დროში მოგზაურობა შესაძლებელია?

განახლდა: 24/07/2015

 მას შემდეგ, რაც ჰერბერტ უელსმა თავისი ცნობილი ნაწარმოები „დროის მანქანა“ გამოაქვეყნა, წარსულსა და მომავალში მოგზაურობის თემა ფანტასტიკურ ლიტერატურაში მყარად დამკვიდრდა. მაგრამ შესაძლებელია თუ არა ეს თანამედროვე მეცნიერების თვალსაზრისით, თუნდაც თეორიულად?

 კენ ოლუმი, ფიზიკის პროფესორი ტაფტსის უნივერსიტეტიდან.

 ჩემი კვლევები ფარდობითობის ზოგად თეორიასა (ფზთ) და მისთვის აუცილებელ კვანტურ შესწორებებს ეხება. პრობლემა ასე დგას: შესაძლებელია თუ არა კვანტური ველების გამოყენებით ისეთი დრო-სივრცითი დეფორმაციის შექმნა, რომელიც ჩაკეტილ დროისმაგვარ ტრაექტორიებს (Closed Timelike Curves — CTC) შეიცავს? თუ სამყაროსეული ხაზი კონკრეტული წერტილიდან გამოდის და ისევ იმავე წერტილში ბრუნდება, ასეთ ტრაექტორიაზე მოძრაობა დროში მოგზაურობას ნიშნავს. ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, ეს ხაზი „დროისმაგვარი“ უნდა იყოს, რაც იმას ნიშნავს, რომ მასზე მოძრაობის სიჩქარე ლოკალურად სინათლის სიჩქარეს ვერ გადააჭარბებს.

ნახევრადკლასიკური მიდგომა

 ჩვენს კვლევას „ნახევრადკლასიკურს“ ვუწოდებთ, რადგან ის აინშტაინის გრავიტაციის კლასიკურ თეორიასა და ველის კვანტურ თეორიას ეყრდნობა. შესაძლოა, ვინმემ თქვას, რომ ეს საკითხი გრავიტაციის სრულყოფილი კვანტური თეორიის ბაზაზე უნდა შესწავლოს, თუმცა ასეთი თეორია ჯერ არ არსებობს.

 აინშტაინის განტოლებები დროის მიმართ სიმეტრიულია — მათემატიკურად შესაძლებელია მათი ამონახსნების გაგრძელება როგორც მომავალში, ისე წარსულში. თუმცა, დრო-სივრცის გეომეტრიული სტრუქტურა მისი შემავსებელი მატერიის თვისებებით — ენერგიითა და წნევით — განისაზღვრება. აქედან გამომდინარე, მთავარი კითხვაა: რა ტიპის მატერიაა საჭირო ასეთი ჩაკეტილი ტრაექტორიების შესაქმნელად? აღმოჩნდა, რომ ჩვეულებრივი მატერია, რომელიც ნაწილაკებისა და გამოსხივებისგან შედგება, ამისთვის არ გამოდგება. საჭიროა უარყოფითი ენერგიის სიმკვრივის მქონე მატერია (ეს არ ნიშნავს ანტიმატერიას, რადგან ანტინაწილაკებს დადებითი მასა და ენერგია აქვთ). ეს ფაქტი რამდენიმე ფიზიკოსმა, მათ შორის სტივენ ჰოუკინგმაც, დიდი ხნის წინ დაამტკიცა.

კაზიმირის ეფექტი

 უარყოფითი ენერგიის კონცეფცია თეორიულად დასაბუთებული და ექსპერიმენტულად დადასტურებულია. კლასიკური ფიზიკა მას არ ითვალისწინებს, მაგრამ კვანტური ველის თეორია მას კანონიერად მიიჩნევს. ამის დასტურია ჰენდრიკ კაზიმირის მიერ აღმოჩენილი ეფექტი: თუ ორ კარგად გაპრიალებულ ლითონის ფირფიტას ერთმანეთის პარალელურად, მიკრომეტრული დისტანციით მოვათავსებთ, ისინი ერთმანეთისკენ მიიზიდებიან. ეს ძალა იმით აიხსნება, რომ ფირფიტებს შორის სივრცეში ვაკუუმის უარყოფითი ენერგია წარმოიქმნება.

 კვანტური თეორიის თანახმად, ვაკუუმში მუდმივად წარმოიქმნება და ქრება ვირტუალური ნაწილაკები (კვანტური ფლუქტუაციები). თავისუფალ ვაკუუმში მათი საშუალო ენერგია ნულია, თუმცა ფირფიტების ახლოს ეს ბალანსი ირღვევა: მათ შორის სივრცეში უარყოფითი ენერგიის ფლუქტუაციები ჭარბობს. შედეგად, ვაკუუმური ენერგიის სიმკვრივე ნულზე ნაკლები ხდება, რაც იწვევს ფირფიტების მიზიდვას.

დროის პატრული

 დროში მოგზაურობის განსახორციელებლად საჭირო იქნებოდა კვანტური ველების ისეთი კონფიგურაცია, რომელიც უარყოფით ენერგიას უზრუნველყოფდა მთელი ჩაკეტილი სამყაროსეული ხაზის გასწვრივ. თუმცა, არსებობს მნიშვნელოვანი ფიზიკური შეზღუდვა — გაშუალებული ნულოვანი ენერგიის პირობა (ANEC – Averaged Null Energy Condition). მარტივად რომ ვთქვათ, ეს პირობა მოითხოვს, რომ უარყოფითი ენერგიის ნებისმიერი წვლილი სინათლის სხივის ტრაექტორიაზე აუცილებლად უნდა იყოს კომპენსირებული დადებითი ენერგიით.

 ბუნება ამ პირობას ყოველგვარი გამონაკლისის გარეშე იცავს. შესაბამისად, დროის მანქანის ნებისმიერი პროექტი, რომელიც უარყოფითი ენერგიის „აკუმულირებას“ მოითხოვს, პრაქტიკულად შეუძლებელია.

ნახტომი მომავალში

 რაც შეეხება მომავალს, ფარდობითობის სპეციალური თეორიის თანახმად, სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრავ ობიექტებში დრო ნელა მიედინება. ასე რომ, კოსმოსურ ხომალდში მყოფნი დედამიწაზე დაბრუნებისას შორეულ მომავალში აღმოჩნდებიან. ეს უკვე არა თეორიული, არამედ ტექნიკური პრობლემაა. მაგალითად, კოსმონავტმა სერგეი ავდეევმა, რომელმაც ორბიტაზე 747 დღე გაატარა, დროში მცირე „ნახტომი“ (დაახლოებით 20 მილიწამი) უკვე განახორციელა დროის დილატაციის ეფექტის წყალობით.

 ამჟამად ჩემს სტუდენტებთან ერთად ვმუშაობთ ANEC-ის მათემატიკურ მტკიცებულებაზე, რომ დროის მანქანის შექმნა პრინციპულად შეუძლებელია. თუ ამ მტკიცებულებას ვიპოვით, დროის მანქანის შეუძლებლობა დემონსტრირებული იქნება — ყოველ შემთხვევაში, ნახევრადკლასიკური მიდგომით მაინც. ვინაიდან კვანტური გრავიტაციის სრული თეორია ჯერ არ გაგვაჩნია, ეს მტკიცებულება მის შექმნამდე არსებულ მინიმუმად უნდა განვიხილოთ (რაც გულისხმობს დროის კონსერვაციას, დროის უკუსვლის შეუძლებლობასა და კოლაიდერში დროში მოგზაური ნაწილაკების არარსებობას).