Hunter
2008 lesz az időutazás nulladik éve?
Az LHC részecskegyorsítótól forradalmi áttöréseket várnak a fizikában, de lehet itt még valami, ami még ezt is túlszárnyalja.
Ahogy arról már több alkalommal is beszámoltunk, az idén megkezdi működését a világ legnagyobb teljesítményű részecskegyorsítója, a Large Hadron Collider (LHC). A részecskefizikusok forradalmi áttöréseket várnak, de lehet itt még valami, ami még ezeket is túlszárnyalja: egy orosz matematikus páros szerint az LHC lehet a világ első időgépe.
Irina Arefjeva és Igor Volovics utalása enyhén szólva is spekulatív, azonban ha igazuk van, az mérföldkövet jelentene az emberiség történetében, amivel 2008. lehetne az úgynevezett nulladik év, mivel a múltba való visszautazás az első időgép megalkotásának időpontjáig lenne lehetséges, már amennyiben egyáltalán lehetséges.
Lássuk, kik állítják mindezt. Arefjeva és Volovics egyaránt jó nevű matematikusok, a moszkvai Szteklov Matematikai Intézet munkatársai, ennek megfelelően nem is pontosan így hangzik az általuk felvázolt tétel. Ők egy okviszonyról beszélnek, ami elvileg tesztelhető az LHC-ben. Bár munkájuk még nem jelent meg a nagyobb szaklapokban, több fizikus érdeklődését is felkeltette.
Nem véletlenül, a fizikusok évtizedek óta próbálnak előállni az időutazás egy ésszerű mechanizmusával. A tér és idő viselkedésének legjobb leírása még mindig Albert Einstein nevéhez és az általános relativitás elméletéhez fűződik, ezért a kutatók arra koncentrálnak, hogy hibát találjanak benne, abban a reményben, hogy az megoldja a kérdést. Ez eddig minimális sikert hozott, még egyetlen időgép terv sem jutott el a rajzasztalig, az LHC-vel azonban végre eljöhet a várt áttörés, még ha ez pusztán a véletlen műve lesz is.
Amikor az LHC teljes gőzzel beindul, minden egyes benne utazó részecskét 7 teraelektronvolt (TeV) energiával itat át. Ez nem is olyan sok, 1 TeV nagyjából egy repülő szúnyog kinetikus energiájának felel meg, szubatomi méreteken viszont ez az energiamennyiség már elképesztő dolgokat tud művelni az univerzum anyagával. Az általános relativitás szerint az univerzumban minden három térbeli és egy időbeli dimenzióval rendelkezik. A tér-idő egyik különös tulajdonsága, hogy eltorzítja a világegyetem tartalmának tömege és energiája, ez a gravitációs vonzás gyökere. A Föld tömege például eltorzítja a körülötte elhelyezkedő teret, ezért a környezetében minden úgy érződik, mintha a bolygó felé felé húzódna.
Az idő torzulását igen nehéz megjeleníteni, parányi mértékben mégis bekövetkezik bármilyen anyag vagy energia jelenlétében. Mitöbb, ha elég nagy a tömeg vagy az energia koncentrációja, akkor annyira eltorzítható az idő, hogy az önmagába fordul vissza, mint egy hengerré feltekert lap. Az így keletkező hurkokat a fizikusok "zárt időszerű görbéknek" nevezik, melyeknek ha csak elméletben is, de lehetővé kellene tenniük az idő már elmúlt pillanatainak visszaidézését.
Az első, aki bemutatta, hogyan jöhet létre egy ilyen zárt időszerű görbe, az ausztrál matematikus, Kurt Gödel volt 1949-ben. Gödel bizonyítása szerint, ha az univerzum forog, a relativitásnak lehetővé kell tennie olyan körülményeket, melyben az idő egy hurkot képez önmagába. Ha sikerül bekerülnünk ebbe a hurokba, akkor újraéljük ugyanazt a pillanatot egészen addig, míg ki nem keveredünk belőle.
Az elmélet, miszerint a relativitás lehetővé teszi az időutazást, nem hagyta nyugodni Einsteint, de nem tekintette problémának. Legjobb tudásunk szerint univerzumunk nem forog, tehát az időutazás ezzel az elvvel nem jöhet létre. Az sem okozott túl nagy felzúdulást, amikor 1976-ban Frank Tipler a Tulane Egyetem tudósa bemutatta, hogyan képes egy rendkívüli tömegű, végtelen hosszúságú, gyorsan forgó henger hasonló eredmény kiváltani, hiszen ebben a formában nem alakítható egy eszközzé, vagy ha mégis, akkor sem a közeli jövő egyik vívmánya lesz. 1988-ban azonban már kezdtek a dolgok érdekesebbé válni, amikor Kip Thorne és kollégái előálltak féreglyuk-tézisükkel, mely szerint a téridőn átívelő alagutak lehetővé teszik az időutazást. A féreglyuk lezár egy hurkot az időben, olyan mint egy hegybe vájt alagút. Úgy is átjuthatunk a hegy másik oldalára, ha magán a hegyen kelünk át, az alagúton keresztül viszont mindez sokkal gyorsabb. Ha körültekintően választjuk ki a féreglyukat, akár még hamarabb is kijöhetünk belőle mint bementünk.
Ez az a pont, ahol az LHC belép a képbe. Arefjeva és Volovics szerint a részecskegyorsító képes féreglyukakat létrehozni és ennél fogva valamilyen formában megvalósítani az időutazást. Minden részecske, ami keresztül halad az LHC-n, egyfajta lökéshullámot alkot a tér-időben, egy gravitációs fodrot, ami eltorzítja a teret és körülötte az időt. Amikor két ilyen hullám egymás felé tart, a végeredmény igen látványos lehet. Bizonyos körülmények között az ütköző gravitációs hullámok egy lyukat szakítanak a téren és az időn.
Hogy mik is pontosan ezek a körülmények, arról még nincs kellő ismeretünk. Bár Einstein relativitás elmélete nagy vonalakban leírja a tér-idő tulajdonságait, ez csupán egy közelítés. Ahhoz, hogy megállapítsák mennyi energia kell egy ilyen lyuk megnyitásához, a kvantumgravitáció mélyreható ismereteit feltételezi, ami számunkra jelenleg még elérhetetlen. Az azonban egyáltalán nem zárható ki, hogy az LHC elérheti az áhított körülményeket. Annak ellenére, hogy a fizikusok többsége szerint a kvantumgravitáció csak tíz a tizenhatodikon TeV energiánál kezd szerepet kapni, a Berkeley Egyetem kutatói kimutatták, hogy bizony 1 TeV energián is megjelenhet.
Arefjeva és Volovics spekulációja a különös tér-idő effektusról azzal vette kezdetét, hogy a tudósok felismerték, az LHC elég erős lehet apró fekete lyukak létrehozásához. Két proton ütközése 14 TeV kombinált energiánál már létrehozhat egy tíz a mínusz tizennyolcadikon méter átmérőjű fekete lyukat. Arefjeva és munkatársai már tavaly eljátszadoztak Einstein egyenleteivel olyan módokat keresve, melyekben kialakulhatnak zárt időszerű görbék. Ekkor vetődött fel a lehetőség, hogy az LHC akár egy időgépként is funkcionálhat. "Felismertük, hogy a zárt időszerű görbék és féreglyukak ugyanúgy eredményei lehetnek az ütközéseknek, mint a fekete lyukak" - mondta Arefjeva.
Több fizikus komolyan elkezdett foglalkozni a lehetőséggel. "Érdekes tanulmány" - szögezte le J. Richard Gott, a Princeton Egyetem munkatársa, aki 1991-ben maga is felvetette, hogy a felgyorsított részecskék elvezethetnek az időutazáshoz. Elmélete szerint, ha két egymás felé robogó, nagy energiájú részecske hajszál híján elkerüli egymást, akkor úgy hajlítják meg a tér-időt, hogy a két torzulás kölcsönhatásának eredménye egy zárt időszerű görbe lesz. Gott számításaiban a végeredmény azonban nem egyértelmű. Az eldeformálódott tér-idők létrehozhatnak egy fekete lyukat is az időgép helyett. "Egy fekete lyuk létrehozásához nagyon hasonló tér és idő csavarodásra van szükség mint az időgépnél" - magyarázta Gott. Arefjeva és Volovics számításai ugyanezt tükrözik, sőt szerintük pontosan ugyanakkora az esély arra, hogy a kölcsönhatásokból mini fekete lyukak születnek, mint féreglyukak, mindkettő akár másodpercenként tűnhet majd fel a részecskegyorsítóban.
Mindez nem jelenti azt, hogy karácsonykor már egy időutazással lephetjük meg magunkat. Ehhez még van pár leküzdésre váró akadály. Az egyik probléma, hogy ha megnyílnak is a féreglyukak, azok meglehetősen aprócskák lesznek, olyannyira, hogy csak szubatomi részecskéket tuszkolhatnánk át rajtuk. Volovics csak az elmélet igazolását várja az LHC-tól, a féreglyukak létezésére utaló jeleket. Ha az ütközések energiájának egy része egyszercsak eltűnik, akkor máris lehet arra gyanakodni, hogy az egy féreglyukon távozott.
A második probléma még mindig a mérethez kapcsolódik. A féreglyuk szája olyan mint egy lufié, abban a tekintetben, hogy hajlamos összehúzni magát. Ez csak egyetlen módon küszöbölhető ki, egy olyan anyaggal, ami a hagyományos ellentettjeként vonzás helyett taszítást fejt ki. Ez már sokszor elhangzott, egyesek nevet is adtak ennek a soha nem látott valaminek, a kérdés azonban adott: létezhet ilyen anyag egyáltalán? A világegyetem tágulásából kiindulva létezhet, a folyamatot a sötét energiának tulajdonítják. Arefjeva szerint ez a féreglyukak nyitva tartásában is alkalmazható lenne, csupán azt kellene tudni, hogy a tér-idő tágulásával a sötét energia sűrűsége növekszik, csökken vagy állandó marad.
A fizikusok többsége a konstansra szavaz, a kisebbség azonban azt mondja, hogy a tér-idő tágulásával minden köbcentiméter egyre nagyobb energiára tesz szert. Ha a sötét energia rendelkezne ezzel a "fantom" természettel, a tér-idő magába foglalna egy nyomást, ami nyitva tartaná az LHC féreglyukainak a száját, sőt akár olyan méretekre is duzzaszthatná, hogy egy ember átjusson rajta. Ha mindez működne, és nem csupán egy féreglyuk kialakulásának jeleivel kellene beérnünk - lásd például fekete lyuk, melyeket szintén nem tudunk közvetlenül észlelni - akkor sem beszélhetünk időgépről. Ehhez valahogy irányítanunk kellene a féreglyuk másik szájának elhelyezkedését is, ezek azonban nagyon távoli és spekulatív jövőképek.
Mindenekelőtt meg kell várnunk az LHC beüzemelését, mely jópár kérdésre választ ad majd a fentebb feltettek közül. Persze több továbbra is megválaszolatlan marad a 27 kilométeres monstrum tevékenysége ellenére is, ilyen például a fantomenergia kérdése. Viszont most már lesz egy hajszálnyi esélyünk hogy látogatókat fogadhatunk a jövőből, azaz 2008. valóban a nulladik év lesz az időutazás szempontjából.
Ahogy arról már több alkalommal is beszámoltunk, az idén megkezdi működését a világ legnagyobb teljesítményű részecskegyorsítója, a Large Hadron Collider (LHC). A részecskefizikusok forradalmi áttöréseket várnak, de lehet itt még valami, ami még ezeket is túlszárnyalja: egy orosz matematikus páros szerint az LHC lehet a világ első időgépe.
Irina Arefjeva és Igor Volovics utalása enyhén szólva is spekulatív, azonban ha igazuk van, az mérföldkövet jelentene az emberiség történetében, amivel 2008. lehetne az úgynevezett nulladik év, mivel a múltba való visszautazás az első időgép megalkotásának időpontjáig lenne lehetséges, már amennyiben egyáltalán lehetséges.
Lássuk, kik állítják mindezt. Arefjeva és Volovics egyaránt jó nevű matematikusok, a moszkvai Szteklov Matematikai Intézet munkatársai, ennek megfelelően nem is pontosan így hangzik az általuk felvázolt tétel. Ők egy okviszonyról beszélnek, ami elvileg tesztelhető az LHC-ben. Bár munkájuk még nem jelent meg a nagyobb szaklapokban, több fizikus érdeklődését is felkeltette.Nem véletlenül, a fizikusok évtizedek óta próbálnak előállni az időutazás egy ésszerű mechanizmusával. A tér és idő viselkedésének legjobb leírása még mindig Albert Einstein nevéhez és az általános relativitás elméletéhez fűződik, ezért a kutatók arra koncentrálnak, hogy hibát találjanak benne, abban a reményben, hogy az megoldja a kérdést. Ez eddig minimális sikert hozott, még egyetlen időgép terv sem jutott el a rajzasztalig, az LHC-vel azonban végre eljöhet a várt áttörés, még ha ez pusztán a véletlen műve lesz is.
Amikor az LHC teljes gőzzel beindul, minden egyes benne utazó részecskét 7 teraelektronvolt (TeV) energiával itat át. Ez nem is olyan sok, 1 TeV nagyjából egy repülő szúnyog kinetikus energiájának felel meg, szubatomi méreteken viszont ez az energiamennyiség már elképesztő dolgokat tud művelni az univerzum anyagával. Az általános relativitás szerint az univerzumban minden három térbeli és egy időbeli dimenzióval rendelkezik. A tér-idő egyik különös tulajdonsága, hogy eltorzítja a világegyetem tartalmának tömege és energiája, ez a gravitációs vonzás gyökere. A Föld tömege például eltorzítja a körülötte elhelyezkedő teret, ezért a környezetében minden úgy érződik, mintha a bolygó felé felé húzódna.
Az idő torzulását igen nehéz megjeleníteni, parányi mértékben mégis bekövetkezik bármilyen anyag vagy energia jelenlétében. Mitöbb, ha elég nagy a tömeg vagy az energia koncentrációja, akkor annyira eltorzítható az idő, hogy az önmagába fordul vissza, mint egy hengerré feltekert lap. Az így keletkező hurkokat a fizikusok "zárt időszerű görbéknek" nevezik, melyeknek ha csak elméletben is, de lehetővé kellene tenniük az idő már elmúlt pillanatainak visszaidézését.
Az első, aki bemutatta, hogyan jöhet létre egy ilyen zárt időszerű görbe, az ausztrál matematikus, Kurt Gödel volt 1949-ben. Gödel bizonyítása szerint, ha az univerzum forog, a relativitásnak lehetővé kell tennie olyan körülményeket, melyben az idő egy hurkot képez önmagába. Ha sikerül bekerülnünk ebbe a hurokba, akkor újraéljük ugyanazt a pillanatot egészen addig, míg ki nem keveredünk belőle.Az elmélet, miszerint a relativitás lehetővé teszi az időutazást, nem hagyta nyugodni Einsteint, de nem tekintette problémának. Legjobb tudásunk szerint univerzumunk nem forog, tehát az időutazás ezzel az elvvel nem jöhet létre. Az sem okozott túl nagy felzúdulást, amikor 1976-ban Frank Tipler a Tulane Egyetem tudósa bemutatta, hogyan képes egy rendkívüli tömegű, végtelen hosszúságú, gyorsan forgó henger hasonló eredmény kiváltani, hiszen ebben a formában nem alakítható egy eszközzé, vagy ha mégis, akkor sem a közeli jövő egyik vívmánya lesz. 1988-ban azonban már kezdtek a dolgok érdekesebbé válni, amikor Kip Thorne és kollégái előálltak féreglyuk-tézisükkel, mely szerint a téridőn átívelő alagutak lehetővé teszik az időutazást. A féreglyuk lezár egy hurkot az időben, olyan mint egy hegybe vájt alagút. Úgy is átjuthatunk a hegy másik oldalára, ha magán a hegyen kelünk át, az alagúton keresztül viszont mindez sokkal gyorsabb. Ha körültekintően választjuk ki a féreglyukat, akár még hamarabb is kijöhetünk belőle mint bementünk.
Ez az a pont, ahol az LHC belép a képbe. Arefjeva és Volovics szerint a részecskegyorsító képes féreglyukakat létrehozni és ennél fogva valamilyen formában megvalósítani az időutazást. Minden részecske, ami keresztül halad az LHC-n, egyfajta lökéshullámot alkot a tér-időben, egy gravitációs fodrot, ami eltorzítja a teret és körülötte az időt. Amikor két ilyen hullám egymás felé tart, a végeredmény igen látványos lehet. Bizonyos körülmények között az ütköző gravitációs hullámok egy lyukat szakítanak a téren és az időn.
Hogy mik is pontosan ezek a körülmények, arról még nincs kellő ismeretünk. Bár Einstein relativitás elmélete nagy vonalakban leírja a tér-idő tulajdonságait, ez csupán egy közelítés. Ahhoz, hogy megállapítsák mennyi energia kell egy ilyen lyuk megnyitásához, a kvantumgravitáció mélyreható ismereteit feltételezi, ami számunkra jelenleg még elérhetetlen. Az azonban egyáltalán nem zárható ki, hogy az LHC elérheti az áhított körülményeket. Annak ellenére, hogy a fizikusok többsége szerint a kvantumgravitáció csak tíz a tizenhatodikon TeV energiánál kezd szerepet kapni, a Berkeley Egyetem kutatói kimutatták, hogy bizony 1 TeV energián is megjelenhet.
Arefjeva és Volovics spekulációja a különös tér-idő effektusról azzal vette kezdetét, hogy a tudósok felismerték, az LHC elég erős lehet apró fekete lyukak létrehozásához. Két proton ütközése 14 TeV kombinált energiánál már létrehozhat egy tíz a mínusz tizennyolcadikon méter átmérőjű fekete lyukat. Arefjeva és munkatársai már tavaly eljátszadoztak Einstein egyenleteivel olyan módokat keresve, melyekben kialakulhatnak zárt időszerű görbék. Ekkor vetődött fel a lehetőség, hogy az LHC akár egy időgépként is funkcionálhat. "Felismertük, hogy a zárt időszerű görbék és féreglyukak ugyanúgy eredményei lehetnek az ütközéseknek, mint a fekete lyukak" - mondta Arefjeva.Több fizikus komolyan elkezdett foglalkozni a lehetőséggel. "Érdekes tanulmány" - szögezte le J. Richard Gott, a Princeton Egyetem munkatársa, aki 1991-ben maga is felvetette, hogy a felgyorsított részecskék elvezethetnek az időutazáshoz. Elmélete szerint, ha két egymás felé robogó, nagy energiájú részecske hajszál híján elkerüli egymást, akkor úgy hajlítják meg a tér-időt, hogy a két torzulás kölcsönhatásának eredménye egy zárt időszerű görbe lesz. Gott számításaiban a végeredmény azonban nem egyértelmű. Az eldeformálódott tér-idők létrehozhatnak egy fekete lyukat is az időgép helyett. "Egy fekete lyuk létrehozásához nagyon hasonló tér és idő csavarodásra van szükség mint az időgépnél" - magyarázta Gott. Arefjeva és Volovics számításai ugyanezt tükrözik, sőt szerintük pontosan ugyanakkora az esély arra, hogy a kölcsönhatásokból mini fekete lyukak születnek, mint féreglyukak, mindkettő akár másodpercenként tűnhet majd fel a részecskegyorsítóban.
Mindez nem jelenti azt, hogy karácsonykor már egy időutazással lephetjük meg magunkat. Ehhez még van pár leküzdésre váró akadály. Az egyik probléma, hogy ha megnyílnak is a féreglyukak, azok meglehetősen aprócskák lesznek, olyannyira, hogy csak szubatomi részecskéket tuszkolhatnánk át rajtuk. Volovics csak az elmélet igazolását várja az LHC-tól, a féreglyukak létezésére utaló jeleket. Ha az ütközések energiájának egy része egyszercsak eltűnik, akkor máris lehet arra gyanakodni, hogy az egy féreglyukon távozott. A második probléma még mindig a mérethez kapcsolódik. A féreglyuk szája olyan mint egy lufié, abban a tekintetben, hogy hajlamos összehúzni magát. Ez csak egyetlen módon küszöbölhető ki, egy olyan anyaggal, ami a hagyományos ellentettjeként vonzás helyett taszítást fejt ki. Ez már sokszor elhangzott, egyesek nevet is adtak ennek a soha nem látott valaminek, a kérdés azonban adott: létezhet ilyen anyag egyáltalán? A világegyetem tágulásából kiindulva létezhet, a folyamatot a sötét energiának tulajdonítják. Arefjeva szerint ez a féreglyukak nyitva tartásában is alkalmazható lenne, csupán azt kellene tudni, hogy a tér-idő tágulásával a sötét energia sűrűsége növekszik, csökken vagy állandó marad.
A fizikusok többsége a konstansra szavaz, a kisebbség azonban azt mondja, hogy a tér-idő tágulásával minden köbcentiméter egyre nagyobb energiára tesz szert. Ha a sötét energia rendelkezne ezzel a "fantom" természettel, a tér-idő magába foglalna egy nyomást, ami nyitva tartaná az LHC féreglyukainak a száját, sőt akár olyan méretekre is duzzaszthatná, hogy egy ember átjusson rajta. Ha mindez működne, és nem csupán egy féreglyuk kialakulásának jeleivel kellene beérnünk - lásd például fekete lyuk, melyeket szintén nem tudunk közvetlenül észlelni - akkor sem beszélhetünk időgépről. Ehhez valahogy irányítanunk kellene a féreglyuk másik szájának elhelyezkedését is, ezek azonban nagyon távoli és spekulatív jövőképek.
Mindenekelőtt meg kell várnunk az LHC beüzemelését, mely jópár kérdésre választ ad majd a fentebb feltettek közül. Persze több továbbra is megválaszolatlan marad a 27 kilométeres monstrum tevékenysége ellenére is, ilyen például a fantomenergia kérdése. Viszont most már lesz egy hajszálnyi esélyünk hogy látogatókat fogadhatunk a jövőből, azaz 2008. valóban a nulladik év lesz az időutazás szempontjából.