Időutazás a valóságban
Az időutazás visszatérő eleme a sci-fi filmeknek. A szereplő beszáll egy különleges gépbe, ami az általa kiválasztott időbe repíti.
A valóságban természetesen ilyen időgép nem létezik, azonban a modern fizika szerint valóban előre lehet „utazni” az időben, még ha nem is úgy, ahogyan azt a filmekben látjuk.
Az idő nem mindenki számára egyforma
A hétköznapi életben úgy érezzük, hogy az idő állandó sebességgel telik, egy másodperc mindenki számára ugyanannyi, Albert Einstein relativitáselmélete 1905-ben azonban megmutatta, hogy ez nincs így. Az idő múlását két fontos tényező is befolyásolja:
- a mozgás sebessége
- a gravitáció erőssége
Ezt a jelenséget idődilatációnak nevezzük. Elsőre ez kicsit furcsán hangzik, de mindjárt meg fogod érteni.
A sebesség hatása
A speciális relativitáselmélet szerint minél gyorsabban mozog valaki egy másik megfigyelőhöz képest, annál lassabban telik számára az idő. A hétköznapi sebességeknél ez a különbség annyira kicsi, hogy csak rendkívül pontos órákkal mutatható ki, de a fénysebességhez közeledve ez jelentőssé válik.
Most képzeljük el, hogy egy űrhajós a rendkívül gyors űrhajóval egy évig utazik a világűrben, legalábbis az ő órája szerint egy év telt el. Semmi különöset nem tapasztalt utazás közben, csak rendkívül nagy sebességgel haladt. Egy év után visszatér a Földre, és azt tapasztalja, hogy ez idő alatt a Földön eltelt egy évtized. A Földön maradt emberek mindannyian öregedtek tíz évet, az ő órájuk szerint az űrhajós tíz éve indult el. Az idő tehát relatív.
Ezt gyakran ikerparadoxonnak vagy óraparadoxonnak nevezik, az egyik ikertestvér gyors utazásra indul, majd fiatalabban tér vissza annál a testvérénél, mint aki otthon maradt (valójában lassabban öregedett).
Ezek alapján a Föld körül keringő űrhajósok is időutazók, hiszen nagy sebességgel keringenek, ezért számukra (rendkívül kis mértékben) lassabban telik az idő. Amikor visszatérnek, egy apró töredékmásodperccel kevesebbet öregedtek, mint a Földön maradt emberek. Ez a sebesség persze messze nem elég ahhoz, hogy látványos különbséget okozzon, de fizikailag kimutatható.
A gravitáció hatása
A speciális relativitáselmélet után 10 évvel, 1915-ben az általános relativitáselméletben ír Einstein a gravitáció okozta idődilatációról, ami egyszerűen fogalmazva: minél erősebb a gravitáció, annál lassabban telik az idő.
A gravitáció a Földön függ a magasságtól, a középpont felé haladva nő, attól távolodva csökken. Tehát ha pl. felmegyünk egy nagyon magas hegy tetejére, ott kisebb gravitációs erő hat ránk, mint tengerszinten.
Tegyük fel, hogy elhelyezünk egy órát a tengerszinten, egy másikat pedig egy nagyon magas hegy tetején, majd várunk egy évet. Ez idő alatt a rájuk ható eltérő gravitációs erők miatt a hegytetőn lévő óra egy nagyon pici töredékmásodperccel többet fog mutatni, számára egy picit több idő telt el. A különbség rendkívül kicsi, de a modern atomórák már az ilyen kis eltéréseket is képesek kimutatni.
A JILA kutatói egy 2022-ben publikált kísérletben 1mm magasságkülönbség okozta időeltolódást is sikeresen megmértek.
Elméletben tehát úgy is a jövőbe utazhatnánk, hogy hosszabb időt töltünk egy rendkívül erős gravitációs tér közelében. Képzeljük most el, hogy egy űrhajós biztonságos távolságban megközelít egy nagy tömegű fekete lyukat, majd bizonyos idő elteltével visszatér a Földre. Számára talán csak néhány óra vagy nap volt az egész utazás, miközben ezt a Földön élők jóval hosszabb időnek érzékelik.
A fénysebességen túl
Ha a fénysebesség megközelítése lassítja az idő múlását, felmerülhet a kérdés: mi történne, ha egy űrhajó elérné ezt a sebességet, vagy esetleg még ennél is gyorsabban menne.
Einstein speciális relativitáselmélete szerint a vákuumbeli fénysebesség nem egyszerűen egy nagyon nagy sebesség, hanem a természet egyik alapvető korlátja. Információt, anyagot vagy energiát a jelenlegi fizikai ismereteink szerint nem lehet ennél gyorsabban továbbítani. Ez a sebesség 299 792 458 m/s (több, mint 1 milliárd km/h).
Minél jobban megközelíti egy tömeggel rendelkező tárgy a fénysebességet, annál több energia szükséges a további gyorsításához. A fénysebesség eléréséhez tehát elméletileg végtelen mennyiségű energia kellene.
Gondoljunk bele, ahogy korábban írtam, ha egy űrhajó nagyon nagy sebességgel haladna, akkor az idő számára lelassulna. Ebből az következik, hogy ha elérné a fénysebességet, akkor az idő számára megállna? Mi történne, ha ezután visszatérne a Földre? Hiszen ha nála megállt az idő, ezalatt a Földön végtelen időnek el kellett eltelnie. A fénysebességet tehát maximum csak megközelíteni lehet, elérni nem.
Jelenleg az ember alkotta űreszközök közül a leggyorsabb a Parker Solar Probe űrszonda, amit 2018-ban bocsátottak fel, a Napot vizsgálja közvetlen közelről, és folyamatosan gyorsul. 2026-ban 690 000 km/h sebességgel tartja a rekordot, ami ugyan soknak tűnik, de ez az elképesztő tempó csak a fénysebesség 0,064%-a.
A fizikai lehetőség tehát adott, de az érzékelhető időutazástól még messze van a tudomány.
Borítókép: Fotografía creativa from Pexels