TUNELE CZASOPRZESTRZENNE (Wstęp)
WIZJA ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
Gdyby Enterprise mógł przemieszczać się jedynie z prędkościami choćby niewiele mniejszymi od prędkości światła, podróż do środka Galaktyki i z powrotem trwałaby dla załogi tylko kilka lat, ale na Ziemi upłynęłoby w tym czasie 80 tysięcy lat (...). Na szczęście ogólna teoria względności Einsteina stwarza możliwość obejścia tej trudności: można zakrzywić czasoprzestrzeń i stworzyć drogę na skróty między miejscami, które chce się odwiedzić. Mimo pojawiających się wtedy problemów z ujemną energią, takie zakrzywienie czasoprzestrzeni może być dla nas w przyszłości wykonalne. (...) Ograniczenie poszukiwań do spraw czysto ziemskich byłoby równoznaczne z narzucaniem ograniczeń ludzkiemu duchowi.
Stephen Hawking, Przedmowa do: Lawrence M. Krauss, Fizyka podróży międzygwiezdnych
Claudio Maccone wysunął propozycję, że czas potrzebny do porozumiewania się na odległości międzygwiezdne mógłby zostać skrócony dzięki zmniejszeniu odległości, na jaką należy przesłać komunikat. Według tej koncepcji, należałoby utworzyć tunele czasoprzestrzenne, zapewniające krótszą drogę między dwiema komunikującymi się cywilizacjami. (...) zdaniem Donalda Tartera, możliwe byłoby wykorzystanie połączeń kwantowych (...) nie możemy wykluczyć, że bardziej rozwinięte cywilizacje byłyby w stanie opanować techniki natychmiastowej wymiany informacji.
Albert A. Harrison, Kontakt
Można tak zaprojektować geometrię czasoprzestrzeni, aby olbrzymie pola grawitacyjne, potrzebne do rozszerzania i kurczenia przestrzeni, nie miały nigdy dużych wartości w pobliżu statku lub którejś ze stacji kosmicznych. W okolicach statku i stacji przestrzeń może być niemal płaska i dzięki temu zegary na statku i w stacjach pozostaną zsynchronizowane. Gdzieś między statkiem a stacjami grawitacyjne siły pływowe będą olbrzymie, ale nie przeszkodzi to nam, dopóki się tam nie znajdziemy.
Lawrence M. Krauss, Fizyka podróży międzygwiezdnych
1. TUNELE CZASOPRZESTRZENNE JAKO PROBLEM NAUKOWY?
Podstawowym pytaniem współczesnej astronomii i astronautyki jest to, na ile w ogóle problemem są tunele czasoprzestrzenne (nadprzestrzenne), czyli kanały pozwalające na skrótową, szybką (szybszą niż prędkość światła) drogę podróży do odległych miejsc we wszechświecie.
Niektórzy naukowcy sugerują, że, choć jest to kwestia technologii dalekiej przyszłości (ze względu głównie na koszt energetyczny), pozostaje w obszarze możliwości cywilizacji kosmicznej II stopnia.
Poza tym, o ile podróż żywych osobników, np. człowieka lub robota, byłyby problematyczne, pewna możliwość łączy się z powyższymi tunelami użytymi wyłącznie jako kanał przepływu informacji. Wtedy być może odpadłby problem np. zagrożeń dla życia, jak również niektórych tzw. paradoksów fizykalnych (podróże w czasie).
Biorąc pod uwagę fakt, że cywilizacje kosmiczne wyprzedzają nas w rozwoju o tysiące czy miliony lat, technologia tuneli czasoprzestrzennych jest najprawdopodobniej w zasięgu ich możliwości , wykorzystywanych, jak się wydaje, w formie cywilizowanej. Można sądzić, że takie setiocywilizacje istnieją. Zatem, być może setio-odkrycie otworzyłoby takie perspektywy przed cywilizacją ziemską (przynajmniej jest to możliwość teoretyczna). Wydaje się, że w ciągu najbliższych wieków powyższa droga do technologii tuneli czasoprzestrzennych byłaby najbardziej prawdopodobna. Logiczne jest więc uznać, że Ziemianie "sami z siebie" długo nie będą w stanie zrealizować powyższych przedsięwzięć, co wprawdzie prawdopodobnie będzie możliwe, ale wymaga czasu.
Jednak istnienie tuneli czasoprzestrzennych nie jest sprzeczne z teorią względności oraz prawami fizyki i kosmologii.
Wreszcie - godząc się z tym, że technologia podróży szybszej niż prędkość światła wykracza poza nasze możliwości, cały ten problem można potraktować jako eksperyment myślowy - jedno z zadań czy testów z dziedziny fizyki.
Zaawansowane w rozwoju naukowym i technicznym cywilizacje kosmiczne mogą jednak nawet nie wykorzystywać tuneli czasoprzestrzennych (z różnych przyczyn), jednak prawdopodobnie są do tego potencjalnie zdolne.
Z drugiej strony - czy w ogóle warto zajmować się problemem hipotetycznych tuneli czasoprzestrzennych? Sprawę tę omawiam głównie ze względów formalnych. Tematem powyższego i innych tekstów z dziedziny astronomii są bowiem przyszłość, rozwój i perspektywy astronomii, astronautyki, bioastronomia, setiologia, w tym podróże międzygwiezdne. Problem tuneli czasoprzestrzennych pojawia się w materiałach źródłowych i literaturze zarówno w pracach popularnonaukowych, jak i naukowych. Nie sądzę, aby przemilczanie czy wstydliwe omijanie tego tematu było podejściem naukowym.
Zatem - co mówi nauka na temat tuneli czasoprzestrzennych?
2. SPORY WOKÓŁ MATERIAŁÓW ŹRÓDŁOWYCH
Sprawa tuneli czasoprzestrzennych jest trudnym i kontrowersyjnym tematem. Spierają się o to najwybitniejsi fizycy, astronomowie i kosmolodzy. Na dodatek wyjaśnienie pewnych kwestii jest możliwe tylko w obrębie nieistniejącej jeszcze nauki - grawitacji kwantowej. Również sama literatura i materiały źródłowe nie są jednoznaczne.
Na przykład problem osobliwości w okresie powstawania teorii tuneli nie jest jednoznaczny.
Niektórzy autorzy piszą tu, że tzw. osobliwość Schwarzschilda w ogóle nie występuje (Georges Lemaître) i jest potraktowana jako spowodowana "niefortunnym doborem formalizmu matematycznego. (Jeżeli badając magiczną sferę wybierze się inny zestaw współrzędnych (...), osobliwość zniknie". Dopiero "H. P. Robertson przyjrzał się ponownie wywodowi Droste`a, z którego wynikało, że na granicy magicznej sfery (...) czas ulega zatrzymaniu jedynie z punktu widzenia obserwatora przyglądającego się (z zewnątrz - TS) (...). Z punktu widzenia statku (wnikającego do osobliwości - TS), grawitacja w ułamku sekundy wciąga go do wnętrza (...). Był to ważny wynik. Oznaczał on, że dotarcie do magicznej sfery jest możliwe, a więc nie można już tej kwestii odrzucać twierdząc, że jest ona jedynie matematycznym dziwactwem" (M. Kaku, s. 121-122).
Inni autorzy (np. B. Parker) piszą o tym inaczej: "Georges Lemaître (...) wykazał, że "osobliwość Schwarzschilda" nie była wcale osobliwością" (B. Parker, s. 108).
U obu autorów jest zatem zupełnie odmienne podejście. Podobnie jest z wieloma innymi kwestiami.
Na przykład są autorzy (np. Johannes von Buttlar), którzy widzą możliwość istnienia tuneli czasoprzestrzennych przy czarnych dziurach (co w sumie wygląda bardzo przekonująco). Podobnie, zgodnie z symulacjami, Chińczyk Li-Xin Li uważa, że by poradzić sobie z promieniowaniem i falami grawitacji przed wejściem do tunelu u wylotu czarnej dziury, należy wykonać odpowiednią kulę-lustro o rozmiarach odpowiadających wielkości wejścia do tunelu, odbijające promieniowanie.
Od czarnodziurowej koncepcji tuneli czasoprzestrzennych z kolei odcina się na przykład Kip Thorne, widząc możliwość utworzenia tunelu z "piany czasoprzestrzennej". Na czym to polega?
John Wheeler analizował kiedyś równania teorii względności Einsteina i odkrył, że przy małych odległościach rzędu 10-33 cm następuje duże zakrzywienie czasoprzestrzeni, tak że staje się ona powykręcana i "spieniona", tworząc pianę wyłaniających się z próżni i znikających pęcherzyków oraz mikroskopijnych tuneli czasoprzestrzennych. Thorne przypuszcza, że zaawansowana cywilizacja mogłaby wyodrębnić te tunele, a potem rozszerzyć je i ustabilizować przy użyciu tzw. ujemnej energii (jest to przynajmniej niesprzeczne, zgodne z prawami fizyki).
I bądź tu mądry... Dla osoby "stojącej z boku" niemożliwa staje się więc prezentacja w pełni trafna problemu i literatury, co niestety, w sumie odbiło się na powyższym tekście i jego czytelności.
3. ZARYS PROBLEMU - TRUDNOŚCI WSTĘPNE
W zakresie napędów nadprzestrzennych dopracowuje się teorię, rozpracowuje technikę i wdraża niektóre opracowania - na razie czysto badawczo. Wiele jest tu problemów.
Jedna z teorii zakłada istnienie cząstek szybszych niż światło – tachionów (od greckiego tachus – szybki). Inicjowane dzięki nim podróże w czasie, tak jak każda podróż w czasie (o czym dalej), stwarzają liczne trudności, np. kauzalne, związane z zasadą przyczynowości (cofnięcie się do przeszłości i likwidacja przyczyn stanów późniejszych, które przecież zaistniały kłóci się z tymi podstawowymi zasadami fizyki). W przypadku techniki związanej z istnieniem ww. tachionów, jeszcze nie odkrytych, hipotetycznych cząstek, być może istnieją tu swoiste para- i metawszechświaty z innymi przebiegami czasu. Ogólnie nie dopracowana jest tutaj teoria, czy wręcz jej brak – chodzi o kwantową teorię grawitacji, fizykę kwantowej próżni, teorię przestrzeni i wielowymiarowości.
Napęd nadprzestrzenny doświadczałby również trudności, choćby najprostszych, podzielanych z wszelkimi napędami podświetlnymi. Chodzi tu np. o pierwszy z brzegu problem, który tu wystąpi. Jest to tzw. czynnik Lorentza, zgodnie z którym masa pojazdu rośnie wykładniczo zależnie od prędkości, przy równej prędkości światła – do nieskończoności. Przyrost masy w zależności od relatywistycznej prędkości rakiety jest następujący: przy prędkościach 150; 275; 298,5; 299,97 tys. km/s byłby odpowiednio 1,15-; 2,5-; 10-; i 100-krotny (a więc najefektywniejsza jest tu prędkość np. 80% c).
Zgodnie z teorią względności, czas w statku poruszającym się z prędkością relatywistyczną płynie w sposób bardzo specyficzny (przy 0,7 c ten efekt jest niewielki) – znacząco wolniej niż u jednoczesnego obserwatora na Ziemi na tyle, że przy przyspieszeniu 1 g pojazdu upłynęłoby na takim statku do osiągnięcia najbliższych gwiazd, jądra Galaktyki (27 tys. lat świetlnych), galaktyki Andromedy (2 mln lat świetlnych) odpowiednio kilka, 21 i 28 lat, podczas gdy na Ziemi do powrotu statku – odpowiednio kilkanaście, 50 tys. i 4 mln lat.
Powyższy rysunek autora przedstawia powierzchnię, formy życia i przyszłą obecność człowieka na planecie pozasłonecznej (celu podróży dzięki tunelom czasoprzestrzennym?).
Misja – hipotetyczna egzoplaneta w układzie gwiazdy HR 810
Widać tu środowisko przyrodnicze oparte głównie na roślinach sprowadzonych jeszcze z Ziemi. Wydaje się, że na przyszłych zasiedlanych globach (egzoplanetach i egzoksiężycach) będą mogły współistnieć formy biologiczne autochtoniczne i zaintrodukowane, o ile biologiczna adaptacja ziemskiego życia i współegzystencja z egzożyciem zostaną przeprowadzone odpowiednio – bez szkód dla lokalnej biologii. To, wbrew pozorom, jest możliwe. W tym akurat przypadku, co jednak rzadko występuje przy większej liczbie introdukcji, obce dla egzoplanety życie współbrzmi w miarę pozytywnie z pierwotną florą, fauną i floro-fauną. Udało się więc genetykom i ekologom „pogodzić niebo i Ziemię”, egzożycie i życie.
Lokalna ludność kolonii ziemskiej żyje tu w pararolniczych społecznościach. Coroczny rytm pór roku wyznacza daty niektórych świąt, zajęć i uroczystości. Wtedy tubylcy wykonują różne symboliczne przedsięwzięcia i misje. Każda z osad specjalizuje się w realizacji innego zadania. Tu zadanie polega na zaplataniu wielkiego, świątecznego, okazałego kosza. Kosz ten w ciągu pozostałych dni roku będzie pełnić w czasie zbiorów różne funkcje.
Materiały źródłowe:
T. Beardsley, „W poszukiwaniu nowej drogi w kosmos”, „Świat Nauki”, 1999, nr 4.
P. L. Błaszkiewicz, „Szybciej niż światło”, „Nowa Fantastyka”, 1997, nr 10.
J. von Buttlar, „Podróże w czasie”, Amber, Warszawa 1998.
M. Kaku, „Wszechświaty równoległe. Powstanie Wszechświata, wyższe wymiary i przyszłość kosmosu”, Prószyński i S-ka, Warszawa 2006.
B. Parker, „Kosmiczne podróże w czasie. Odyseja naukowa”, Amber, Warszawa 1997.
A. Trepka, „Życie we Wszechświecie”, Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice 1976.
O. Wołczek, „Człowiek i Tamci – z Kosmosu”, Zakład Narodowy imienia Ossolińskich, Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, Wrocław 1984.
Tagi: hr 810, tunele czasoprzestrzenne
Inne tematy w dziale Technologie
