"Om man gör en ansökan om forskningsbidrag för att arbeta på tidsresor skulle det avfärdas omedelbart, "skriver fysikern Stephen Hawking i sin postume bok Korta svar på de stora frågorna . Han hade rätt. Men han hade också rätt i att fråga om tidsresor är möjlig är en "mycket allvarlig fråga" som fortfarande kan nås vetenskapligt.

Med påståendet att vår nuvarande förståelse inte kan utesluta det, Hawking, det verkar, var försiktigt optimistisk. Så var lämnar detta oss? Vi kan inte bygga en tidsmaskin idag, men kan vi i framtiden?

Låt oss börja med vår vardagliga upplevelse. Vi tar för givet möjligheten att ringa våra vänner och familj var de än är i världen för att ta reda på vad de sysslar med just nu . Men det här är något vi faktiskt aldrig kan veta. Signalerna som bär deras röster och bilder reser obegripligt snabbt, men det tar fortfarande en begränsad tid för dessa signaler att nå oss.

Vår oförmåga att komma åt "nu" för någon långt borta är kärnan i Albert Einsteins teorier om rum och tid.

Ljus hastighet

Einstein berättade att rum och tid är delar av en sak - rymdtid - och att vi borde vara lika villiga att tänka på avstånd i tid som vi är avstånd i rymden. Hur konstigt det än låter, vi svarar glatt "ungefär två och en halv timme", när någon frågar hur långt Birmingham är från London. Vad vi menar är att resan tar så lång tid med en medelhastighet på 50 miles per timme.

Matematiskt, vårt uttalande motsvarar att säga att Birmingham ligger cirka 200 miles från London. Som fysikerna Brian Cox och Jeff Forshaw skriver i sin bok Why does E =mc² ?, tid och avstånd "kan bytas ut med något som har valutaen en hastighet". Einsteins intellektuella språng var att anta att växelkursen från en tid till ett avstånd i rymdtiden är universell - och det är ljusets hastighet.

Ljusets hastighet är den snabbaste någon signal kan färdas, sätta en grundläggande gräns för hur snart vi kan veta vad som händer på andra håll i universum. Detta ger oss "kausalitet" - lagen om att effekter alltid måste komma efter deras orsaker. Det är en allvarlig teoretisk tagg i sidan av resande huvudpersoner. För mig att resa tillbaka i tiden och sätta igång händelser som förhindrar min födelse är att sätta effekten (jag) före orsaken (min födelse).

Nu, om ljusets hastighet är universell, vi måste mäta det för att vara detsamma - 299, 792, 458 meter per sekund i vakuum - hur snabbt vi än själv rör oss. Einstein insåg att konsekvensen av ljusets hastighet är absolut är att rymden och tiden i sig inte kan vara det. Och det visar sig att rörliga klockor måste ticka långsammare än stationära.

Ju snabbare du rör dig, ju långsammare din klocka tickar i förhållande till dem du går förbi. Ordet "släkt" är nyckeln:tiden tycks gå normalt för dig. Till alla som står stilla, dock, du kommer att vara i slowmotion. Om du skulle röra dig med ljusets hastighet, du verkar vara frusen i tid - så långt som du var orolig, alla andra skulle vara i snabbspolning.

Så tänk om vi skulle resa snabbare än ljus, skulle tiden springa bakåt som science fiction har lärt oss?

Tyvärr, det tar oändlig energi för att accelerera en människa till ljusets hastighet, än mindre bortom det. Men även om vi kunde, tiden skulle inte bara springa bakåt. Istället, det skulle inte längre vara meningsfullt att prata om framåt och bakåt alls. Kausalitetslagen skulle brytas och begreppet orsak och verkan skulle förlora sin mening.

Maskhål

Einstein berättade också för oss att tyngdkraften är en följd av hur massan vrider rum och tid. Ju mer massa vi pressar in i en rymdregion, desto mer rymdtid förvrängs och de långsammare klockorna i närheten tickar. Om vi ​​klämmer in tillräckligt med massa, rymdtiden blir så skev att till och med ljus inte kan undkomma sitt dragkraft och ett svart hål bildas. Och om du skulle närma dig kanten av det svarta hålet - dess händelsehorisont - skulle din klocka ticka oändligt långsamt i förhållande till dem som är långt borta från den.

Så kan vi förvränga rymdtiden på precis rätt sätt för att stänga tillbaka den på sig själv och resa tillbaka i tiden?

Svaret är kanske, och vridningen vi behöver är ett maskhål som går att korsa. Men vi måste också producera regioner med negativ energitäthet för att stabilisera den, och den klassiska fysiken från 1800 -talet förhindrar detta. Den moderna teorin om kvantmekanik, dock, kanske inte.

Enligt kvantmekanik, tomt utrymme är inte tomt. Istället, den är fylld med par partiklar som dyker in och ut ur tillvaron. Om vi ​​kan skapa en region där färre par får komma in och ut än överallt annars, då kommer denna region att ha negativ energitäthet.

Dock, att hitta en konsekvent teori som kombinerar kvantmekanik med Einsteins gravitationsteori är fortfarande en av de största utmaningarna inom teoretisk fysik. En kandidat, strängteori (närmare bestämt M-teori) kan erbjuda en annan möjlighet.

M-teori kräver rymdtid för att ha 11 dimensioner:tidens en och tre av rymden som vi flyttar in och sju till, hoprullad osynligt liten. Kan vi använda dessa extra rumsliga dimensioner för att genväga utrymme och tid? Hawking, åtminstone, var hoppfull.

Sparar historik

Så är tidsresor verkligen en möjlighet? Vår nuvarande förståelse kan inte utesluta det, men svaret är förmodligen nej.

Einsteins teorier misslyckas med att beskriva rymdtidens struktur i otroligt små skalor. Och även om naturlagarna ofta kan stå helt i strid med vår vardagliga upplevelse, dom är alltid självkonsistent-lämnar lite utrymme för de paradoxer som florerar när vi bråkar med orsak och verkan i science fiction:s tidsresor.

Trots hans lekfulla optimism, Hawking insåg att de oupptäckta fysikaliska lagarna som en dag kommer att ersätta Einsteins kan konspirera för att förhindra att stora föremål som du och jag hoppar avslappnat (inte kausalt) fram och tillbaka genom tiden. Vi kallar detta arv för hans "kronologi skydd gissningar".

Oavsett om framtiden har tidsmaskiner i lager, vi kan trösta oss med vetskapen att när vi klättrar upp på ett berg eller rusar i våra bilar, vi ändrar hur tiden tickar.

Så, denna "låtsas vara en tidsresenärs dag" (8 december), kom ihåg att du redan är bara inte på det sätt du kan hoppas.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.