Suhteellisuus tulevaisuuteen matkustaa, menneisyyteen ei

Voisitko käydä huomenna yhtä helposti kuin hypäisit bussiin? Lyhyt vastaus Neil deGrasse Tysonilta: kyllä, tietyssä määrin. Mutta se osa, joka innostaa tieteiskirjallisuuden faneja, pysyy ulottumattomissa: takaisin meneminen.

Suhteellisuusteorian mukaan aikamatkustus tulevaisuuteen on fysiikan ennustama; menneisyyteen matkustaminen ei ole.

Mausteisesta web-sarjasta tiukkaan fysiikan oppituntiin

Keskustelu, joka herätti otsikoita, tapahtui Hot Ones Game Night -lähetyksessä, jossa Tyson kohtasi juontaja Joe Santagaton. Kun häneltä kysyttiin suoraan, matkustetaanko joskus ajassa, Tyson vastasi aluksi jyrkästi ei. Painostettuna varmuudestaan hän kuitenkin tarkensi: fysiikka sallii matkustamisen tulevaisuuteen, ei menneisyyteen.

Tuo ero perustuu Einsteinilta peräisin oleviin hyvin tutkittuihin käsityksiin. Erityinen suhteellisuusteoria osoittaa, että kellot käyvät hitaammin nopeasti liikkuville kohteille verrattuna paikallaan oleviin havaitsijoihin. Tämä on ajan laajenemisen ydin. Liiku riittävän nopeasti riittävän pitkän aikaa, ja vanhenet vähemmän kuin ne, jotka jäivät taakse; palaat käytännössä heidän tulevaisuuteensa.

Mieti klassista kaksosparadoksia: yksi kaksosista lähtee suurella nopeudella matkalle ja palaa nuorempana kuin maassa pysynyt sisarus. Se kuulostaa fiktiolta, mutta on mitattavissa oleva ennuste, jonka hiukkaskokeet ja tarkat atomikellot lentokoneissa ovat vahvistaneet. Painovoima tekee ilmiöstä vielä monipuolisemman: yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että kellot käyvät eri tavalla vahvemmassa gravitaatiokentässä, joten vuoren huipulle nouseminen tai Maan kiertäminen muuttaa henkilökohtaista aikaasi hieman.

Mitä fysiikka sallii ja mitä se kieltää

Miksi emme siis voi matkustaa menneisyyteen? Syyt ovat sekä teknisiä että käsitteellisiä. Taaksepäin suuntautuva aikamatkustus rikkoo usein kausaalisuutta, periaatetta jonka mukaan seuraukset seuraavat syitä. Mallit, jotka sallivat ajan sisäisiä silmukoita tai aikasilmukoita, vaativat joko erikoista ainetta tai johtavat paradokseihin, jotka haastavat tapahtumien johdonmukaisen kuvauksen.

Suositut elokuvat kuvittelevat oikoteitä madonreikien kautta tai edistyneitä koneita, jotka kääntävät ajan kuin katkaisimen. Tyson huomauttaa, että elokuvien vapauksilla peitellään valtavia teoreettisia ja insinööritason esteitä. Madonreiät ovat toistaiseksi spekulatiivisia ja, jos niitä on olemassa, todennäköisesti epävakaita. Niiden vakauttaminen vaatisi negatiivisia energiatiheyksiä tai muuta fysiikkaa, jota emme ole havainneet. Vaikka jokin madonreikä saataisiinkin stabiloitua, kausaaliset pulmat säilyvät.

Käytännössä aikamatkustus tulevaisuuteen on kuitenkin rajoitettua. Merkittävän ajan laajenemisen saavuttaminen edellyttää nopeuksia tai gravitaatiopotentiaaleja, jotka ovat nykyteknologian ulottumattomissa. Astronautin lähettäminen siten, että hän vanhenisi vuosikymmeniä vähemmän kuin maassa olevat ihmiset, vaatisi pitkäkestoisia nopeuksia lähellä valonnopeutta tai läheisyyttä äärimmäiseen painovoimaan, olosuhteita joita emme vielä osaa toteuttaa turvallisesti.

Seuraukset ja kulttuurinen keskustelu

Tysonin keskustelu sivusi myös tieteellisen kuuluisuuden inhimillistä puolta, kun hän arvioi kollegojaan kuten Stephen Hawkingia ja Carl Sagania älykkyyden suhteen, tunnustaen Hawkingin vertaansa vailla ja sijoittaen Saganin sekä muut lämpimällä kunnioituksella. Hetki yhdisti populaarikulttuurin, persoonallisuuden ja vakavan fysiikan opetuksen, minkä vuoksi se resonoi laajasti.

Tiedejulkistajille ja kiinnostuneelle yleisölle viesti on moniulotteinen: suhteellisuusteoria tekee tietyntyyppisestä aikamatkailusta todellisen ja mitattavissa olevan ilmiön. Tämä ei kuitenkaan ole romaanien aikakonefantasiaa. Tulevaisuus on periaatteessa vierailtavissa; menneisyys pysyy toistaiseksi tarinoissa.

Johtopäätös

Ajan laajeneminen ei ole taikuutta. Se on avaruusaikageometrian seuraus, testattu ja tarkka. Kunnes uutta fysiikkaa tai teknologiaa ilmestyy, ihmiskunnan kulku ajan läpi pysyy eteenpäin suuntautuvana, tasaisena, väistämättömänä ja täynnä löydettäviä asioita.