Begreppet tidsresor har alltid fångat fantasin hos både fysiker och lekmän. Men är det verkligen möjligt? Så klart det är. Vi gör det just nu, är inte vi? Vi reser alla in i framtiden en sekund i taget.

Men det var inte det du tänkte på. Kan vi resa mycket längre in i framtiden? Absolut. Om vi ​​kunde resa nära ljusets hastighet, eller i närheten av ett svart hål, tiden skulle sakta ner och göra det möjligt för oss att resa godtyckligt långt in i framtiden. Den riktigt intressanta frågan är om vi kan resa tillbaka till det förflutna.

Jag är fysikprofessor vid University of Massachusetts, Dartmouth, och först hörde om idén om tidsresor när jag var 7, från ett avsnitt från 1980 av Carl Sagans klassiska TV-serie, "Kosmos." Jag bestämde mig precis då att en dag, Jag tänkte göra en djupgående studie av teorin som ligger till grund för sådana kreativa och anmärkningsvärda idéer:Einsteins relativitetsteori. Tjugo år senare, Jag kom fram med en Ph.D. inom området och har varit en aktiv forskare inom teorin sedan dess.

Nu, en av mina doktorander har precis publicerat en artikel i tidskriften Classical and Quantum Gravity som beskriver hur man bygger en tidsmaskin med en mycket enkel konstruktion.

Stängda tidsliknande kurvor

Einsteins allmänna relativitetsteori tillåter möjligheten att förvränga tiden i så hög grad att den faktiskt viker sig över sig själv, vilket resulterar i en tidsslinga. Föreställ dig att du reser längs den här slingan; det betyder att någon gång, du skulle hamna i ett ögonblick i det förflutna och börja uppleva samma ögonblick sedan, om igen – lite som deja vu, förutom att du inte skulle inse det. Sådana konstruktioner hänvisas ofta till som "stängda tidsliknande kurvor" eller CTCs i forskningslitteraturen, och populärt kallade "tidsmaskiner". Tidsmaskiner är en biprodukt av effektiva resor som är snabbare än ljuset och att förstå dem kan förbättra vår förståelse av hur universum fungerar.

Under de senaste decennierna har välkända fysiker som Kip Thorne och Stephen Hawking producerat framstående arbeten på modeller relaterade till tidsmaskiner.

Den allmänna slutsatsen som kommit fram från tidigare forskning, inklusive Thorne's och Hawking's, är att naturen förbjuder tidsslingor. Detta förklaras kanske bäst i Hawkings "Chronology Protection Conjecture, "som i huvudsak säger att naturen inte tillåter förändringar av sin tidigare historia, på så sätt besparar oss de paradoxer som kan uppstå om tidsresor var möjliga.

Den kanske mest kända av dessa paradoxer som uppstår på grund av tidsresor in i det förflutna är den så kallade "farfarsparadoxen" där en resenär går tillbaka till det förflutna och mördar sin egen farfar. Detta förändrar historiens gång på ett sätt att en motsägelse uppstår:Resenären föddes aldrig och kan därför inte existera. Det har funnits många film- och romanintriger baserade på paradoxerna som följer av tidsresor – kanske några av de mest populära är "Back to the Future"-filmerna och "Groundhog Day".

Exotisk materia

Beroende på detaljerna, olika fysiska fenomen kan ingripa för att förhindra att slutna tidsliknande kurvor utvecklas i fysiska system. Det vanligaste är kravet på en viss typ av "exotisk" materia som måste finnas för att en tidsslinga ska existera. Löst sagt, exotisk materia är materia som har negativ massa. Problemet är att negativ massa inte finns i naturen.

Caroline Mallary, en doktorand vid University of Massachusetts Dartmouth har publicerat en ny modell för en tidsmaskin i tidskriften Classical &Quantum Gravity. Denna nya modell kräver inget negativt massexotiskt material och erbjuder en mycket enkel design.

Mallarys modell består av två superlånga bilar – byggda av material som inte är exotiskt, och har positiv massa – parkerade parallellt. En bil rör sig snabbt framåt, lämnar den andra parkerad. Mallary kunde visa att i en sådan uppställning, en tidsslinga kan hittas i utrymmet mellan bilarna.

Så kan du bygga detta på din bakgård?

Om du misstänker att det finns en hake, du har rätt. Mallarys modell kräver att mitten av varje bil har oändlig densitet. Det betyder att de innehåller objekt – kallade singulariteter – med en oändlig täthet, temperatur och tryck. Dessutom, till skillnad från singulariteter som finns i det inre av svarta hål, vilket gör dem helt otillgängliga från utsidan, singulariteterna i Mallarys modell är helt nakna och observerbara, och har därför verkliga fysiska effekter.

Fysiker förväntar sig inte heller att sådana märkliga föremål finns i naturen. Så, Tyvärr kommer en tidsmaskin inte att vara tillgänglig när som helst snart. Dock, detta arbete visar att fysiker kan behöva förfina sina idéer om varför stängda tidsliknande kurvor är förbjudna.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.