Student World

První vědecký popis času podal Sir Isaac Newton, který byl Lucasiánským profesorem matematiky v Cambridge, titul, který jsem určitou dobu měl i já. Podle Newtonovy teorie je čas absolutní a neúnavně kráčí dál a dál. Neexistovala žádná možnost ho obrátit a vrátit se zpátky do minulosti. Situace se ale změnila, když Einstein zformuloval obecnou teorii relativity, v níž je časoprostor zakřivený a zkroucený hmotou a energií přítomnou ve vesmíru. Lokálně čas stále ještě plyne vpřed, ale teď už existuje možnost, že prostoročas je tak zakřivený, že by se člověk mohl pohybovat po takové dráze, jež by ho dovedla zpátky do okamžiku předcházejícímu chvíli, kdy po ní vyrazil.

Jednu z možností, jak se něco takového může stát, představují červí díry, hypotetické časoprostorové trubice spojující různé oblasti času a prostoru. Představujeme si to tak, že člověk vstoupí do červí díry na jednom konci a vyjde z ní na druhém konci v jiném čase a na jiném místě. Pokud by červí díry existovaly, byly by ideální pro rychlý přenos. Člověk by si červí dírou vyrazil do jiné galaxie a na večeři už by byl zase doma. Dá se ale také dokázat, že kdyby červí díry existovaly, mohl by se člověk vrátit domů i dřív, než by na cestu vyrazil. Pak by se mohly stát i takové věci, jako že vyhodíte do vzduchu vesmírnou loď připravenou k vašemu původnímu startu, takže nemůžete odletět. Což je varianta tak zvaného dědečkova paradoxu: Co se stane, když se vrátíte v čase a zabijete svého dědečka dřív, než se váš otec narodí? Budete v současnosti existovat? Pokud ne, nemohl jste odcestovat v čase a dědečka zabít. Samozřejmě k takovému paradoxu může dojít jen za předpokladu, že když se vrátíte v čase, můžete si dělat, co chcete, a tedy i změnit historii.

Takže otázkou je, zda zákony fyziky umožňují existenci červích děr, zda časoprostor může být tak zakřiven, že by se makroskopické těleso, jako je vesmírná loď, mohlo vrátit do své vlastní minulosti.
Podle Einsteinovy teorie musí vesmírná loď cestovat pomaleji, než je lokální rychlost světla, a pohybovat se prostoročasem po takzvané „časupodobné dráze“. Takže zkoumanou otázku můžeme odborně zformulovat následovně: je možné, aby v prostoročase existovaly uzavřené časupodobné smyčky – tj.: časupodobné dráhy, které se stále znova vracejí do svého výchozího bodu?

Tuto otázku můžeme zodpovědět na třech úrovních.

První je úroveň Einsteinovy obecné teorie relativity. Tomu se říká „klasická teorie“, protože předpokládá, že vesmír má dobře definovanou historii bez jakékoliv neurčitosti. V rámci klasické teorie relativity máme celkem jasnou představu, jak by cestování časem mělo vypadat. Jenomže také víme, že klasická teorie není úplně správná, protože pozorujeme, že hmota ve vesmíru podléhá fluktuacím a její chování nedokážeme jednoznačně předpovídat.

Ve dvacátých letech minulého století vzniklo nové paradigma zvané kvantová teorie, které takovéto fluktuace popisuje a dovede předpovědět velikost zmíněných neurčitostí. Lze si tedy položit otázku o cestování časem na této druhé úrovni zvané semiklasická teorie. Na této úrovni uvažujeme kvantová hmotná pole v klasickém časoprostoru. V tomto případě už problém není tak jasný, ale aspoň máme nějakou představu, jak ho řešit.
Třetí úrovní je úplná kvantová teorie gravitace, která zatím neexistuje. V tomto případě ani neumíme matematicky zformulovat otázku: „Je cestování časem možné?“ Zdá se, že to nejlepší, na co se zmůžeme, je otázka, jak by pozorovatelé v nekonečnu interpretovali svá měření. Mysleli by si, že uvnitř časoprostoru došlo k cestování časem?

Vraťme se ke klasické teorii: plochý časoprostor uzavřené časupodobné smyčky neobsahuje. Neobsahují je ani ta řešení Einsteinových rovnic, která byla původně známa. Einstein byl proto šokován, když v roce 1949 Kurt Gödel nalezl řešení, které popisovalo vesmír plný rotující hmoty s uzavřenými časupodobnými smyčkami procházejícími každým bodem. Gödelovo řešení vyžadovalo existenci kosmologické konstanty, o níž víme, že skutečně existuje, i když ostatní řešení byla následně nalezena bez ní.

Obzvláště zajímavou ilustrací takového systému by byly dvě kosmické struny, které se vůči sobě pohybují velkou rychlostí. Jak jejich jména prozrazují, kosmické struny jsou dlouhé objekty s nepatrnou tloušťkou. Některé teorie elementárních částic jejich existenci předpovídají. Gravitační pole buzené jednou kosmickou strunou je plochý prostor s klínovitým výřezem a se strunou zasunutou dovnitř podél ostří klínu. Když pak projdeme kolem struny dokola, je uražená vzdálenost menší, než bychom očekávali, ale čas ovlivněn není. To znamená, že prostoročas kolem jedné kosmické struny žádnou časupodobnou uzavřenou smyčku neobsahuje. Když ale bude existovat druhá gravitační struna, která se vůči první pohybuje, klín, který je kvůli ní vyříznut, zkrátí jak prostorové, tak časové intervaly. A když se struny vůči sobě pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla, časová úspora při obcházení obou strun může být tak velká, že se dostaneme do původního bodu dříve, než jsme z něj vyrazili. Jinými slovy, pak existují uzavřené časupodobné smyčky, po nichž se lze dostat do minulosti.

Časoprostor kosmických strun obsahuje hmotu, která má kladnou hustotu energie, takže to fyzikálně dává smysl. Nicméně zakřivení, které vede k uzavřeným časupodobným smyčkám, probíhá až do nekonečna a zpět do nekonečně vzdálené minulosti. Takže tyto prostoročasy byly stvořeny tak, že v sobě mají zabudováno cestování v čase. Nemáme ale jediný důvod se domnívat, že i náš vesmír vznikl takto zakřiveným způsobem a nemáme žádné důkazy o tom, že by k nám dorazili nějací cestovatelé z budoucnosti. (Pokud nejsme vyznavači teorie, že k nám dorazily z budoucnosti UFO a že to jenom vlády tají. Ale to je nepravděpodobné, vezme-li schopnost vlád v minulosti cokoliv utajit.) Takže můžeme předpokládat, že žádné uzavřené časupodobné smyčky do minulosti mající při konstantním čase plochu S neexistují.

Otázkou tedy je, zda nějaká vyspělá civilizace dokáže sestrojit stroj času. Jinými slovy, dokáže pozměnit prostoročas budoucnosti S tak, že se v nějaké konečné oblasti objeví uzavřená časupodobná smyčka? Mluvím o „konečné oblasti“, protože ať už bude ta civilizace jakkoliv pokročilá, dokáže ovládat jenom konečnou část vesmíru.

(dokončení úryvku)

Tento text je úryvkem z knihy
Stephen Hawking: Stručná historie mého života
Argo a Dokořán 2014

O knize na stránkách vydavatele

autor