התיאוריות שמאחורי מסע בזמן

עודכן: 1 באפר׳ 2021

כמה מדהים זה היה אם בני אדם היו מסוגלים לנסוע בזמן? למרבה הצער, המדע והטכנולוגיה לא התקדמו עד שם. בזמן שאנחנו מחכים להמצאה פורצת הדרך, הנה כמה מהתיאוריות והשיטות הסבירות ביותר למסע בזמן.


מסע בזמן מוטל בספק מאז ראשית המדע. חשבו על כל מדען או פיזיקאי מפורסם, ולכל אחד מהם תהיה דעה בעניין. חלקם אפילו לקחו את זה הלאה. קחו את סטיבן הוקינג כדוגמה. הוא רצה לבדוק האם קיים מסע בזמן וארגן מסיבה, אך לא מסיבה רגילה, הייתה זו מסיבה לנוסעים בזמן. כל מי שהוזמן קיבל את ההזמנה רק כעבור שנה.


ובכן, אף אחד לא הופיע...


אחרי הכל, נסיעה לעבר היא כל הנראה בלתי אפשרית. וגם אם היא אפשרית, הוקינג טען שאנו לא יכולים לחזור לזמן שלפני שנבנתה מכונת הזמן. נסיעה לעתיד היא סבירה יותר. כולנו מטיילים בזמן שכן אנו שקועים בזרימתו בקצב שעתי, מהעבר לעתיד.


מהו זמן?

זמן: השוויון המושלם. לזמן בכלל לא אכפת מאיתנו. אנו לא יכולים לקבל יותר ממנו, ואנו לא יכולים לתת ממנו. ללא קשר לשום דבר בנו, כל אחד מאיתנו חי את אותם 24 שעות בכל יום. נכון?


ובכן, לא בדיוק.


הזמן דייסתי. הוא משתנה. יש שקוראים לו "מבולבל". ומתברר שניתן לעשות בו מניפולציות אם מתאמצים מספיק.


התפתחנו במעין סביבה בינונית. בני אדם הם אובייקטים בינוניים, איפשהו בין הקטנים מאוד (קווארקים, אלקטרונים, אטומים וכדומה) לבין הגדולים מאוד (כוכבי לכת, כוכבים וחורים שחורים על-מסיביים). ואנחנו פועלים במהירות בינונית, מהירים יותר מתנועות איטיות של לוחות טקטוניים, אך איטיים ממהירות האור.


הפיזיקה פועלת בדרכים די צפויות בעולם בו אנו חיים. כוח הכבידה משפיע על עצמים בדרכים אותן אנו יכולים למדוד במדויק; כוכבי שביט מקיפים וחוזרים במרווחים קבועים. אנו יודעים מתי יתרחש ליקוי חמה מפני שהריקוד הקוסמי של השמש והירח עובר לאורך מסלול ידוע. הזמן מתקתק קדימה בכיוון אחד ובקצב עקבי. הכל כמו שצריך להיות, הכל לפי התוכנית.


לעומת זאת, מחוץ לעולמנו הבינוני, הדברים יכולים להיות מוזרים.


הפיזיקה מתפרקת כשאנו קטנים מדי, או מסיבים מדי. כוח הכבידה עושה דברים שאנחנו לא ממש מצליחים להבין, אפקטים קוונטיים מוצאים את דרכם פנימה. הדברים מפסיקים לשחק לפי הכללים כפי שאנו מכירים אותם. כמו כן, ככל שאנו מאיצים למהירות גבוהה, מעבר למהירות הבינונית שלנו, הזמן הופך מוזר יותר.


תורת היחסות הפרטית הגיעה למסקנה שמהירות האור היא עקבית עבור כל המתבוננים. פוטונים העוברים דרך ריק נעים במהירות מדהימה של 299,792 ק"מ לשנייה. זוהי מהירות מרשימה בפני עצמה. זה מספיק מהיר שהעיכוב בזמן של האור הפוגע באובייקט, מוחזר ונכנס לעינינו, הוא כה קצר עד שלא ניתן להבחין בו. וזה טוב, במיוחד עבור אבותינו הקדומים. היה קשה להתחמק מטורפים אם היינו חצי אכולים עד שהבחנו בהם.


לעומת זאת, מהירות האור הופכת למרשימה ומשונה עוד יותר, בגלל האופן שבו היא נשארת קבועה ללא קשר למיקום או מהירות המתבונן. בואו נבין מה זה אומר.


המהירות האמיתית של כל אובייקט נתון היא שילוב של המהירות האישית שלו, בשילוב עם המהירות של כל אובייקט אחר הפועל עליו. למשל, נניח שאתם קוראים את המאמר בישיבה. המהירות האישית שלכם היא אפס. אתם בכלל לא זזים, יחסית לאובייקטים שאתם בקשר איתם. פשוט. אבל אולי אתם ברכבת בדרך לעבודה, והרכבת הזו נוסעת במהירות של 120 קמ"ש. המהירות שלכם הופכת אז למהירות המשולבת שלכם ושל מהירות הרכבת. בואו נלך רחוק יותר. הרכבת נוסעת 120 קמ"ש ביחס לכדור הארץ, אך כדור הארץ נע במהירות 108,000 קמ"ש סביב השמש. יתר על כן, השמש נעה במהירות של 827,000 קמ"ש סביב מרכז הגלקסיה שלנו. בהנחה שהרכבת, כדור הארץ והשמש נוסעים באותו כיוון, המהירות הכוללת שלכם היא למעשה 935,030 קמ"ש.


וזה אפילו לא לוקח בחשבון את המהירות של הגלקסיה דרך החלל, אבל אתם מבינים את הנקודה. למישהו שיושב אתכם ברכבת, המהירות שלכם היא אפס. המהירות שלכם שונה ממתבונן שעומד על הקרקע מחוץ לרכבת, היא שונה ממי שמתבונן מהשמש, או ממרכז הגלקסיה. מיקום המתבונן חשוב, הוא משנה את התוצאה.


מהירות היא תרכובת, ככה הדברים עובדים בעולם הבינוני. לא כך עם אור.


החליפו את הנוסע ברכבת באור וכל מה שאנו מצפים לראות בקשר לתרכובת המהירויות נזרק מהחלון. לכאורה, מהירות האור נותרת זהה, 299,792 ק"מ לשנייה, ללא קשר למצב או למהירות היחסית של המתבונן. האור לא נע מהר יותר ולא לאט יותר.


תורת היחסות הפרטית מציעה פתרון אלגנטי, גם אם לא אינטואיטיבי, לבעיה זו. ככל שאובייקטים מגבירים את מהירותם, הזמן נע לאט יותר. שינוי אורכו של כל תיקתוק שעון מאפשר למהירות האור להישאר עקבית ולא משנה כמה מהר אתם נעים ביחס אליו.


כאשר התפרסמה תורת היחסות הפרטית, הרעיונות הללו היו רק מספרים על נייר, אך הם אושרו על ידי תצפיות וניסויים. למעשה, על המהנדסים להתחשב בתופעת התרחבות הזמן בעת תכנון לוויינים. מכיוון שהם מקיפים במהירות הרבה יותר מהירה מהמהירות שאנחנו מורגלים אליה על הקרקע, השעונים הפנימיים של הלוויין פועלים לאט יותר. ההבדל הוא קטן מאוד, אך יכול להצטבר לאורך זמן. מכיוון שלוויינים צריכים תזמון מדויק, יש להתחשב ולתקן את התרחבות הזמן הזאת.


במובן מסוים, אפקט זה, הנקרא התרחבות זמן כבידתית, פירושו שאסטרונאוטים הם נוסעים בזמן, שכן הם חוזרים לכדור הארץ צעירים במעט מהתאומים הזהים שלהם שנותרו על פני כדור הארץ.


וכוח הכבידה הופך זאת למסובך עוד יותר.


כוח הכבידה מכופף את המרחב-זמן ומכיוון שלווייני GPS מקיפים כל כך רחוק מעל פני כדור הארץ, הם חשים בהשפעות הכבידה פחות מאיתנו,מה שמביא להשפעה הפוכה הגורמת לשעונים לתקתק מהר יותר. בסך הכל, לווייני GPS במסלול היו נעים 38 מיקרו שניות לעתיד מדי יום, אם לא היינו מתחשבים בתורת היחסות. זה מעט, ייקחו כ-72 שנים עד שהשעונים שלהם ינועו לפנינו בשנייה אחת, אך זה מספיק כדי לזרוע הרס בשירותי ה-GPS, די מהר.


חוץ מזה, הסינכרוניות של השעונים שלנו היא לא החלק החשוב. מה שחשוב זו המציאות שלוויינים אלה נוסעים בזמן בקצב של שנייה אחת בכל 72 שנים. ההשפעה איטית, אך זה רק בגלל ששבריר מהירות האור בו הם נעים הוא קטן.


הזמן אינו סטטי. הוא אישי. לא כולנו חווים את חלוף הזמן באותה צורה או באותו קצב. בכל פעם שאנחנו נכנסים לרכב, רכבת או מטוס, בכל פעם שאנחנו יוצאים לריצה או אפילו משתרכים לשירותים באמצע הלילה, אנחנו משנים את הדרך בה אנו נעים בזמן.


בעוד שרוב האנשים חושבים על הזמן כקבוע, הפיזיקאי אלברט איינשטיין הראה שהזמן הוא אשליה; הוא יחסי - הוא יכול להשתנות עבור מתבוננים שונים בהתאם למהירות שלכם בחלל. בעיני איינשטיין הזמן הוא "המימד הרביעי". המרחב מתואר כזירה תלת מימדית, המספקת לנוסע קואורדינטות - כגון אורך, רוחב וגובה - המספקות מיקום. הזמן מספק קואורדינטה נוספת - כיוון - אם כי באופן קונבנציונאלי, הוא רק מתקדם.


תורת היחסות הפרטית של איינשטיין אומרת שהזמן מאט או מאיץ כתלות לכמה מהר אתה נע ביחס למשהו אחר. כשהוא מתקרב למהירות האור, אדם בתוך חללית מזדקן הרבה יותר לאט מאשר התאום שלו בבית. כמו כן, על פי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, כבידה יכולה לעקם את הזמן.


דמיינו בד ארבע-ממדי הנקרא מרחב-זמן. כאשר כל דבר שיש לו מסה יושב על פיסת הבד הזאת, הוא גורם לגומה או לכיפוף של המרחב-זמן. כיפוף המרחב-זמן גורם לאובייקטים לנוע בדרך מעוקלת ועקמומיות החלל היא מה שאנו מכירים ככבידה.


על פי תורת היחסות הכללית, ככל שהכבידה חזקה יותר, הזמן זז לאט יותר. כוח הכבידה גדל כאשר מתקרבים למרכז כדור הארץ. הזמן עובר לאט יותר ברגלינו מאשר בראשנו.


שוב, השפעה זו נמדדה ואושרה על ידי המדע. בשנת 2010 פיזיקאים במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארצות הברית (NIST), הניחו שני שעונים אטומיים על מדפים, האחד היה 33 ס"מ מעל האחר. הם מדדו את ההבדל במהירות התקתוק ומצאו כי זה בתחתית מתקתק לאט יותר מכיוון שהוא חש ביותר כוח כבידה.


כבידה ומהירות

עכשיו, כשאנחנו יודעים שאנחנו יכולים לשנות את הדרך בה אנו נעים בזמן, על ידי שינוי המהירות שלנו או על ידי מניפולציה על כוח הכבידה, איך נוכל להשתמש בזה לטובתנו ולנסוע למקומות רחוקים בזמן?


המהירות היא כנראה ההימור הטוב ביותר שלנו כרגע.


בהתחשב בלוח הזמנים של הקיום האנושי, עשינו צעדים מדהימים בהגדלת המהירות המרבית שלנו בעשורים האחרונים. פעם האמינו שלעולם לא נשבור את מחסום הקול; מה שהושג על ידי צ'אק ייגר בשנת 1947, לפני קצת יותר מ-70 שנה. זו הייתה הפעם הראשונה שבה בן אנוש נסע מהר יותר מ-343 מטר לשנייה. זה בערך עשר-אלפיוני אחוז ממהירות האור. די מהר בסטנדרטים אנושיים - איטי מאוד בקנה מידה קוסמי.

מטוס F/A-18 קרוב למהירות הקול

קצת יותר מעשור מאוחר יותר, ניל ארמסטרונג, באז אולדרין ומייקל קולינס שוגרו ברקטה לכיוון הירח. המהירות המרבית שלהם הייתה 40,000 ק"מ לשעה, יותר מפי 32 מייגר. עם זאת, צוות אפולו 11 נסע רק 11.15 ק"מ לשנייה, בערך 0.0037 אחוז ממהירות האור.


כשמתקרבים, חלק מהאפסים הללו נושרים. ובכל זאת, זה רחוק.


זה בערך המקום אליו הגענו לעת עתה, לפחות לרכבים מאוישים. יצרנו חלליות מהירות יותר. גשושית השמש פארקר, ששוגרה בשנת 2018, נשלחה למשימה לחקר העטרה של השמש. היא התקרבה למרחק של 18.7 מיליון ק"מ, מה שהעניקלהאתהכבוד של הגישה הקרובה ביותר של חפץ מלאכותי לשמש. המהירות המהירה ביותר שלה היתה 692,000 ק"מ לשעה, או 192 ק"מ לשנייה. זה מביא אותנו ל-0.064 ממהירות האור.


נצטרך לנוע יותר מפי 15 מהרכב המהיר ביותר שאי פעם בנינו כדי להגיע לאחוז אחד ממהירות האור. אפילו במהירויות אלו, היינו מבחינים בהבדל בזמן היחסי של כ-26 דקות במהלך שנה.


אם אנחנו באמת רוצים לנסוע בזמן באופן משמעותי, אנחנו צריכים לנוע הרבה יותר מהר. במהירות של 90 אחוז ממהירות האור (269,812 ק"מ לשנייה), רכב שנסע במשך 10 שנים, על פי השעון שלו היה מגיע חזרה לכדור הארץ כדי לגלות שחלפו כמעט 23 שנים. ב-99.99 אחוז ממהירות האור, רכב שנוסע במשך שנה יחזור לעולם שהזדקן ביותר מ-70 שנה בהיעדרו. ב-99.99999 אחוז ממהירות האור, במשך שנה, יותר מ-2000 שנה יעברו על כדור הארץ.


העניין הוא שככל שמתקרבים למהירות האור כך חווים התרחבות זמן גדולה יותר.


השגת מהירויות אלה היא אינה סבירה וכנראה בלתי אפשרית. הפיזיקה זוממת נגדנו בעניין זה. כל אובייקט בעל מסה גדל במסתו ככל שהוא מתקרב למהירות האור. למעשה, הוא נעשה כבד יותר, מה שדורש יותר דלק כדי להמשיך להאיץ. בסופו של דבר, מגיעים למסה אינסופית ולדרישה לאנרגיה אינסופית. זה כמו לדחוף אבן במעלה גבעה, זה נעשה קשה יותר ככל שמתקרבים לפסגה.


וזה חבל, מכיוון שהתקרבות למהירות האור תאפשר לנו להתקדם בזמן, עם השקעה מינימלית של זמן אישי. ואם נוכל לפרוץ את מחסום מהירות האור, אז כל ההימורים מבוטלים. המתמטיקה מציעה שזה עשוי לאפשר לנו להפר את הסיבתיות ולנסוע לאחור בזמן.


אם מהירות אינה התשובה, אז מה לגבי כוח הכבידה?


מכיוון שאנו יודעים שהמרחב והזמן קשורים זה לזה באופן הדוק, וכוח הכבידה משפיע על שניהם, עיקום המרחב-זמן באופן מספיק עשוי ליצור לולאות זמן סגורות. לפחות על פי מחקר של הפיזיקאי התיאורטי פרופ' עמוס אורי מהטכניון בחיפה. אורי מציע להשתמש בשדות גרביטציה ממוקדים כדי לכופף את המרחב-זמן לתוך ריק בצורת דונאט (טורוס). נחזור לזה בהמשך.


יש בעיית מהירות אחת: הנוסע יוכל להגיע ליעדי זמן שהתרחשו רק לאחר יצירת הדונאט. הוא לא יוכל לחזור לראות את הדינוזאורים או להציל את אמא שלו מלהינשא לאדם הלא נכון. לא ניתן למנוע דברים שכבר קרו לפני יצירת המכונה. בנוסף, שדות הכבידה הנדרשים הם בסדר גודל של אלה שנוצרים על ידי חורים שחורים, הרבה מעבר למה שאנחנו מסוגלים ליצור או לשלוט בו.


אפשרויות תיאורתיות למסע בזמן


מסע בזמן בעזרת במהירות

מהירות היא הדרך הקלה והמעשית ביותר להגיע לעתיד הרחוק. פשוט צריך לנוע מהר מאוד.


על פי איינשטיין ותורת היחסות שלו, כאשר אנו נוסעים במהירות גבוהה המתקרבת למהירות האור, הזמן מאט עבורנו ביחס לעולם החיצון. זו לא רק הנחה או ניסוי מחשבתי - הוא נמדד. באמצעות שני שעונים אטומיים (אחד טס במטוס סילון והשני הוצב על כדור הארץ), פיזיקאים הראו כי השעון הטס תקתק לאט יותר בגלל מהירותו.

Credit: NASA/JPL-Caltech

במקרה שאנו טסים במטוס, ההשפעה היא קטנה מאוד. אבל אם אנו נמצאים בחללית שנוסעת ב-90% ממהירות האור, נרגיש שהזמן עובר פי 2.6 לאט יותר מבכדור הארץ. וככל שנתקרב למהירות האור כך המסע בז