Τα βασικά σημεία του άρθρου
- Μια νέα επιστημονική μελέτη προτείνει έναν μαθηματικό μηχανισμό μέσω της βαρύτητας που αποτρέπει την καταστροφή της αιτιότητας, αποκαλύπτοντας όμως ταυτόχρονα μια κρίσιμη «παρενέργεια» για τον ίδιο τον χωροχρόνο.
- Οι φυσικοί ανέπτυξαν το θεωρητικό μοντέλο «Μετρική-Αφινική Βαρύτητα που Επιβάλλει Χρονολογία» (MAGIC), όπου ο χρόνος κινείται πάντα προς τα εμπρός, καθιστώντας αδύνατη την επιστροφή σε βρόχο προς το παρελθόν.
- Ωστόσο, η λύση αυτή εισάγει μια αστάθεια κλίσης που διογκώνει εκθετικά τις διαταραχές στον ιστό του χωροχρόνου, πράγμα που σημαίνει ότι στη σημερινή του μορφή το μοντέλο δεν προσφέρει μια σταθερή περιγραφή του Σύμπαντος.
Πώς προστατεύεται το Σύμπαν από τα λογικά παράδοξα που θα προκαλούσε ένα ταξίδι στο παρελθόν; Μια νέα επιστημονική μελέτη προτείνει έναν μαθηματικό μηχανισμό μέσω της βαρύτητας που αποτρέπει την καταστροφή της αιτιότητας, αποκαλύπτοντας όμως ταυτόχρονα μια κρίσιμη «παρενέργεια» για τον ίδιο τον χωροχρόνο.
Όλοι γνωρίζουμε τους κανόνες. Αν, για οποιονδήποτε λόγο και με οποιοδήποτε μέσο, ταξιδέψετε πίσω στον χρόνο, δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να εντοπίσετε και να σκοτώσετε τον ίδιο σας τον παππού προτού προλάβει να αποκτήσει παιδιά. Κάτι τέτοιο θα «έσπαγε» το Σύμπαν, διότι αν ο παππούς σας δεν αποκτούσε ποτέ απογόνους, εσείς δεν θα είχατε γεννηθεί και, κατά συνέπεια, δεν θα μπορούσατε να ταξιδέψετε πίσω στον χρόνο για να τον σκοτώσετε.
Το πώς ακριβώς θα έλυνε το Σύμπαν αυτό το αίνιγμα παραμένει ασαφές. Ίσως οι νόμοι της φυσικής να απέτρεπαν εξαρχής να συμβεί κάτι τέτοιο — όπως άλλωστε είχε υποστηρίξει και ο Στίβεν Χόκινγκ. Σήμερα, όμως, έχουμε καλά νέα. Οι φυσικοί βρήκαν έναν μαθηματικό τρόπο για να αποτρέψουν αυτή την κρίση. Υπάρχει μόνο ένα μικρό πρόβλημα: η λύση τους εισάγει μια αστάθεια, η οποία θα μπορούσε να κάνει μικροσκοπικές διαταραχές στον ιστό του χωροχρόνου να διογκωθούν εκθετικά.
Ο Χόκινγκ διατύπωσε την εικασία προστασίας της χρονολογίας το 1992, προκειμένου να διερευνήσει κατά πόσο είναι καν εφικτό το ταξίδι πίσω στον χρόνο. Η εικασία αυτή ορίζει ότι «οι νόμοι της φυσικής δεν επιτρέπουν την εμφάνιση κλειστών χρονοειδών καμπυλών».
Το πρόβλημα είναι ότι, παρόλο που οι υπολογισμοί του Χόκινγκ υποστήριζαν την εικασία του, οι φυσικοί δεν έχουν καταφέρει ακόμη να αποδείξουν ότι το Σύμπαν την επιβάλλει πράγματι. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η καλύτερη περιγραφή που διαθέτουμε για τη βαρύτητα, επιτρέπει ορισμένες αναμφίβολα παράξενες διατάξεις του χωροχρόνου.
Ανάμεσα σε αυτές συγκαταλέγονται και οι κλειστές χρονοειδείς καμπύλες — διαδρομές στον χωροχρόνο οι οποίες, τουλάχιστον μαθηματικά, μπορούν να οδηγήσουν έναν ταξιδιώτη πίσω στο ίδιο του το παρελθόν. Μπορεί η ίδια η βαρύτητα να «κλειδώσει» την πόρτα στον χρόνο; Το κατά πόσο τέτοιες διαδρομές θα μπορούσαν πράγματι να υπάρξουν στο φυσικό Σύμπαν είναι ένα εντελώς διαφορετικό ζήτημα.
Η απάντηση στη γεωμετρία του χωροχρόνου και τη βαρύτητα
Ο Χόκινγκ υποψιαζόταν ότι τα κβαντικά φαινόμενα θα απέτρεπαν τον σχηματισμό τους. Ωστόσο, κανείς δεν έχει καταφέρει μέχρι σήμερα να προσδιορίσει οριστικά ποιος θα μπορούσε να είναι αυτός ο μηχανισμός. Οι φυσικοί Μουσταφά Ισμαήλ (Moustafa Ismail) και Ντέιβιντ Μάτινγκλι (David Mattingly) από το Πανεπιστήμιο του Νιου Χάμσαϊρ αναρωτήθηκαν μήπως η ίδια η βαρύτητα κρύβει την απάντηση.
Εξάλλου, αν τα μαθηματικά της βαρύτητας επιτρέπουν την ύπαρξη χρονικών βρόχων, ίσως μια διαφορετική διατύπωση της βαρύτητας θα μπορούσε να τους αποτρέψει. Εδώ υπάρχει κάτι που πρέπει να κατανοήσουμε σχετικά με τη βαρύτητα. Παρόλο που η γενική σχετικότητα είναι το καλύτερο πλαίσιο που διαθέτουμε σήμερα για να την περιγράψουμε, δεν είναι το μοναδικό.
Στη γενική σχετικότητα, ο χωροχρόνος διαθέτει μια γεωμετρία η οποία περιγράφεται από κάτι που ονομάζεται μετρική, η οποία καθορίζει τις αποστάσεις και τα χρονικά διαστήματα, καθώς και από μια μαθηματική σύνδεση που περιγράφει πώς αλλάζουν οι κατευθύνσεις καθώς κινείται κανείς μέσα σε αυτή τη γεωμετρία.
Τα δύο αυτά στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο. Ένα εναλλακτικό θεωρητικό πλαίσιο για τη βαρύτητα, που ονομάζεται μετρική-αφινική βαρύτητα, χαλαρώνει αυτή τη σχέση, επιτρέποντας στη μετρική και τη σύνδεση να λειτουργούν πιο ανεξάρτητα. Ακριβώς σε αυτό το σημείο οι Ισμαήλ και Μάτινγκλι βρήκαν περιθώριο ελιγμών. Χρησιμοποίησαν τη μετρική-αφινική βαρύτητα για να κατασκευάσουν ένα μοντέλο στο οποίο ο χωροχρόνος θα μπορούσε να διαθέτει μια ενσωματωμένη κατεύθυνση του χρόνου.
Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, ο χρόνος θα κινούνταν πάντα προς τα εμπρός κατά μήκος οποιασδήποτε διαδρομής θα μπορούσε να ακολουθήσει ένας ταξιδιώτης μέσα στον χωροχρόνο, καθιστώντας αδύνατη την επιστροφή σε βρόχο προς το ίδιο του το παρελθόν. Ονόμασαν αυτό το μοντέλο «Μετρική-Αφινική Βαρύτητα που Επιβάλλει Χρονολογία» (Metric-Affine Gravity Imposing Chronology). Ακριβώς έτσι: MAGIC (μαγεία).
Η παγίδα του μοντέλου MAGIC: Σώζει τον χρόνο, αλλά αποσταθεροποιεί τον χωροχρόνο
Στη γενική σχετικότητα, η βαρύτητα μπορεί να παρουσιάζει διακυμάνσεις με δύο διαφορετικούς τρόπους, οι οποίοι αντιστοιχούν στους δύο τρόπους με τους οποίους τα βαρυτικά κύματα μπορούν να τεντώσουν και να συμπιέσουν τον χώρο. Το μοντέλο MAGIC εισάγει έναν τρίτο τρόπο διακύμανσης της βαρύτητας — τον βαθμωτό τρόπο (scalar mode). Αυτός ο βαθμωτός τρόπος δεν συμπεριφέρεται ιδιαίτερα φιλικά απέναντι στην πραγματικότητα όπως τη γνωρίζουμε.
Στο κοσμολογικό υπόβαθρο που μελέτησαν οι ερευνητές, το μοντέλο παρουσιάζει ένα φαινόμενο που ονομάζεται αστάθεια κλίσης (gradient instability). Αντί να διαδίδονται όπως κάνουν συνήθως τα σταθερά κύματα, οι διαταραχές στον βαθμωτό τρόπο του MAGIC μπορούν να διογκωθούν εκθετικά, με τα μικρότερα μήκη κύματος να αναπτύσσονται ταχύτερα. Αυτό σημαίνει ότι, στη σημερινή του μορφή, το MAGIC δεν μπορεί να προσφέρει μια σταθερή περιγραφή του Σύμπαντος. Αυτό είναι το μεγαλύτερο εμπόδιο για να καταστεί το MAGIC μια βιώσιμη θεωρία της βαρύτητας.
Υπάρχουν, ωστόσο, και ορισμένα μικρότερα. Πρώτον, το μοντέλο MAGIC θεσπίζει τις συνθήκες για την προστασία της χρονολογίας μόνο σε τοπικό επίπεδο. Για να διασφαλίσουν ότι ο χρόνος δεν μπορεί να επιστρέψει σε βρόχο στον εαυτό του πουθενά στο Σύμπαν, οι ερευνητές αναγκάζονται να κάνουν μια επιπλέον υπόθεση σχετικά με τη συνολική δομή του χωροχρόνου, την οποία δεν έχουν αποδείξει ότι προκύπτει από το ίδιο το μοντέλο. Έτσι, ενώ μπορούν να κάνουν το MAGIC να αποτρέπει τους χρονικούς βρόχους, δεν έχουν ακόμη αποδείξει ότι η αποτροπή τους είναι εγγενώς ενσωματωμένη στη λειτουργία του.
Δεύτερον, το MAGIC έχει σχεδιαστεί ώστε να εμποδίζει τη μετρική από το να καταρρεύσει με τρόπους που θα καθιστούσαν αδύνατη τη σωστή περιγραφή του χωροχρόνου — ωστόσο, αυτή η δικλείδα ασφαλείας δεν λειτουργεί σε κάθε περίπτωση. Δεν γνωρίζουμε αν αυτές οι καταρρεύσεις συμβαίνουν πράγματι στο μοντέλο MAGIC —οι ερευνητές δεν έχουν αποδείξει ότι συμβαίνουν— αλλά ούτε και τις έχουν αποκλείσει. Έτσι, έχουμε ένα θεωρητικό πλαίσιο σχεδιασμένο να επιτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες, το οποίο ενδέχεται να μην τις εκτελεί πάντα.
Όμως αυτό δεν πειράζει. Διότι το MAGIC δεν προορίζεται να αποτελέσει την τελική απάντηση. Είναι μια συναρπαστική επίδειξη του πώς η προστασία της χρονολογίας θα μπορούσε να ενσωματωθεί στην ίδια τη βαρύτητα — ένα βήμα προς μια συγκεκριμένη ερευνητική κατεύθυνση και όχι ακόμη μια έτοιμη, λειτουργική λύση. Και, έχοντας κάνει αυτό το βήμα, οι ερευνητές έχουν πλέον μια πιο ξεκάθαρη εικόνα για το πού πρέπει να κινηθούν στη συνέχεια.
«Η σταθεροποίηση του βαθμωτού τρόπου χωρίς να χαθεί ο χρονοειδής, κλειστός προβολικός τρόπος αποτελεί το φυσικό επόμενο βήμα προς μια φαινομενολογική ολοκλήρωση», γράφουν στη μελέτη τους.
Οπότε, πείτε στον παππού σας να μην ανησυχεί. Οι φυσικοί ίσως βρουν τελικά έναν τρόπο να τον γλιτώσουν από χρονοταξιδιώτες εγγονούς που παραβαίνουν τους κανόνες.