Vår nyfikenhet på tidsresor är tusentals år gammal. Kredit:Shutterstock
Tidsresor gör regelbundna framträdanden i populärkulturen, med otaliga tidsresor i filmer, tv och litteratur. Men det är en förvånansvärt gammal idé:man kan hävda att den grekiska tragedin Oedipus Rex, skriven av Sofokles för över 2 500 år sedan, är den första tidsreseberättelsen.
Men är tidsresor faktiskt möjliga? Med tanke på konceptets popularitet är detta en berättigad fråga. Som teoretisk fysiker finner jag att det finns flera möjliga svar på denna fråga, som inte alla är motsägelsefulla.
Det enklaste svaret är att tidsresor inte kan vara möjliga för om det var det skulle vi redan göra det. Man kan hävda att det är förbjudet enligt fysikens lagar, som termodynamikens andra lag eller relativitetsteori. Det finns också tekniska utmaningar:det kan vara möjligt men skulle kräva enorma mängder energi.
Det finns också frågan om paradoxer för tidsresor; vi kan – hypotetiskt – lösa dessa om den fria viljan är en illusion, om det finns många världar eller om det förflutna bara kan bevittnas men inte upplevas. Kanske är tidsresor omöjligt bara för att tiden måste flöda på ett linjärt sätt och vi inte har någon kontroll över det, eller så är tiden en illusion och tidsresor är irrelevant.
Fysikens lagar
Eftersom Albert Einsteins relativitetsteori – som beskriver tidens, rummets och gravitationens natur – är vår djupaste teori om tid, skulle vi vilja tro att tidsresor är förbjudna av relativitet. Tyvärr uppfann en av hans kollegor från Institutet för avancerade studier, Kurt Gödel, ett universum där tidsresor inte bara var möjligt, utan det förflutna och framtiden var oupplösligt trassliga.
Vi kan faktiskt designa tidsmaskiner, men de flesta av dessa (i princip) framgångsrika förslag kräver negativ energi, eller negativ massa, som inte verkar existera i vårt universum. Om du tappar en tennisboll med negativ massa kommer den att falla uppåt. Detta argument är ganska otillfredsställande, eftersom det förklarar varför vi inte kan resa i tiden i praktiken endast genom att involvera en annan idé – den om negativ energi eller massa – som vi inte riktigt förstår.
Matematisk fysiker Frank Tipler konceptualiserade en tidsmaskin som inte involverar negativ massa, utan kräver mer energi än vad som finns i universum.
Tidsresor bryter också mot termodynamikens andra lag, som säger att entropi eller slumpmässighet alltid måste öka. Tiden kan bara röra sig i en riktning – med andra ord, du kan inte förvränga ett ägg. Mer specifikt, genom att resa in i det förflutna går vi från nu (ett högt entropitillstånd) in i det förflutna, som måste ha lägre entropi.
Detta argument har sitt ursprung hos den engelske kosmologen Arthur Eddington, och är i bästa fall ofullständigt. Kanske hindrar det dig från att resa in i det förflutna, men det säger ingenting om tidsresor in i framtiden. I praktiken är det lika svårt för mig att resa till nästa torsdag som det är att resa till i torsdags.
Lösa paradoxer
Det råder ingen tvekan om att om vi kunde resa fritt i tiden, stöter vi på paradoxerna. Den mest kända är "farfarsparadoxen":man skulle hypotetiskt kunna använda en tidsmaskin för att resa till det förflutna och mörda sin farfar innan sin fars befruktning, och därmed eliminera möjligheten till sin egen födelse. Logiskt sett kan du inte både existera och inte existera.
Kurt Vonneguts antikrigsroman "Slaughthouse-Five", publicerad 1969, beskriver hur man undviker farfarsparadoxen. Om den fria viljan helt enkelt inte existerar är det inte möjligt att döda sin farfar tidigare, eftersom han inte dödades tidigare. Romanens huvudperson, Billy Pilgrim, kan bara resa till andra punkter på sin världslinje (tidslinjen han existerar i), men inte till någon annan punkt i rum-tiden, så han kunde inte ens överväga att döda sin farfar.
Universum i "Slaughterhouse-Five" stämmer överens med allt vi vet. Termodynamikens andra lag fungerar utmärkt inom den och det finns ingen konflikt med relativitetsteorien. Men det stämmer inte överens med vissa saker vi tror på, som fri vilja – du kan observera det förflutna, som att titta på en film, men du kan inte störa människors handlingar i den.
Kunde vi tillåta faktiska modifieringar av det förflutna, så att vi kunde gå tillbaka och mörda vår farfar – eller Hitler? Det finns flera multiverseteorier som antar att det finns många tidslinjer för olika universum. Detta är också en gammal idé:i Charles Dickens "A Christmas Carol" upplever Ebeneezer Scrooge två alternativa tidslinjer, varav den ena leder till en skamlig död och den andra till lycka.
Tiden är en flod
Den romerske kejsaren Marcus Aurelius skrev att:"Tiden är som en flod som består av händelserna som inträffar och en våldsam ström; för så snart en sak har setts, förs den bort, och en annan kommer i dess ställe, och detta kommer att föras bort också."
Vi kan föreställa oss att tiden flyter förbi varje punkt i universum, som en flod runt en sten. Men det är svårt att göra idén exakt. Ett flöde är en förändringshastighet - flödet av en flod är mängden vatten som passerar en specifik längd under en given tid. Om tiden därför är ett flöde, är det med en hastighet av en sekund per sekund, vilket inte är en särskilt användbar insikt.
Teoretisk fysiker Stephen Hawking föreslog att en "kronologiskyddsförmodan" måste existera, en ännu okänd fysisk princip som förbjuder tidsresor. Hawkings koncept härstammar från idén att vi inte kan veta vad som händer inuti ett svart hål, eftersom vi inte kan få ut information ur det. Men detta argument är överflödigt:vi kan inte resa i tiden eftersom vi inte kan resa i tiden!
Forskare undersöker en mer fundamental teori, där tid och rum "uppstår" ur något annat. Detta kallas kvantgravitation, men tyvärr finns det inte ännu.
Så är tidsresor möjliga? Förmodligen inte, men vi vet inte säkert! + Utforska vidare
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
