Kun aika hidastuu

Kun aika hidastuu

Tiplerin sylinteri eli sylinterimäinen aikakone voidaan yhdistää ehkä joskus tulevaisuudessa O’Neillin sylinteriin. O'Neillin sylinteri tarkoittaa avaruusasemaa, missä pyörivä liike muodostaa keinotekoisen painovoiman, ja teoriassa tällainen asema on omavarainen ruuan sekä raaka-aineiden suhteen, koska siellä voidaan viljellä kasveja ja muita raaka-aineita saadaan asteroidivyöhykkeellä suoritettavasta kaivostoiminnasta. Eli ehkä joskus kaukaisessa tulevaisuudessa ihmiskunta matkaa ajassa näiden välineiden avulla, eli tuollaiseen O’Neillin sylinteriin asennetaan Tiplerin sylinteri, joka laitetaan pyörimään painottomuudessa erittäin suurella nopeudella. 

Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan kappale voi kulkea ajassa. Jos sen nopeus lähestyy valonnopeutta, niin silloin aika hidastuu, ja valonnopeutta kulkevan kappaleen sisällä aika pysähtyy. Mutta miten aika saadaan kulkemaan takaperin? Tuolloin tarvitsee vain aluksen keulaan kiinnittää kappale, mikä pyörii samaan suuntaan, jolloin tuon pyörivän kappaleen pinnalla nopeus ainakin teoriassa on suurempi kuin valonnopeus. 

Aikamatkailu on teoriassa hyvin helppoa, eli meidän täytyy vain kiihdyttää aluksemme lähelle valon nopeutta, ja sitten tuo aika rupeaa hidastumaan aluksen sisällä. Eli periaatteessa voimme matkustaa tulevaisuuteen kiihdyttämällä kapselia hiukkaskiihdyttimellä erittäin suureen nopeuteen, ja sillä tavoin voimme lähteä katsomaan miltä tulevaisuudessa näyttäisi.

Mutta miten sitten tullaan takaisin tulevaisuudesta? Jos haluamme jotenkin perustella sen miksi haluamme lähettää aikamatkaajan tulevaisuuteen, niin meidän pitäisi toivoa että hän lähettää sieltä tietoa siitä, miltä tuolla tulevaisuudessa näyttää. Eli se miten voisimme kuljettaa henkilön takaisin menneeseen onkin sitten suurempi ongelma. Tuolloin voidaan tietenkin luoda musta aukko, joka sitten aiheuttaa ajan kääntymisen käänteiseksi. 

Tuolloin luodaan olosuhteet, missä pakonopeus on suurempi kuin valonnopeus, mikä saisi sitten tuon aluksen matkaamaan menneisyyteen. Yksi ratkaisu olisi ehkä käyttää niin sanottua “Tiplerin sylinteriä”. Tiplerin sylinteri on sylinterimäinen kappale, joka laitetaan pyörimään valonnopeudella. Tuolloin aikadilaatio saisi aikaan sen, että tuo sylinteri lähtee matkaamaan tulevaisuuteen. Ja miten sitten se saadaan matkaamaan takaisin menneeseen? Tarvitaan vain toinen sylinteri, joka pyörii samalla nopeudella, ja teoreettisesti tuolloin tapahtuu virtuaalinen valon nopeuden ylitys, mikä saisi ajan kulkemaan takaperin. 

Vaikka emme voisi kehittää alusta, joka kulkee kovempaa kuin valonnopeus, niin voimme tietenkin kiertää tuota luonnonvakiota, jota mikään kappale ei ehkä voisi luonnollisessa universumissa ylittää. Yksi tapa olisi kiihdyttää alus lähelle valonnopeutta, ja sitten laittaa sen sisällä oleva sylinteri pyörimään erittäin suurella nopeudella. Tuolloin voidaan teoreettisesti luoda olosuhteet, missä valonnopeus on yleistettävissä virtuaalisesti. 

Tuolloin alukseen asennetaan niin sanottu “Tiplerin sylinteri”, mikä laitetaan pyörimään erittäin suurella nopeudella. Tuolloin voidaan alus palauttaa tulevaisuudesta menneeseen. Ongelma on tietenkin tuon aluksen kohdalla erittäin kova keskipakoisvoima. Joten ehkä sitten Tiplerin sylinteri liitetään joskus tuollaiseen valtavaan sylinterimäiseen keinomaailmaan jossa miehistö sekä laitteet leijuvat painottomuudessa tuon Tiplerin sylinterin sisällä. 

Tiplerin sylinteri on teoriassa melko yksinkertainen laite. Se on sylinteri, joka laitetaan pyörimään magneettikentässä erittäin suurella nopeudella, mikä tarkoittaa nopeutta mikä on lähellä valonnopeutta. Tuo pyörimisliike voidaan saada aikaan esimerkiksi samalla tavalla kuin induktiomoottorit muodostavat pyörivän liikkeen. Ja tuota sylinteriä voidaan puristaa kasaan magneetilla, joka vetää sen runkoa keskelle kumoten näin keskipakoisvoiman vaikutuksen. 

Tiplerin sylinteri ei ole välttämättä mikään kovin suuri. Tuolloin ehkä hyvinkin pieni alus kykenisi matkaamaan tulevaisuuteen, hakemaan sieltä dataa sekä palaamaan takaisin. Voidaan siis ajatella että nanotekniikkaa käyttävä luotain laitetaan CERN.in Hadron kiihdyttimeen, ja sitten se lähetetään tulevaisuuteen. Kun luotain on kerännyt tarpeeksi dataa, niin se kiihdytetään taas lähelle valonnopeutta, ja luotaimen sisällä oleva sylinteri laitetaan pyörimään. Tuollainen laite voisi olla ehkä muutaman senttimetrin mittainen, ja se voisi ehkä joskus tuoda dataa tulevaisuudesta. 

Katsoin tässä erään dokumentin YouTubesta, ja siinä Stephen Hawking toivotti hypoteettisen aikamatkaajan tervetulleeksi. No siinä sitten kävi niin, että aikamatkaaja ei tullut, kuten varmaan kaikki arvaavat. Mutta mieleen tuli tuolloin se, että mitä jos vaikka aikamatkaaja kuvitteli ALS-tautia sairastavan Hawkingin nukkuvan, jos hän oli selin kuuluisassa rullatuolissaan. Koska Hawkingin pää roikkui sivulle, niin aikamatkaaja on saattanut ajatella että talon isäntä on nukkumassa, eikä sitten ollut herättänyt häntä. 

Mutta sitten kun mietin tuota tilannetta hiukan erilaisesta näkökulmasta, niin silloin pitää muistaa se, että jos joku pystyy oikeasti matkustamaan ajassa, niin silloin hänen käsityksessä ajasta poikkeaa siitä miten meille muille on muodostunut käsitys siitä että aika kulkee vain yhteen suuntaan. Aikamatkaajalle aika ei ole lineaarinen, vaan hän voi matkustaa ajassa sekä eteen että taaksepäin, jos hän kykenee rakentamaan sen kojeen, mitä ihmiskunta pitää suurimpana keksintönä, mitä teoreettinen fysiikka voi meille antaa. Siis aikamatkustusta ei oikeastaan mikään luonnonlaki estä.

Idea aikakoneessa on se, että koneen toiminta perustuu aikadilaationa tunnettuun ilmiöön, missä aika hidastuu kappaleen liikkuessa tilassa. Tiedetään että aikadilaatio on suoraan verrannollinen kappaleen nopeuteen mutta samalla tavoin se on riippuvainen pakonopeudesta, ja jos pakonopeus kappaleen pinnalla saavuttaa valonnopeuden, niin silloin aika pysähtyy. 

Pistettä missä pakonopeus saavuttaa valonnopeuden kutsutaan nimellä tapahtumahorisontti, ja sen jälkeen voidaan tehdä ajatusketju, missä ajan hidastuminen jatkuu myös tapahtumahorisontin takana. Joten jos pakonopeus kappaleen pinnalla on suurempi kuin valonnopeus, niin silloin aika muuttuu käänteiseksi, mikä tarkoittaa sitä että aika ryhtyy kulkemaan takaperin. Siis tuollaisesta asiasta voidaan sitten päätellä, että aikakone olisi mahdollinen, ja teoreettisesti melko helppo rakentaa. 

Pitää vain luoda musta aukko, joka vetää aluksen sisäänsä. Mutta sitten tietenkin edessä on pieniä teknisiä ongelmia kuten esimerkiksi se, että mistä energia tuon mustan aukon luomiseen saadaan, ja miten tuo musta aukko sitten oikeasti tehdään, niin että vuorovesivoimat eivät revi alusta sekä sen astronautteja kappaleiksi. Sama ongelma tietenkin koskee myös sellaista välinettä kuin Tiplerin sylinteri, eli tuolloin keskipakoisvoima voi olla sellainen asia, mikä repii kaiken sylinterin sisällä palasiksi, elleivät astronautit sekä laitteet leiju vapaasti painottomuudessa.