დროში მოგზაურობა შესაძლებელია?

 მას შემდეგ, რაც ჰერბერტ უელსმა თავისი ”დროის მანქანა” გამოაქვეყნა, წარსულში და მომავალში გასეირნებამ, იგივე ეპოქაში დაბრუნების შესაძლებლობით, ფანტასტიკურ ლიტერატურაში ფეხი მყარად მოიკიდა. შესაძლებელია კი ეს, თანამედროვე მეცნიერების თვალსაზრისით, თეორიულად მაინც?

 კენ ოლუმი, ფიზიკის პროფესორი ტაფტსის უნივერსიტეტიდან.

 დროში მოგზაურობებით ვარ დაკავებული, თანამოაზრეთა ჯგუფთან ერთდ, ფარდობითობის ზოგად თეორიასთან(ფზთ) კონტაქტში, საჭირო კვანტური შესწორებებით. პრობლემა კონკრეტულად ასე დგას: შესაძლებელია თუ არა ამა თუ იმ კვანტური ველებით ფზთ-ს დრო-სივრცის დეფორმირების კონსტრუირება, რომელიც ჩაკეტილ სამყაროსეულ ხაზებს შეიცავს? თუ სამყაროსეული ხაზი განსაზღვრული დრო-სივრცული წერტილიდან გამოდის და მასშივე ბრუნდება, მაშინ სწორედ ამ წრეზე მოძრაობა იქნება დროში მოგზაურობა. მათთვის, ვინც ფარდობითობის თეორიას იცნობს, დავაზუსტებ, რომ სამყაროსეული ხაზი ვალდებულია იყოს დროისმაგვარი. ეს იმას ნიშნავს, რომ არანაირი გადაადგილებები მის გასწვრივ, არ უნდა იყოს სინათლის სიჩქარეზე მეტი.

 ნახევრადკლასიკა

 ჩვენ მიდგომას დროში მოგზაურობის პრობლემისადმი, ნახევრადკლასიკური შეიძლება დავარქვათ, რადგან ის აინშტაინის მიზიდულობის კლასიკურ თეორიას და ველის კვანტურ თეორიას ეყრდნობა. ვინმემ შეიძლება თქვას, რომ ის გრავიტაციის კვანტური თეორიის ბაზაზე უნდა შევისწავლოთ, თუმცა ეს თეორია ჯერ არ არის შექმნილი და არც ის ვიცით, როგორ შეიძლება გამოიყურებოდეს იგი(მოკლედ კვანტური გრავიტაციის პრობლემის შესახებ). აინშტაინისეული განტოლებები დროის მიმართ სიმეტრიულია, მათი ამონახსნების გაგრძელება როგორც მომავალში, ისე წარსულშიც შეიძლება გავაგრძელოთ. ამიტომ მათგან არ გამომდინარეობს რაიმე ისეთი, რასაც დროში მოგზაურობაზე აკრძალვის დადება შეუძლია. თუმცა დრო-სივრცის გეომეტრიული სტრუქტურა მისი შემავსებელი მატერიის თვისებებით – ენერგიითა და წნევით განისაზღვრება. ასე რომ ჩვენი ძირითადი პრობლემის გადაფორმულირება ასე შეიძლება: კონკრეტულად რომელი მატერიისთვისაა დასაშვები სამყაროსეული ხაზებისგან შემდგარი წრეები? აღმოჩნდა, რომ ჩვენთვის ჩვეული მატერია, შემდგარი ნაწილაკებისა და გამოსხივებისგან, ამისათვის არ გამოგვადგება. საჭიროა სხვაგვარი მატერია, უარყოფითი მასით, შესაბამისად, თუ აინშტაინის ცნობილ ფორმულას გავიხსენებთ E=mc², უარყოფითი ენერგიითაც(ეს ანტიმატერია არ არის, ანტინაწილაკების მასები და ენერგიები დადებითია). რამდენიმე ფზიკოსმა ეს უკვე დიდი ხანია დაამტკიცა, მათ შორის სთივენ ჰოქინგმაც.

კაზიმირის ეფექტი

 უარყოფითი მასისა და ენერგიის მატერია უაზრობად შეიძლება მოგვეჩვენოს, თუმცა ის თეორიებითთაა შემუშავებული და ექსპერიმენტით დამტკიცებული. მართალია, კლასიკური ფიზიკა მას არ უშვებს, კვანტური ველის თეორიით ის სრულიად კანონიერია. ამის შესახებ მეტყველებს ეფექტი, რომელსაც ჰოლანდიელი ფიზიკოსის ჰენდრიკ კაზიმირის სახელი ჰქვია. თუ კარგად გაპრიალებულ ლითონის ფირფიტებს ერთმანეთის პარალელურად მიკრომეტრის დისტანციზე მოვათავსებთ, ისინი მიიზიდებიან ძალით, რომლის გაზომვა შესაძლებელია(რაც ჯერ კიდევ 15 წლის წინათ დადგინდა). ეს მიზიდულობა სწორედ იმით აიხსნება, რომ ფირფიტებს შორის სივრცეს უარყოფითი ენერგია აქვს.

 საიდან ჩნდება ის? სიმარტივისთვის ჩავთვალოთ, რომ ფირფიტები იდეალურ ვაკუუმშია მოთავსებული. კვანტური თეორიის თანახმად, იქ მუდმივად ჩნდებიან და ქრებიან კვანტური ველების სხვადასხვაგვარი ფლუქტუაციები, მაგალითად, ვირტუალური ფოტონები(ვაკუუმი: ორიგინალური და ყალბი). ყველა მათაგნს თავისი წვლილი შეაქვს თავისუფალი ვაკუუმის საშუალო ენერგიაში, რომელიც ნულის ტოლია. ეს რომ შესაძლებელი იყოს, ფლუქტუაციის ნაწილს დადებითი ენერგია უნდა ჰქონდეს, ნაწილს კი უარყოფითი. ფიზიკური სხეულების ახლოს ეს ბალანსი შეიძლება დაირღვეს. კერძოდ, ფირფიტებს შორის სივრცეში ”მინუსიანი” ფლუქტუაციები ”პლიუსებიანებზე” დომინირებენ. ამის გამო იქ ვაკუუმური ენერგიის სიმკვრივე თავისუფალი ვაკუუმის სიმკვრივეზე მცირე იქნება, ანუ ნულზე ნაკლები. ეს სიმკვრივე ფირფიტებს შორის არსებული მანძილის მეოთხე ხარისხის უკუპროპორციული იქნება, მაშინ როცა ფირფიტებსშორისი სივრცის მოცულობა თვითონ სიგანის პროპორციულია. ასე რომ მათ წარმოებულს უარყოფითი ნიშანი გააჩნია და ფირფიტებს შორის მანძილის კუბის უკუპროპირციულია. შედეგად, ფირფიტების მიახლოებასთან ერთად, ფირფიტათშორისი სივრცის სრული ვაკუუმური ენერგია ნულიდან სულ უფრო ქვემოთ იწევს, ფირფიტები კი ერთმანეთისკენ მიიზიდებიან.

 დროის პატრული

 დავუბრუნდეთ დროში მოგზაურობას. ჩვეულებრივ მატერიას დადებითი მასა აქვს, მისგან ვერ გავაკეთებთ მოწყობილობას, რომელსაც დროში გადადგილება შეეძლება. თუ ეს ამოცანა ამოხსნადია, ალბათ, მხოლოდ კვანტური ველების რაიმე კონფიგურაციით, რაც უარყოფითი ენერგიით მთელ ჩაკეტილ სამყაროსეულ ხაზზე უზრუნველგვყოფს.

 ასეთი კონფიგურაციის შექმნა, როგორც ჩანს, უბრალოდ შეუძლებელია. ამას ძალიან მნიშვნელოვანი შეზღუდვა ეწინააღმდეგება – გაშუალებული ნულოვანი ენერგიის პირობა(Averaged Null Energy Condition, сокращенно ANEC). მათემატიკურად ის ძალიან რთული ინტეგრალით გამოისახება, ხოლო ადამიანურ ენაზე რომ ვთქვათ, ნებისმიერი წვლილი უარყოფითი ენერგიის მხრიდან ფოტონების სამყაროსეული ხაზების გასწვრივ ზუსტად ან ჭარბადაც უნდა იქნას კომპენსირებული დადებითი ენერგიების დანამატებით(უ რა ადამიანური ენაა).

 არსებული მონაცემებით, ბუნება ANEC-ს ყოველგვარი გამონაკლისების გარეშე იცავს. ამ პირობას კაზიმირის ეფექტიც ემორჩილება. მაგალითად, თუ ფირფიტებში ერთმანეთის პირდაპირ ხვრელებს გვაკეთებთ და მათში გარედან სინათლის სხივს გავატარებთ, ენერგიის ცვლილებათა სრული ჯამი მისი სმყაროსეული ხაზის გასწვრივ დადებითი იქნება.

 ნახტომი მომავალში

ფარდობითობის სპეციალური თეორიის თანახმად, დრო, კოსმოსურ ხომალდში, რომელიც სინათლის სხივის მახლობელი სიჩქარით მიფრინავს, ნელა მიედინება, ვიდრე პლანეტაზე, რომელიც მან დატოვა(ამ პლანეტელების თვალსაწიერიდან). ვარსკვლავმფრენის ეკიპაჟი უკან ათასობით წლის მერე დაბრუნდება და შორეულ მომავალში აღმოჩნდება. ამიტომ მომავალში მოგზაურობა მხოლოდ ტექნიკური პრობლემაა. ზოგიერთმა ასტრონავტმა ეს უკვე განიცადა კიდეც: სერგეი ავდეევი, რომელმაც ორბიტაზე 747 დღე-ღამე, 14 საათი და 16 წუთი გაატარა, მომავალში 20 მილიწამით გადახტა. ფარდობითობის საერთო თეორიის განტოლებების მიხედვით ძლიერ გრავიტაციულ ველში საათი სვლას ანელებს: დედამიწის ზედაპირზე დრო უფრო ნელა მიდის, ვიდრე საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურზე(რაც ასევე დიდი ხანია დამტკიცებულია). რომ არა ეს ეფექტი, ავდეევის ”ნახტომი” ოდნავ მეტი იქნებოდა.

როგორ მოქმედებს ეს დროში მოგზაურობაზე? შეიძლება დავამტკიცოთ, რომ თუ ფარდობითობის საერთო თეორიის გამრუდებულ სივრცეში ANEC-ის მსგავსი რამ მოქმედებს, მაშინ ასეთი მოგზაურობები შეუძლებელი იქნება.

 სხვანაირად რომ ვთქვათ, ANEC-ის ის ვერსია, რომელსაც აქრონოლოგიური ვუწოდეთ, დროის მანქანის ნებისმიერ პროექტს კრძალავს, დამზადებულს ურყოფითი მასის მატერიის საშუალებით.

 ამჟამად ჩემს სტუდენტებტან ერთად ამ ვერსიის მათემატიკურ მტკიცებულებაზე ვმუშაობთ და მგონია, რომ ჩვენ რაღაცას უკვე მივაღწიეთ.

 თუ მტკიცებულებას ვიპოვნით, დროის მანქანის შეუძებლობა დემონსტრირებული იქნება – ყოველ შემთხვევაში, ნახევრადკლასიკური მიდგომით მაინც. რადგან კვანტური გრავიტაციის სრული თეორია არ გაგვაჩნია, ეს მტკიცებულება მის შექმნამდე არსებულ მინიმუმად უნდა განვიხილოთ(დაკონსერვებული დრო; დროის უკუსვლა შეუძლებელია; დროში მოგზაური ნაწილაკები კოლაიდერში).