Rozmowa z PAULEM DAVIESEM, profesorem fizyki matematycznej Uniwersytetu Macquarie w Sydney
Czy będziemy mogli zapobiec własnym narodzinom?
Bożena Kastory: Uczestniczył pan w odkryciu, które może podważyć podstawy teorii względności Einsteina. Na czym ono polega?
Paul Davies: Istnieją powody, aby sądzić, że jedna z koncepcji, na której została oparta teoria względności Einsteina, może mieć kruche podstawy. Chodzi o prędkość światła. Teoria względności - opisująca czas, przestrzeń i grawitację - zakłada, że prędkość światła jest tzw. stałą uniwersalną, czyli była, jest i będzie zawsze taka sama. Tymczasem z obserwacji dokonanych ostatnio przez zespół astronomów australijskich można wysnuć przypuszczenie, że prędkość ta była w przeszłości nieco mniejsza niż jest obecnie.
- W jaki sposób dziś można się dowiedzieć, jaką prędkość miało światło w przeszłości?
- Badaliśmy obiekty, zwane kwazarami, znajdujące się w najdalszych krańcach dostrzegalnego przez nas wszechświata - w odległości około 10 miliardów lat świetlnych. Dzisiaj widzimy je więc takimi, jakie były przed 10 miliardami lat. Spoglądamy w odległą przeszłość. Światło poddawane jest tzw. analizie widmowej. Dzięki niej można zobaczyć pewną subtelną strukturę, układ linii, zależnych od trzech czynników: ładunku elektronów, pewnej liczby, zwanej stałą Plancka, i od prędkości światła. Otóż astronomowie, którzy dokonali obserwacji, zauważyli, że struktura światła docierającego do nas z bardzo odległej przeszłości jest nieco inna niż światła wysłanego na przykład 5 miliardów lat temu, czyli od bliżej położonych gwiazd.
- Czy niewielka różnica w widmie światła wystarczy, żeby podważyć teorię Einsteina?
- Może to oznaczać, że teoria względności wymaga pewnych zmian. Wielu fizyków jest przekonanych, że nie jest ona ostatnim słowem nauki. Być może znaleźliśmy się w szczególnym momencie - przed nową rewolucją w fizyce. Jeśli potwierdzą się nasze przypuszczenia, że prędkość światła nie zawsze była taka sama, teorię Einsteina będziemy musieli zastąpić czymś całkowicie nowym.
- Dlaczego prędkość światła jest taka ważna?
- Jest to graniczna prędkość możliwa w przyrodzie. Masa ciała poruszającego się z szybkością bliską świetlnej rośnie w nieskończoność, a czas się zatrzymuje. Łatwo też wykazać, że jej przekroczenie prowadziłoby do pomieszania teraźniejszości z przeszłością.
- Zawsze interesowało pana badanie natury czasu.
- Pasjonował mnie problem podróży w czasie. Natury czasu dotyczył mój doktorat napisany w latach 60., wiele prowadzonych przeze mnie badań oraz podręcznik, który opracowałem 10 lat później. Wróciłem do tych fascynacji w najnowszej książce.
- Naprawdę można zbudować maszynę do podróżowania w czasie?
- Trzeba najpierw dokonać rozróżnienia między podróżami w przyszłość a podróżami w przeszłość. Przeniesienie się w przyszłość jest z pewnością możliwe.
- To brzmi jak science fiction.
- Pewnie dlatego, że nieco archaiczne pojmujemy czas. Uważamy, że wszędzie i dla każdego płynie on w tym samym tempie, że jest absolutnie uniwersalny. Tymczasem jest to przekonanie głęboko nieprawdziwe. Einstein swoją teorią względności wymiótł z fizyki mechaniczne rozumienie zarówno przestrzeni, jak i czasu. Ani przestrzeń nie jest w każdym miejscu wszechświata taka sama, lecz bywa mniej lub bardziej zakrzywiona, zależnie od znajdującej się w niej materii, ani czas nie płynie równomiernie i identycznie dla wszystkich. Bezsensownym stał się więc uniwersalny podział czasu na przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. To, co dla jednych obserwatorów jest już przeszłością, dla innych stanowi teraźniejszość lub przyszłość. Wszystko zależy od prędkości, z jaką się poruszają, choć dla niefizyków brzmi to może dziwacznie. Co więcej, Einstein wykazał, że możliwe są podróże w czasie. Poza tym czas jest elastyczny, może się rozciągać i kurczyć.
- Doznał pan owego rozciągania czasu?
- Upływ czasu między dwoma wydarzeniami zależy od tego, jak szybko się poruszamy. Powiedzmy, że wsiadam do samolotu w Nowym Jorku, lecę do Rio de Janeiro i z powrotem, podczas gdy pani nie rusza się w tym czasie z lotniska Kennedy'ego w Nowym Jorku. Czas podróży nie jest taki sam dla mnie, jak dla pani czas między moim startem a powrotem. Dla mnie biegł on wolniej. To trudna do zauważenia przez ludzi różnica milionowych ułamków sekundy, ale mogą ją zmierzyć współczesne zegary. Po raz pierwszy dokonali tego dwaj fizycy w 1971 r. Umieścili w samolocie, który okrążył kulę ziemską, bardzo precyzyjny zegar atomowy. Potem porównali jego wskazania z pomiarem dokonanym przez identyczny zegar na Ziemi. Jak się spodziewali, w pędzącym samolocie czas biegł wolniej o 60 nanosekund.
- Ta różnica czasu nie wystarczy, aby nas przenieść w przyszłość.
- Czas wyraźnie się rozciąga, czyli płynie o wiele wolniej, dla kogoś, kto porusza się z dużą prędkością. Podróże międzygwiezdne astronautom będą się wydawać o wiele krótsze niż osobom przebywającym na Ziemi np. w ośrodku kontroli lotów. Wpływ ruchu na tempo upływu czasu ilustruje przykład bliźniąt. Jedno z nich leci rakietą do najbliższej gwiazdy i wraca po dwóch latach. Kiedy ląduje, stwierdza, że na Ziemi upłynęło aż 10 lat. Oznacza to, że bliźniak podróżujący rakietą wykonał skok w przyszłość o osiem lat.
- Ale przeniósł się do przyszłości drugiego bliźniaka, a nie do własnej.
- O to przecież chodzi, kiedy mówimy: "Chciałbym w ciągu roku przenieść się w przyszłość na przykład do roku 3000". Czyli przez rok pokonać prawie tysiąc lat. Mogę to zrobić, poruszając się bardzo szybko, niemal z prędkością światła.
- Jak szybko będą mogli podróżować ludzie?
- Sama prędkość teoretycznie nie jest problemem.Trudniejsze do zniesienia mogą być przyśpieszenia potrzebne do uzyskania ogromnej szybkości. Myślę jednak, że w ciągu 200 lat będziemy potrafili zbudować wehikuł, który przeniesie nas wiele lat w przyszłość. Sądzę, że to jest uzasadnione przypuszczenie.
- Równie łatwo przeniesiemy się w przeszłość?
- Tego nie jestem pewien. Do przyszłości możemy się przenieść dlatego, że nasze procesy życiowe, podobnie jak wszystkie inne zjawiska fizyczne, zwalniają tempo przy dużych prędkościach. Proszę jednak zwrócić uwagę, że jest to podróż tylko w jedną stronę. Jeśli wylecimy z Ziemi w 2003 r. i po 12 miesiącach wylądujemy na niej w 3000 r., przeskakując prawie 1000 lat, nie możemy już nic zrobić, żeby wrócić do przeszłości, np. do 2004 r., 2050 r. albo do jakiegokolwiek innego przed rokiem 3000. Jeśli zdecydujemy się raz jeszcze na taką samą podróż z szybkością bliską świetlnej, znów się przeniesiemy na Ziemię w jej przyszłość, tym razem do roku 4000, a nie w przeszłość.
- Na czym się więc opierają bliskie wielu fizykom pomysły podróży w przeszłość?
- Zgodnie z teorią Einsteina, tempo upływu czasu zmienia się nie tylko na skutek ruchu. Także obecność wielkich mas materii rozciąga czas, czyli zwalnia jego bieg. Dobrym przykładem są czarne dziury, twory, które były kiedyś gwiazdami, następnie eksplodowały, zapadły się do swego wnętrza i utworzyły krańcowo gęste obiekty o tak wielkiej sile przyciągania, że nawet światło nie może się od nich oderwać. Stąd ich nazwa. Pole grawitacyjne czarnych dziur zakrzywia przestrzeń i spowalnia czas. W czasoprzestrzeni z pewnym układem pól grawitacyjnych ścieżka życia jakiejś osoby może zawracać i przecinać się, tworząc pętlę. W takim układzie osoba ta powróci
do czasu, w którym już była, czyli do przeszłości. Są to jednak bardzo teoretyczne rozważania. Istnieją też inne pomysły, ale na razie nie wiadomo, czy mają one naukowe uzasadnienie. Kip Thorne, fizyk z California Institute of Technology, rozpoczął program badawczy na dużą skalę, aby ustalić, czy możliwe jest istnienie tunelu czasoprzestrzennego prowadzącego do innego wszechświata, w którym czas płynie w odwrotnym kierunku. Żeby się jednak przedostać przez ten tunel, trzeba byłoby się poruszać z szybkością większą od prędkości światła. A to nie jest możliwe.
- Podróż w przeszłość prowadzi, jak wiadomo, do paradoksów. Można by wpływać na zdarzenia, które już się dokonały, na przykład nie dopuścić do własnych narodzin.
- Dlatego Stephen Hawking wysunął hipotezę ochrony chronologii. Według niej, natura zawsze znajdzie sposób, aby zapobiec powstaniu tuneli czasoprzestrzennych lub uniemożliwić urzeczywistnienie innych pomysłów na podróżowanie w przeszłość. Fizycy nie są jednak zgodni, czy hipoteza ochrony chronologii jest słuszna. Być może uda się ją podważyć.
Rozmawiała Bożena Kastory
Bożena Kastory: Uczestniczył pan w odkryciu, które może podważyć podstawy teorii względności Einsteina. Na czym ono polega?
Paul Davies: Istnieją powody, aby sądzić, że jedna z koncepcji, na której została oparta teoria względności Einsteina, może mieć kruche podstawy. Chodzi o prędkość światła. Teoria względności - opisująca czas, przestrzeń i grawitację - zakłada, że prędkość światła jest tzw. stałą uniwersalną, czyli była, jest i będzie zawsze taka sama. Tymczasem z obserwacji dokonanych ostatnio przez zespół astronomów australijskich można wysnuć przypuszczenie, że prędkość ta była w przeszłości nieco mniejsza niż jest obecnie.
- W jaki sposób dziś można się dowiedzieć, jaką prędkość miało światło w przeszłości?
- Badaliśmy obiekty, zwane kwazarami, znajdujące się w najdalszych krańcach dostrzegalnego przez nas wszechświata - w odległości około 10 miliardów lat świetlnych. Dzisiaj widzimy je więc takimi, jakie były przed 10 miliardami lat. Spoglądamy w odległą przeszłość. Światło poddawane jest tzw. analizie widmowej. Dzięki niej można zobaczyć pewną subtelną strukturę, układ linii, zależnych od trzech czynników: ładunku elektronów, pewnej liczby, zwanej stałą Plancka, i od prędkości światła. Otóż astronomowie, którzy dokonali obserwacji, zauważyli, że struktura światła docierającego do nas z bardzo odległej przeszłości jest nieco inna niż światła wysłanego na przykład 5 miliardów lat temu, czyli od bliżej położonych gwiazd.
- Czy niewielka różnica w widmie światła wystarczy, żeby podważyć teorię Einsteina?
- Może to oznaczać, że teoria względności wymaga pewnych zmian. Wielu fizyków jest przekonanych, że nie jest ona ostatnim słowem nauki. Być może znaleźliśmy się w szczególnym momencie - przed nową rewolucją w fizyce. Jeśli potwierdzą się nasze przypuszczenia, że prędkość światła nie zawsze była taka sama, teorię Einsteina będziemy musieli zastąpić czymś całkowicie nowym.
- Dlaczego prędkość światła jest taka ważna?
- Jest to graniczna prędkość możliwa w przyrodzie. Masa ciała poruszającego się z szybkością bliską świetlnej rośnie w nieskończoność, a czas się zatrzymuje. Łatwo też wykazać, że jej przekroczenie prowadziłoby do pomieszania teraźniejszości z przeszłością.
- Zawsze interesowało pana badanie natury czasu.
- Pasjonował mnie problem podróży w czasie. Natury czasu dotyczył mój doktorat napisany w latach 60., wiele prowadzonych przeze mnie badań oraz podręcznik, który opracowałem 10 lat później. Wróciłem do tych fascynacji w najnowszej książce.
- Naprawdę można zbudować maszynę do podróżowania w czasie?
- Trzeba najpierw dokonać rozróżnienia między podróżami w przyszłość a podróżami w przeszłość. Przeniesienie się w przyszłość jest z pewnością możliwe.
- To brzmi jak science fiction.
- Pewnie dlatego, że nieco archaiczne pojmujemy czas. Uważamy, że wszędzie i dla każdego płynie on w tym samym tempie, że jest absolutnie uniwersalny. Tymczasem jest to przekonanie głęboko nieprawdziwe. Einstein swoją teorią względności wymiótł z fizyki mechaniczne rozumienie zarówno przestrzeni, jak i czasu. Ani przestrzeń nie jest w każdym miejscu wszechświata taka sama, lecz bywa mniej lub bardziej zakrzywiona, zależnie od znajdującej się w niej materii, ani czas nie płynie równomiernie i identycznie dla wszystkich. Bezsensownym stał się więc uniwersalny podział czasu na przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. To, co dla jednych obserwatorów jest już przeszłością, dla innych stanowi teraźniejszość lub przyszłość. Wszystko zależy od prędkości, z jaką się poruszają, choć dla niefizyków brzmi to może dziwacznie. Co więcej, Einstein wykazał, że możliwe są podróże w czasie. Poza tym czas jest elastyczny, może się rozciągać i kurczyć.
- Doznał pan owego rozciągania czasu?
- Upływ czasu między dwoma wydarzeniami zależy od tego, jak szybko się poruszamy. Powiedzmy, że wsiadam do samolotu w Nowym Jorku, lecę do Rio de Janeiro i z powrotem, podczas gdy pani nie rusza się w tym czasie z lotniska Kennedy'ego w Nowym Jorku. Czas podróży nie jest taki sam dla mnie, jak dla pani czas między moim startem a powrotem. Dla mnie biegł on wolniej. To trudna do zauważenia przez ludzi różnica milionowych ułamków sekundy, ale mogą ją zmierzyć współczesne zegary. Po raz pierwszy dokonali tego dwaj fizycy w 1971 r. Umieścili w samolocie, który okrążył kulę ziemską, bardzo precyzyjny zegar atomowy. Potem porównali jego wskazania z pomiarem dokonanym przez identyczny zegar na Ziemi. Jak się spodziewali, w pędzącym samolocie czas biegł wolniej o 60 nanosekund.
- Ta różnica czasu nie wystarczy, aby nas przenieść w przyszłość.
- Czas wyraźnie się rozciąga, czyli płynie o wiele wolniej, dla kogoś, kto porusza się z dużą prędkością. Podróże międzygwiezdne astronautom będą się wydawać o wiele krótsze niż osobom przebywającym na Ziemi np. w ośrodku kontroli lotów. Wpływ ruchu na tempo upływu czasu ilustruje przykład bliźniąt. Jedno z nich leci rakietą do najbliższej gwiazdy i wraca po dwóch latach. Kiedy ląduje, stwierdza, że na Ziemi upłynęło aż 10 lat. Oznacza to, że bliźniak podróżujący rakietą wykonał skok w przyszłość o osiem lat.
- Ale przeniósł się do przyszłości drugiego bliźniaka, a nie do własnej.
- O to przecież chodzi, kiedy mówimy: "Chciałbym w ciągu roku przenieść się w przyszłość na przykład do roku 3000". Czyli przez rok pokonać prawie tysiąc lat. Mogę to zrobić, poruszając się bardzo szybko, niemal z prędkością światła.
- Jak szybko będą mogli podróżować ludzie?
- Sama prędkość teoretycznie nie jest problemem.Trudniejsze do zniesienia mogą być przyśpieszenia potrzebne do uzyskania ogromnej szybkości. Myślę jednak, że w ciągu 200 lat będziemy potrafili zbudować wehikuł, który przeniesie nas wiele lat w przyszłość. Sądzę, że to jest uzasadnione przypuszczenie.
- Równie łatwo przeniesiemy się w przeszłość?
- Tego nie jestem pewien. Do przyszłości możemy się przenieść dlatego, że nasze procesy życiowe, podobnie jak wszystkie inne zjawiska fizyczne, zwalniają tempo przy dużych prędkościach. Proszę jednak zwrócić uwagę, że jest to podróż tylko w jedną stronę. Jeśli wylecimy z Ziemi w 2003 r. i po 12 miesiącach wylądujemy na niej w 3000 r., przeskakując prawie 1000 lat, nie możemy już nic zrobić, żeby wrócić do przeszłości, np. do 2004 r., 2050 r. albo do jakiegokolwiek innego przed rokiem 3000. Jeśli zdecydujemy się raz jeszcze na taką samą podróż z szybkością bliską świetlnej, znów się przeniesiemy na Ziemię w jej przyszłość, tym razem do roku 4000, a nie w przeszłość.
- Na czym się więc opierają bliskie wielu fizykom pomysły podróży w przeszłość?
- Zgodnie z teorią Einsteina, tempo upływu czasu zmienia się nie tylko na skutek ruchu. Także obecność wielkich mas materii rozciąga czas, czyli zwalnia jego bieg. Dobrym przykładem są czarne dziury, twory, które były kiedyś gwiazdami, następnie eksplodowały, zapadły się do swego wnętrza i utworzyły krańcowo gęste obiekty o tak wielkiej sile przyciągania, że nawet światło nie może się od nich oderwać. Stąd ich nazwa. Pole grawitacyjne czarnych dziur zakrzywia przestrzeń i spowalnia czas. W czasoprzestrzeni z pewnym układem pól grawitacyjnych ścieżka życia jakiejś osoby może zawracać i przecinać się, tworząc pętlę. W takim układzie osoba ta powróci
do czasu, w którym już była, czyli do przeszłości. Są to jednak bardzo teoretyczne rozważania. Istnieją też inne pomysły, ale na razie nie wiadomo, czy mają one naukowe uzasadnienie. Kip Thorne, fizyk z California Institute of Technology, rozpoczął program badawczy na dużą skalę, aby ustalić, czy możliwe jest istnienie tunelu czasoprzestrzennego prowadzącego do innego wszechświata, w którym czas płynie w odwrotnym kierunku. Żeby się jednak przedostać przez ten tunel, trzeba byłoby się poruszać z szybkością większą od prędkości światła. A to nie jest możliwe.
- Podróż w przeszłość prowadzi, jak wiadomo, do paradoksów. Można by wpływać na zdarzenia, które już się dokonały, na przykład nie dopuścić do własnych narodzin.
- Dlatego Stephen Hawking wysunął hipotezę ochrony chronologii. Według niej, natura zawsze znajdzie sposób, aby zapobiec powstaniu tuneli czasoprzestrzennych lub uniemożliwić urzeczywistnienie innych pomysłów na podróżowanie w przeszłość. Fizycy nie są jednak zgodni, czy hipoteza ochrony chronologii jest słuszna. Być może uda się ją podważyć.
Rozmawiała Bożena Kastory
Paul Davies |
|---|
| (urodzony w 1946 r. w Londynie) w wieku 34 lat został profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Newcastle w Wielkiej Brytanii. W 1990 r. przeniósł się do Australii, zajmując najpierw stanowisko profesora fizyki matematycznej na Uniwersytecie Adelajdy, a następnie filozofii naturalnej na Uniwersytecie Macquarie w Sydney. Opublikował ponad 100 prac naukowych dotyczących kosmologii, grawitacji i teorii kwantów. Zajmował się czarnymi dziurami, naturą czasu i początkami wszechświata. Ma opinię jednego z najlepszych popularyzatorów nauki po obu stronach Atlantyku. W uznaniu zasług na tym polu został wybrany na członka Królewskiego Towarzystwa Literackiego. Współpracuje z wieloma czasopismami, takim jak "The Economist" i "The Guardian". |
Więcej możesz przeczytać w 8/2003 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
