcze lepsze wyniki uzyskuje się w satelitach na orbitach okołoziemskich.
W 1959 roku w ramach eksperymentu Pounda – Rebki - Snidera zaobserwowano grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni (zobacz też przesunięcie ku czerwieni) światła wyemitowanego z źródła znajdującego się niżej ku podłożu, gdzie siła grawitacji jest większa. Ulepszona wersja eksperymentu w 1964 roku potwierdziła przewidywania ogólnej teorii względności z dokładnością do 1%.
Dylatacja związana z prędkością obiektów została zaobserwowana w wielu eksperymentach między innymi podczas obserwacji mionów oraz przy mierzeniu upływu czasu w lecących odrzutowcach i na pokładzie stacji kosmicznej Mir. Wpływ dylatacji ma duże znaczenie w technologii satelitarnej i musiał zostać uwzględniony między innymi w systemach nawigacji satelitarnej, np. w amerykańskim systemie GPS.
Osobą, której udało się podróżować najdalej w przyszłość przy pomocy dylatacji czasu to rosyjski kosmonauta Sergei Krikaljow, który spędził 784 dni na pokładzie stacji Mir. Ze względu na wysoką prędkość stacji i długi pobyt udało mu się wybiec w przyszłość około 1/50 sekundy względem ludzi pozostałych na Ziemi.
Poprzez tzw. hibernację możliwe byłoby wysłanie żywych organizmów, również ludzi, w stanie bardzo długiego snu, z drastycznie spowolnionymi lub wstrzymanymi procesami życiowymi, podczas którego organizm się nie starzeje, na podróż do odległych gwiazd i planet. W chwili dotarcia osoby zostały by "rozbudzone" i mimo iż ich odczucie podpowiadałoby im, że minęło tylko kilka godzin, w rzeczywistości znaleźliby się kilka stuleci w przyszłości. Percepcja jest jedynie subiektywnie odczutą podróżą w przyszłość i dlatego nie klasyfikuje się jako rzeczywisty sposób podróżowania w czasie z punktu widzenia fizyki.
Podróże W Przeszłość
Podróżowanie w przeszłość, czyli przysłowiowe cofnięcie czasu jest kontrowersyjnym tematem sporów i badań w fizyce. Choć nie udało się udowodnić, iż takie podróże są niemożliwe, ze względu na wiele czynników wychodzi się z założenia, że nawet gdyby były możliwe, nie udałoby się nam zorganizować takiej podróży w praktyce. Pewne hipotetyczne modele wszechświata w teorii względności dopuszczają podróże wstecz w czasie, jednak obserwacje astronomiczne wskazują na to, że nasz wszechświat nie spełnia takich warunków. Obecnie istnieje kilka hipotez odnośnie możliwości cofnięcia się w czasie wstecz, które bazują przeważnie na:
- Ruchu z prędkością nadświetlną, czyli przekroczeniu prędkości maksymalnej c
- Efektów związanych z czarnymi dziurami
- Właściwościach superstrun
- Tunelach czasoprzestrzennych
- Napędzie Alcubierre'a
- Zakrzywionych promieniach światła
- Zakrzywionej czasoprzestrzeni w pewnych modelach kosmologicznych
Podróże w przeszłość wiązałyby się z pewnymi paradoksami logicznymi, np. paradoksem dziadka: jeśli przeniosę się w przeszłość i zabiję swojego dziadka, zanim spłodził mojego ojca, to nie mogłem się urodzić, więc nie mogłem przenieść się w przeszłość i go zabić, więc go nie zabiłem, itd. Niektórzy uważają to za dowód, że takie podróże są niemożliwe. Paradoks ten można jednak rozwiązać, np. zakładając, że każda podróż w przeszłość powodowałaby powstanie nowej wersji uniwersum (koncepcja "nogawek czasu"), albo wprowadzając koncepcję czasu indywidualnego (w mojej przeszłości dziadek istniał, w przeszłości, którą tworzę, nie istnieje).
Horyzont zdarzeń - powierzchnia w czasoprzestrzeni oddzielająca od obserwatora zdarzenia, o których nie może on nigdy otrzymać żadnych informacji.
Horyzont zdarzeń przypomina błonę półprzepuszczalną, gdyż z jednej strony nie przepuszcza fal elektromagnetycznych i innych sygnałów biegnących w kierunku obserwatora, natomiast przepuszcza je w kierunku przeciwnym. Obserwator, zmieniając swój ruch, sam może przeniknąć do części Wszechświata zakrytej przez horyzont zdarzeń.
Struktura pola grawitacyjnego (która wyznacza geometrię czasoprzestrzeni) oraz ruch obserwatora determinują istnienie horyzontu zdarzeń, jak i jego fizyczne znaczenie.
W kontekście kosmologii, horyzont zdarzeń jest różny od horyzontu cząsteczek.
misdociekliwy