Zašto Ajnštajnove teorije relativnosti otvaraju mogućnost putovanja kroz vreme

Većina ozbiljnih naučnih razmišljanja o putovanju kroz vreme oslanja se na dve Ajnštajnove teorije: posebnu (1905) i opštu relativnost (1915). Te teorije promenile su našu sliku prostora i vremena — one više nisu statične pozadine, već dinamički entiteti koji se mogu istezati i savijati pod dejstvom brzine, mase i energije.

Kako posebna relativnost omogućava "putovanje" u budućnost

Specijalna teorija relativnosti pokazuje da se klatniči satovi koji se kreću u odnosu na posmatrača usporavaju. To znači da putovanje velikom brzinom relativno prema Zemlji može „pomladiti“ putnika u odnosu na one koji ostaju na planeti. U praktičnim primerima, let na 0,97 brzine svetlosti tokom nekoliko godina vratio bi putnika u budućnost za decenije u odnosu na Zemlju. Sličan, iako mnogo manjeg obima, efekat manifestuje se i kod astronauta u Zemljinoj orbiti — razlike su reda milisekundi ili manje.

Gravitacija, opšta relativnost i sporije vreme

Opšta relativnost uvodi novu sliku gravitacije: masa i energija krive prostor-vreme, a ta zakrivljenost određuje kako se kreću drugi objekti. Posledica je da vreme protiče sporije u jačem gravitacionom polju — što je bliže masivnom objektu, to su satovi sporiji. Ovaj princip ima praktičnu primenu: GPS sistemi moraju korigovati razlike u protoku vremena između satova na satelitima i onih na Zemljinoj površini.

Matematička rešenja Ajnštajnovih jednačina

Jednačine opšte relativnosti su diferencijalne jednačine koje povezuju geometriju prostor-vremena (opisanu metričkim tenzorom g_μν i eventualnom kosmološkom konstantom Λ) sa raspodelom mase i energije (tenzor T_μν). Karl Schwarzschild dao je prvo tačno rešenje koje opisuje prostor oko nepokretnog, sfernog masivnog tela. Kasnije, Roy Kerr je 1963. godine pronašao rešenje za rotirajuću masu — tzv. Kerrovu metriku — koje ima neočekivane osobine.

Within the "inner horizon," travel into the past could at least theoretically be possible.© Yukterez / Kerr Universe / CC BY-SA 4.0 (excerpt)

Zatvorene vremenske krivulje i putovanje u prošlost

Neka rešenja opšte relativnosti dopuštaju postojanje zatvorenih timelike krivulja (Closed Timelike Curves) — puteva u prostor-vremenu koji, teoretski, vraćaju putnika u sopstvenu prošlost. Kerrovo rešenje pokazuje da bi unutar određenih unutrašnjih regiona rotirajuće crne rupe takve krivulje mogle postojati. Međutim, ti regioni su dinamički i fizički nestabilni: najmanja perturbacija može urušiti strukturu koja omogućava povratak u prošlost.

Važno: čak i kada matematika dozvoljava takve mogućnosti, fizička realnost ih često sprečava — energetski uslovi, kvantni efekti i stabilnost sistema obično onemogućavaju stvarnu upotrebu takvih rešenja.

Šta to znači za praktično putovanje kroz vreme?

Putovanje u budućnost je već deo stvarnosti — u obliku vremenske dilatacije koju utiču brzina i gravitacija, i ima konkretne, merljive posledice. Putovanje u prošlost, međutim, ostaje uglavnom matematička mogućnost bez praktične realizacije. Pitanja stabilnosti, potreba za egzotičnom energijom i mogući paradoksi (kao što je paradoks dede) postavljaju ozbiljne prepreke. Neki fizičari, poput Stephena Hawkinga, predložili su ideju "kronološke zaštite" — mehanizma zbog kojeg priroda sprečava putovanje u prošlost.

Ukratko: Ajnštajn je otvorio vrata razumevanju da vreme nije apsolutno i da mu se tok može menjati uslovima, ali praktičan povratak u prošlost i dalje ostaje daleka i problematična mogućnost.

Izvor: adaptirano iz članka u Spektrum der Wissenschaft (prevedeno i urednički prerađeno).