אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על כתבות:

• הוקינג: מסע בזמן אפשרי אך רק לעתיד, מערכת אתר הידען,‏ יום ראשון, 9 במאי 2010
• ויקיפדיה - האנציקלופדיה החופשית: חור תולעת, מסע בזמן, חור שחור.

שנים רבות מסעירה את דמיון האנושות האפשרות של מסע בזמן. מסע בזמן הוא אפקט פיזיקלי, המאופיין בשינוי קצב התקדמות הזמן אצל צופה אחד, כפי שהוא נמדד בידי צופה אחר. לצורך הדגמת מסע בזמן יש לצייד את שני הצופים בשעונים, לאפשר לאחד מהם לעבור מסלול מיוחד במרחב-זמן, ולהפגיש ביניהם שוב. אם ברגע המפגש השעונים מורים על זמן שונה (כלומר-"התארכות זמן" של אחד השעונים) אז ניתן לטעון שהתרחש מסע בזמן.הפיסיקאי סטיבן הוקינג סבור שמסע בזמן אפשרי, אך רק לכיוון אחד – לעתיד.

האפשרות לנסוע בזמן יוצרת פרדוקסים של מסע בזמן. פרדוקסים כאלה הם מצבים בהם רעיון של מסע בזמן לא משתלב עם ההגיון האנושי.
נדגים שני פרדוקסים אפשריים: הראשון הוא פרדוקס האבא (או הסבא): נניח כי אדם בונה מכונת זמן, נוסע בה לעבר והורג את אביו לפני שהכיר את אמו. במידה והצליח במשימה, אזי אביו לא היה פוגש את אמו ולכן האדם לא היה נולד. אם לא היה נולד, הוא לא היה יכול להרוג את אביו. אם לא הרג את אביו אזי אביו היה פוגש את אמו , מה שהיה גורר באופן בלתי נמנע את הולדתו של האדם ולאחר מכן את הרג האב וחוזר חלילה.
הפרדוקס כאן טמון בשאלה האם האב חי או מת והאם הבן נולד או שאינו נולד?
הפרדוקס השני הוא פרדוקס היצירה: יום אחד, אדם מקבל מעצמו תוכנית לבניית מכונת זמן. הוא מחליט לבנות את המכונה ומטייל בזמן בעבר ובעתיד, כעבור זמן מסוים הוא חוזר לזמן שבו קיבל את תוכנית המכונה ומוסר אותה לעצמו.
הבעיה כאן היא, מי המציא את המכונה? מן הפרדוקס עולה כי אף אדם. ולכן "נברא" ידע מאין.
פרדוקסים כדוגמת אלה המתוארים להלן ורבים אחרים, גרמו לחוקרים רבים להאמין כי לא ניתן לשנות אירועים שקרו בעבר, אלא לכל היותר להתבונן בהם, לפי תורת היחסות.

התארכות זמן:
על פי תורת היחסות הפרטית , שעונו של צופה הנע במהירות גבוהה מתקדם בקצב נמוך יחסית לצופה במנוחה. לתופעה זו קוראים התארכות זמן יחסותית. ניתן להדגים תוצא זה בעזרת פרדוקס התאומים, שבו אחד מתוך זוג תאומים הוא אסטרונאוט היוצא למסע בחלל במהירות גבוהה, ואילו אחיו נשאר על פני כדור הארץ. עבור האסטרונאוט שנע במהירות גבוהה תתרחש התארכות זמן, ובעת המפגש המחודש שלהם, עם חזרתו מהמסע, הוא יהיה צעיר יותר מהתאום השני. אישוש לתופעה זו התקבל למשל בעזרת שעון אטומי שהוצב במטוס סילון אשר הקיף את כדור הארץ. בנוסף, ישנם חלקיקים קצרי חיים במיוחד המכונים פימזונים (pimesons). בדרך כל הם מתפרקים אחרי 25 מיליארדיות השנייה, אך כאשר הם מואצים לכמעט מהירות האור הם חיים פי 30 יותר.
ישנו עוד סוג של התארכות זמן: על פי תורת היחסות הכללית, התארכות זמן כבידתית מתרחשת עבור גוף שנמצא בשדה כבידה חזק. למשל, נדמיין גוף שנמצא סמוך לאופק האירועים של חור שחור (חור שחור הוא גרם שמיימי בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף, לרבות אור, אינו יכול להתנתק ממנו. אופק האירועים של חור שחור הוא משטח דמיוני המקיף את המסה של החור השחור. גוף שנכנס לאופק האירועים יבלע בתווך החור השחור). הזמן חולף סמוך לאופק האירועים בקצב איטי יחסית לגוף רחוק מאופק האירועים. נדמיין שוב את זוג התאומים, כאשר האסטרונאוט שבהם מתקרב לאופק אירועים של חור שחור מבלי לחצות אותו, וחוזר לבסיס האם שלו. בחזרתו הוא יהיה צעיר יותר מאחיו שלא ערך את המסע, כלומר התרחש מסע בזמן.
ככל שהגוף נמצא בשדה כבידה חזק יותר כך התארכות הזמן גדולה יותר, וניתן לומר על גוף שנמצא על אופק האירועים עצמו כי הזמן בשעונו עצר יחסית לצופה מרוחק. גם בשדה כבידה חלש מתרחשת התארכות זמן. ניתן לומר למשל שהזמן על פני כדור הארץ נע בקצב איטי מאשר הזמן בתחנת החלל הבינלאומית, שם אין כבידה, ואפילו ניתן למדוד התארכות זמן על פני הקרקע יחסית לגג של גורד שחקים. ביישומים בהם נדרש דיוק גבוה במדידת הזמן, כמו למשל במערכת ה-GPS, יש לקחת את התארכות הזמן הכבידתית בחשבון.

במאמר שפורסם החודש ב"דיילי מייל" הבריטי הציע הקוסמולוג סטיבן הוקינג שלושה רעיונות מציאותיים תיאורטיים למסע בזמן, אחד הוא אומר, אפילו מעשי. ראשית, הוא קובע, צריך להסכים לרעיון כי הזמן הוא מימד, בדיוק כמו רוחב, גובה ואורך.
הוקינג משתמש בדוגמה של נהיגה במכונית: אתה נוסע קדימה. זה כיוון אחד. אתה פונה ימינה או שמאלה, זה הכיוון שני. אתה נוסע במעלה הכביש ההררי, זה המימד שלישי. המימד הרביעי הוא הזמן.
אפשרות תיאורטית אחת למסע בזמן, לדברי הוקינג, היא דרך "חורי תולעת": חור תולעת הוא תופעה פיזיקלית משוערת המאפשרת מעבר בין שתי נקודות במרחב-זמן כלומר מעבר בין שתי נקודות ביקום התלת-ממדי.
תופעה זו מתרחשת אולי באופן ספונטני עבור חלקיקים נקודתיים כמו אלקטרונים, אך מבחינה מעשית לא ייתכן חור תולעת גדול מספיק בשביל מעבר של אטומים, קל וחומר שלא חפצים.
העיקרון העומד מאחורי חורי תולעת הוא העובדה כי המרחב-זמן ביקום מתעקם בהשפעת כבידה. לכן, בהמצאות כבידה חזקה מספיק, נקודות רחוקות ביקום יכולות להיות קרובות זו לזו עד כי הן נמצאות "במרחק נגיעה" זו מזו. תופעה זו, בשילוב מכניקת הקוונטים, מנבאת את היווצרותם של חורי תולעת כאלו. (ניתן לדמות זאת על ידי דימוי של חפץ כבד המונח על גבי מזרן. החפץ מעוות את המזרן, כך שנקודות רחוקות מתקרבות זו לזו. ) ניתן להמשיל את היקום התלת-ממדי לקו. כאשר הקו פרוס, שני הקצוות רחוקים זה מזה וכאשר הקו מצוי בצורת U אזי המרחק בין שני הקצוות אומנם התקצר אך אורך הקו נותר זהה.
"האמת היא שחורי תולעת הם מקיפים אותנו מכל עבר, רק הם קטנים מדי מכדי שנוכל לראות אותם. הם נמצאים פינות נסתרות במרחב ובזמן," כותב הוקינג. "שום דבר אינו שטוח או מוצק. אם אתה מסתכל מקרוב מספיק בכל דבר תמצא חורים וקמטים. זהו עיקרון פיסיקלי בסיסי וניתן להרחיב אותו גם לזמן. גם במשהו חלק כמו כדור ביליארד יש המון סדקים וחללים."
קוטרם של חורי התולעת הוא מיליארדית הטריליונית הטריליונית של הסנטימטר – אך "הפיזיקאים מאמינים כי הם יוכלו ללכוד חור תולעת ולהפוך אותו מספיק גדול למעבר בני אדם או חלליות." כותב הוקינג.

אולם, נסיעה דרך חורי תולעת לעבר עלולה ליצור את הפרדוקסים של נסיעה בזמן המוזכרים למעלה.

לכן, לדברי הוקינג, נבחן את האפשרות השנייה: חורים השחורים (התארכות זמן כבידתית): "לחור שחור … יש השפעה דרמטית על הזמן. הוא יכול להאט אותו הרבה יותר מכל דבר אחר בגלקסיה. דבר שהופך אותו למכונת זמן טבעית", כותב הוקינג.
תארו לעצמכם חללית המקיפה את החור השחור הסופר מאסיבי במרכז גלקסיית שביל החלב, 26,000 שנות אור מאיתנו. "מכדור הארץ, זה היה נראה כאילו הספינה מבצעת מסלול אחד בכל 16 דקות," כותב הוקינג. ואולם עבור אנשי הצוות שעל הסיפון, הזמן יאט והם יחוו בכל הקפה רק שמונה דקות. אם יתמידו בכך חמש שנים, על כדור הארץ יחלפו כבר עשר שנים. תסריט זה לא מייצר את הפרדוקס המוטמע בטיסה בחור תולעת (המאפשרת באופן תיאורטי חזרה לעבר), אך הוא עדיין לא מעשי" , אמר הוקינג.

האפשרות השלישית והמעשית למסע בזמן, לדברי הוקינג, היא נסיעה "סופר מהירה" (התארכות זמן יחסותית):
המהירות הקוסמית המכסימלית האפשרית היא 300,000 קילומטרים בשנייה, או מהירות האור. "שום דבר לא יכול לחרוג ממהירות האור כי מדובר באחד מעקרונות הטבע הבסיסיים," אבל לדברי הוקינג "נסיעה במהירות הקרובה למהירות האור היא נסיעה מהירה אל העתיד."
"תארו לעצמכם מסלול רכבת המקיף את כדור הארץ. על הסיפון נמצאים נוסעים עם כרטיס בכיוון אחד אל העתיד. הרכבת מתחילה להאיץ, מהר יותר ויותר. ובסופו של דבר היא מקיפה את כדור הארץ שוב ושוב ושוב. כדי להתקרב למהירות האור פירושו להקיף את כדור הארץ שבע פעמים בשנייה. אבל לא משנה כמה כוח יש לרכבת היא לא ממש יכולה להגיע למהירות האור, שכן חוקי הפיזיקה אוסרים זאת."
"במקום זה, בואו נאמר שהיא מתקרבת", כותב הוקינג. "משהו יוצא דופן מתרחש: הזמן מתחיל לזרום באיטיות על הסיפון ביחס לשאר העולם...הכול ברכבת נמצא בתנועה איטית." "תארו לעצמכם כי הרכבת תעזוב את את התחנה ב -1 בינואר 2050 ותנוע במעגלים סביב כדור הארץ שוב ושוב במשך 100 שנים. כשהיא תגיע ותיעצר ב-1 בינואר 2150, על הנוסעים עבר רק שבוע אחד כי הזמן האט מאוד בתוך הרכבת. כשייצאו הם ימצאו עולם שונה מאוד מזה שהם עזבו. בשבוע אחד הם נסעו 100 שנים אל תוך העתיד, "כותב הוקינג . נכון לעכשיו, התנועה המהירה ביותר על פני כדור הארץ מתקיימת במנהרה העגולה של מאיץ החלקיקים ב-CERN, בז 'נבה: "כאשר כוח מופעל על החלקיקים הם מאיצים מאפס קמ"ש ל-60,000 בשבריר של שנייה. לאחר מכן מוגדל הכוח ומחייב את החלקיקים לטוס מהר יותר ויותר, עד שהם דוהרים סביב המנהרה 11,000 פעמים בשנייה, וזה כמעט מהירות האור. אבל בדיוק כמו הרכבת, הם אף פעם לא ממש יוכלו להגיע למהירות הסופית. הם יכולים להגיע רק 99.99 אחוזים מהגבול. כשזה קורה, הם גם מתחילים לנסוע בזמן. אנחנו יודעים זאת מכיוון שאנו מגלים בתהליך ההאצה כמה פימזונים (pimesons)" . "כדי להאיץ בני אדם למהירות זו נידרש להימצא בחלל", אומר הוקיג. עד כה המהירות הגבוהה ביותר שהושגה הייתה 40 אלף קמ"ש על סיפון אפולו 10.
"כדי לנסוע בזמן, נצטרך לטוס יותר מפי 2,000 (מאשר אפולו 10). וכדי לעשות זאת נצטרך ספינה גדולה הרבה יותר, היא צריכה להיות עצומה כדי לשאת מספיק דלק כדי להאיץ אותה למהירות הקרובה למהירות האור. הגעה למהירות המרבית המותרת תדרוש שש שנים של הנעת החללית במלוא הכוח. אנחנו יכולים, באופן תיאורטי לקצר מרחקים ולאפשר להכניס אותם בתקופת חיים אחת" כותב הוקינג. "מסע אל קצה הגלקסיה ייקח בדיוק 80 שנים.

"נדגיש ששתי האפשרויות האחרונות מדברות רק על מסע לעתיד ולא לעבר, ובכך נמנעים הפרדוקסים שיוצרת נסיעה לעבר.

למרות ששלל במפורש מסע בזמן אל העבר, נשאל הוקינג מה היה עושה לו היתה לו ברגע זה מכונת זמן המאפשרת נסיעה אל העבר והוא השיב: "הייתי מבקר את מרלין מונרו בעלייתה ובנפילתה ומתבונן בגלילאו כאשר הביט בפעם הראשונה באמצעות טלסקופ אל הכוכבים."