Illustrerad Vetenskap (Sweden)
Spiral leder till dåtiden
Utifrån Einsteins ekvationer har Ronald Mallett räknat sig fram till att en cylinder av roterande laserljus kan böja tiden så mycket att det uppstår en spiral av slutna tidsringar. Spiralen leder till dåtiden.
linje med de tre rumsdimensionerna. Det betyder att även tiden påverkas av massa i rymden och om massan är stor nog får det stora konsekvenser för tiden. Det gäller till exempel i närheten av svarta hål där mycket stor massa är koncentrerad på en försvinnande liten yta. På den så kallade händelsehorisonten nära det svarta hålet står tiden helt stilla.
Ända sedan Einstein lade fram sin generella relativitetsteori har fysiker spekulerat i vad den betyder för vår förståelse av tiden. Det finns de som menar att svarta hål kan förbindas så att de bildar en genväg genom rumtiden, ett maskhål. En resa genom ett maskhål skulle inte bara leda till en annan plats i universum utan också till en annan tid – antingen bakåt i tiden eller framåt i tiden. Enligt den amerikanska fysikern Kip Thorne kan ett maskhål i princip konstrueras så att det är möjligt för en människa att passera genom det, men det kräver att tunneln fodras med ett exotiskt material som motverkar gravitationen för att hålet inte ska kollapsa och något sådant material har fysikerna ännu inte lyckats hitta.
Einsteins rumtid utmanar också vår vardagliga förståelse för tiden som en objektiv storlek där dåtid och framtid är skilda av ett universellt ”nu”. I det så kallade blockuniversum som Einsteins världsbild har givit oss finns det inget universellt ”nu” och därför heller inte någon skillnad mellan dåtid och nutid. Alla tidpunkter finns samtidigt – det är bara en fråga om var i rumtiden vi befinner oss. Liksom vi kan röra oss geografiskt från en plats till en annan kan vi också röra oss från en tidpunkt till en annan – i alla fall i teorin.
Insikten i Einsteins teorier bekräftade för Mallett att hans pojkdröm inte var omöjlig. Dåtiden finns kvar. I gengäld visste han att vägen till den var så svår att folk skulle tro att han var galen om han berättade om sin plan. I sin doktorsavhandling valde han att undersöka hur tid uppför sig i ett växande universum, men först långt senare i sin akademiska karriär vågade han dela med sig av sina hemliga tankar.
Cirkulerande ljus leder tillbaka i tiden
Idén till en tidsmaskin dök upp när Mallett minst väntade det. Smärtor i bröstet tvingade honom att sjukskriva sig i början på 1999 och mörka tankar på att dö i en hjärtattack som sin far kastade honom ut i en depression. En morgon, fortfarande iförd morgonrock och tofflor, gick han in i sitt hemmakontor och återfick plötsligt motivationen. Han började gå igenom teorier om tidsresor och kompletterade dem med sin egen forskning i svarta hål, som han hade lagt större delen av sin tid på som professor vid University of Connecticut.
De flesta fysiker är eniga om att alla svarta hål har spinn, det vill säga roterar runt sig själva. Nära centrum av det svarta hålet är rotationen så snabb att det enligt teorin kan ge slutna tidsringar, det vill säga ett område, där tiden bokstavligt talat går runt i en ring. En tur runt en sluten tidsring leder från dåtid till nutid och tillbaka igen där historien hela tiden upprepar sig själv. Den slutna tidsringen är en följd av en effekt som kallas ”frame dragging” och förutspåddes i fältekvationerna i den generella relativitetsteorin. Effekten uppstår runt alla objekt som har massa och som roterar runt sig själva. Rotationen böjer rumtiden runt objektet så att både rum och tid förvrängs. Det sker också runt jorden, men här är effekten så liten att den är svårt att mäta.
Mallet började fundera på om fenomenet inte nödvändigtvis krävde objekt med mycket stor massa. Det kunde kanske också framkallas av ljus. Ljuspartiklar, så kallade fotoner, har ingen massa utan bär energi. Enligt Einstein är massa och energi två sidor av samma mynt. Det framgår bland annat av hans berömda ekvation E = mc2, där E är energi, m är massa och c är ljusets hastighet. Om en koncentrerad ljusstråle skickas runt i en ring skulle den möjligtvis böja rumtiden runt sig på samma sätt som ett roterande svart hål och framkalla en sluten tidsring.
Mallett grubblade över hur teorin kunde bevisas i praktiken och här fick han nytta av erfarenheter från sitt första jobb på United Technologies, där han arbetade med laserteknik. Särskilt mindes han en konstruktion som kallades ringlaser, där en laserstråle skickas genom en halvgenomskinlig spegel och reflekteras vidare runt av tre andra speglar så att ljuset förs runt i en kvadrat. Kanske kunde den här konstruktionen användas för att bevisa effekten. Om man placerade en neutron mitt i kvadraten skulle frame dragging-effekten få den att röra sig runt i en cirkel när rumtiden virvlade runt den.
I ett par år därefter arbetade Mallett vidare med konceptet och testade andra sätt att dirigera ljuset, bland annat genom ljusledande kablar och kristaller. Samtidigt utvidgade han det teoretiska fundamentet från att vara en ljuscirkel till att vara en cylinder av ljus. Här gjorde han äntligen sitt riktiga genombrott. Hans beräkningar visade att om ljuset fördes runt i en cylinder skulle rumtiden i omgivningarna böjas så mycket att slutna tidsringar skulle uppstå. Längs cylinderns yta skulle ringarna bilda en spiral i form av en spiraltrappa tillbaka i tiden.
I en tidsmaskin med den här sammansättningen skulle det vara möjligt att kliva in längst upp och sedan röra sig ned genom spiralen och kliva ut vid en tidigare tidpunkt där man skulle se sig själv stå och vänta på att kliva in i spiralen. Ju fler turer man tog runt spiralen, desto längre tillbaka i tiden skulle man resa.
Malletts idéer får hård kritik
Malletts presentation av sina resultat för det fina sällskapet av fysiker på Howard University var nästan slut. Han avslutade sin teoretiska genomgång med en sista slide. Det var en bild från 1948 av hans familj på utflykt i Bronx i New York. Treårige Ronald Mallett
stod framför sin mor som satt på en bänk. Bredvid henne satt hans far och log brett. ”Min ursprungliga motivation för allt – att lära mig matematik och vetenskap, att komma in på universitetet, att bli fysiker – var drömmen om att en gång få träffa min far igen.”
Den efterföljande tystheten varade längre än Mallett hade trott. Men sedan kom applåderna, frågorna och kommentarerna. Den sista anmärkningen kom från hans förebild, professor Bryce DeWitt:
”Jag vet inte om du kommer att få se din far igen.” DeWitt såg Mallett i ögonen: ”Men jag är säker på att han skulle ha varit stolt över dig.”
Upplevelsen på Howard University 2002 rustade Mallett väl för den kritik som skeptiska kollegor sedan lagt fram av hans idéer och teorier. Generellt avvisar de inte att cirkulerande ljus kan skapa frame draggingeffekten som är kärnan i Malletts tidsmaskin, men om det går att utnyttja den är en helt annan fråga. 2004 gick de två fysikerna Ken Olum och Allen Everett igenom de beräkningar som Mallett presenterat och undersökte vad som praktiskt skulle behövas för att tidsmaskinen skulle fungera. De kom fram till att om maskinen ska producera slutna tidscirklar måste den antingen ha en diameter större än det synliga universum eller att maskinen fodras med en mängd energi som motsvarar energin i ett svart hål. Med andra ord: Malletts idé om en tidsmaskin är omöjlig att utföra i praktiken.
Mallett håller med om kritiken, men menar att den är missriktad eftersom den bygger på dagens teknik.
”Jag tror att problemen kan lösas med tillräckligt kreativa nya tekniska framsteg”, som han säger.
Tidsresenär förhindrar sin egen födelse
En annan och kanske ännu väsentligare utmaning för Malletts vision handlar om ett generellt problem för resor tillbaka i tiden. Den så kallade farfarsparadoxen
handlar om att om det är möjligt att resa tillbaka i kanadensiska fysiker Jacob Hauser och Barak Shoshany nyligen försökt lösa genom att räkna på en förenklad multiversummodell. Här föreställer de sig att alla händelser utspelas i samma universum, men att alla objekt har flera så kallade tidslinjer.
Som tidsresenär kan du lämna din tidslinje och komma till en annan där du har möjlighet att påverka händelserna. Om du på den andra tidslinjen avfyrar ett skott mot din farfar, men missar kommer du senare i den här tidslinjen att födas och höra din farfar berätta en dramatisk historia om en person som såg ut som en äldre version av dig själv och som försökte döda honom långt innan du föddes. Enligt de två fysikerna skulle antalet tidslinjer och händelser i denna modell inte nödvändigtvis bli oändligt.
Resor tillbaka i tiden har enorma teoretiska och praktiska problem, men Ronald Mallett tror fortfarande att de blir möjliga. Till en början vill han genomföra experimentet där en ringlaser böjer rumtiden och påverkar en neutron. Han hoppas kunna få ihop de 250 000 dollar det skulle kosta.
Han har dock gett upp hoppet om att få se sin far igen. Även om han lyckas bygga sin tidsmaskin skulle den vara för begränsad. Mallett menar själv att den inte skulle kunna användas för att resa längre tillbaka i tiden än till den tidpunkt då den skapades. Kanske är det en generell begränsning för alla upptänkliga tidsmaskiner. Det skulle då vara en bra förklaring på varför vi, så vitt vi vet, ännu inte har fått besök från framtiden.