Podróżowanie W Czasie

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

Źródła Koncepcji

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.

Pierwsze Opisy W Literaturze

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.

Konsekwencje Relatywizmu

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 Przyszłość

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

Dylatacja związana z ruchem

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 grawitacją

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)

Podróż Szybkim Statkiem Kosmicznym

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).

Gwiazdy Neutronowe I Czarne Dziury

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.

Eksperymentalnie Potwierdzona Dylatacja Czasu

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.

Człowiek, Który Dokonał Najdalszej "Podróży"

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.

Percepcja Czasu

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

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.