מסע בזמן
מסע בזמן הוא תוצא (אפקט) פיזיקלי, המאופיין בשינוי קצב התקדמות הזמן.
הקדמה
מסע בזמן בקנה מידה קטן, בצורת התארכות זמן, כבר הודגם פעמים רבות במעבדה. אולם, ביצוע התארכות זמן משמעותית עבור בני אדם תתאפשר רק כאשר ניתן יהיה להגיע למהירות תנועה קרובה למהירות האור, או להתקרב לשדה כבידה חזק דיו כדוגמת השדה בקרבת חורים שחורים.
מסע בזמן דרך לולאה דמוית-זמן או חור תולעת הוא עדיין היפותטי, ויש הטוענים שהוא איננו אפשרי, בין השאר משום שהוא מאפשר מסע אחורה בזמן. מצד שני, להשערה כי מסע אחורה בזמן איננו אפשרי, הקרויה "השערת שמירת הכרונולוגיה", אין עדיין ראיות ניסיוניות או אפילו סיבות תאורטיות. למעשה, ההתנגדות היחידה לסוג כזה של מסע בזמן נובעת מהאפשרות שהוא יוביל לפרדוקסים אונטולוגיים, הקרויים "פרדוקסים של מסע בזמן". בעיות אלו לא מונעות ממסע בזמן, על גרסאותיו השונות, להופיע כמוטיב מרכזי בספרות המדע הבדיוני, ובסרטי הקולנוע של ז'אנר זה.
הפיזיקאי עמוס אורי זכה להתעניינות התקשורת הפופולרית לאחר שפרסם בשנת 2005 בעיתון המדעי Physical Review Letters מאמר שהציג לטענתו מודל ריאלי למסע בזמן.
התארכות זמן
התארכות זמן יחסותית
תורת היחסות הפרטית טוענת ששעונו של צופה הנע במהירות גבוהה מתקדם בקצב נמוך יחסית לצופה במנוחה. לתופעה זו קוראים התארכות זמן יחסותית, וניתן להדגים אותה בעזרת חלקיקים הקרויים מיואונים. זמן החיים הממוצע של מיואונים הוא 2.2 מיקרו-שניות, כלומר אם הם נעים במהירות קרובה מאוד למהירות האור אז המרחק הממוצע שהם יעברו עד להתפרקותם יהיה 660 מטר. אולם, מיואונים רבים שנוצרים באטמוספירה בגובה של עשרות קילומטרים, כתוצאה מפגיעת קרינה קוסמית באוויר, מגיעים עד פני כדור הארץ. אצל מיואונים אלו אשר נעים במהירות קרובה מאוד למהירות האור חלה התארכות זמן. תוצאה דומה מושגת בניסויי האצת מיואונים, והיא תיושם במאיצי חלקיקים עתידיים על מנת להגדיל את זמן החיים של המיואונים.
התארכות זמן יחסותית הופכת למסע בזמן כאשר הצופה הנע והצופה הנייח נפגשים. 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 בעזרת שעון אטומי שהוצב במטוס סילון אשר הקיף את כדור הארץ.
התארכות זמן כבידתית
על פי תורת היחסות הכללית, התארכות זמן כבידתית מתרחשת עבור גוף שנמצא בשדה כבידה חזק. כך למשל, עבור גוף שנמצא סמוך לאופק האירועים של חור שחור, הזמן חולף בקצב איטי יחסית לגוף רחוק מאופק האירועים. תאום שהתקרב לאופק אירועים של חור שחור מבלי לחצות אותו, וחזר לבסיס האם שלו, 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. אם הגוף נכנס פנימה לאופק האירועים, אז הוא חווה התארכות זמן נוספת ככל שהוא מתקרב לסינגולריות במרכז החור השחור, וכאשר הוא מגיע לסינגולריות עצמה אז הזמן בשעונו עוצר יחסית לכל צופה שהוא, הן בתוך החור השחור הן מחוצה לו. תופעה זו מובילה לפרדוקס, שהשערת הצנזורה הקוסמית אמורה להגן עלינו מפניו.
גם בשדה כבידה חלש מתרחשת התארכות זמן. ניתן לומר למשל שהזמן על פני כדור הארץ נע בקצב איטי מאשר הזמן בתחנת החלל הבינלאומית, ואפילו ניתן למדוד התארכות זמן על פני הקרקע יחסית לגג של גורד שחקים. התארכות זמן כזו נמדדה בניסוי בעזרת אפקט מוסבאואר, שמאפשר מדידה מדויקת של שינוי בקצב זרימת הזמן. ביישומים בהם נדרש דיוק גבוה במדידת הזמן, כמו למשל במערכת ה-GPS, יש לקחת את התארכות הזמן הכבידתית בחשבון.
לולאות דמויות-זמן
ערך מורחב – לולאת זמן
לולאה דמוית-זמן היא מסלול סגור במרחב-זמן, כלומר מסלול שבו נקודת המוצא ונקודת הסיום זהות. מסלול כזה אפשרי בתורת היחסות הכללית במקרים מיוחדים. קיומה של לולאה דמוית-זמן מצביע על אפשרות של מסע אחורה בזמן, משום שתנועה כזו מתחייבת במסלול סגור שבו נקודת ההתחלה ונקודת הסיום נמצאות בזמן זהה.
חורי תולעת
- ערך מורחב – חור תולעת
חור תולעת הוא מבנה המתואר על ידי מרחב-זמן מיוחד, שקיומו אפשרי מנקודת מבטה של תורת היחסות הכללית. בהיותו "מסדרון" המקשר בין נקודות שלולא קיומו היו רחוקות מאוד זו מזו, ניתן להתייחס לחור תולעת בתור "קיצור דרך" ביקום. על מנת שחור התולעת יהיה גוף יציב, עליו להיות בנוי מחומר בעל מסה שלילית. בהתאם לתורת הקוונטים חומר כזה יכול להתקיים, למשל בצורת חלקיקים וירטואליים, אך לא ברור אם חומר בעל מסה שלילית יכול להתקיים למשך זמן רב. כלומר, לא ברור אם חור תולעת יכול להיות מבנה יציב.
בהנחה שחור תולעת יציב יכול להתקיים, ניתן לבצע בעזרתו מסע אחורה בזמן. נניח שחור תולעת מחבר בין שני תאומים. אחד מהם, האסטרונאוט, יוצא למסע בחלל במהירות גבוהה וגורר פתח אחד של חור התולעת בחללית, ואילו אחיו המדען נשאר על פני כדור הארץ עם הפתח השני. חור התולעת יכול להיות קצר ביותר, ולצורך ההסבר ניתן אפילו להניח ששני האחים מחזיקים ידיים דרך חור התולעת לכל אורך המסע, כלומר הזמן בשני קצותיו של חור התולעת מסונכרן. כאשר האסטרונאוט חוזר לכדור הארץ, אז בהתאם לפרדוקס התאומים חלף בשעונו זמן קצר מאשר בשעונו של אחיו. כעת, המדען שנשאר על פני כדור הארץ, או כל אדם אחר שנשאר עמו, יכול לעבור דרך חור התולעת מהצד של האסטרונאוט אל הצד של המדען, שעדיין מחזיק את ידו של האסטרונאוט, ובכך לחזור אחורה בזמן.
לדוגמה, האסטרונאוט יצא למסע בשנת 2100 וחזר לבית אחיו, על פני כדור הארץ, כאשר בשעונו (של האסטרונאוט) השנה הייתה 2101. אולם, על פי פרדוקס התאומים, בשעונו של המדען חלף זמן רב יותר. נניח שעל פני כדור הארץ חלפו חמישים ואחת שנה ולכן בשעונו של המדען השנה היא כבר 2151. המדען, שנותר בביתו, יכול כעת להיכנס לחור התולעת הפתוח מהצד של האסטרונאוט וכך לחזור לכדור הארץ של שנת 2101, ולפגוש את עצמו צעיר יותר. בצורה זו הוא חוזר חמישים שנה אחורה בזמן. יש לשים לב שהמסע אחורה בזמן מוגבל לזמן בו יצא האסטרונאוט למסע, ולעולם לא ניתן לחזור לזמן שלפני בניית חור התולעת עצמו. כהמשך לאותה דוגמה, יכול אדם על פני כדור הארץ בשנת 2151, לחזור בזמן דרך חור התולעת הפתוח לכדור הארץ של שנת 2101 ולפגוש שם את סבו.
פרדוקסים של מסע בזמן
- ערך מורחב – פרדוקס של מסע בזמן
מסע אחורה בזמן, גם אם הוא אפשרי מבחינה פיזיקלית, עלול להביא למספר פרדוקסים אונטולוגיים, כלומר להצביע על חוסר ההבנה שלנו את העולם. כך למשל, לפי פרדוקס הסבא, המהווה את אחד הפרדוקסים של מסע בזמן, אדם נוסע לאחור בזמן והורג את סבו קודם שיפגוש את רעייתו, סבתו של הנוסע. כתוצאה מכך הוא לא אמור להיוולד, משמע הסבא לא יכול להירצח, שכן אין בעצם מי שיחזור בזמן ויעשה זאת. שתי הדרכים המקובלות להתמודד עם פרדוקסים אלו הן להניח שמסע אחורה בזמן איננו אפשרי ("השערת שמירת הכרונולוגיה"), או לחלופין להניח שמסע אחורה בזמן אפשרי והפרדוקסים יסתדרו בדרך שהיא מעבר ליכולת הבנתנו, או לפחות מעבר ליכולת הבנתנו הנוכחית.
אפשרות נוספת להתמודד עם פרדוקסים של מסע בזמן מתבססת על אחד הפירושים של תורת הקוונטים. על פי פירוש זה, הקרוי פירוש העולמות המרובים, מתרחשת התפצלות של ההיסטוריה בכל רגע שמתרחש אירוע קוונטי. ההתפצלות מוכתבת לפי פונקציית הגל באותו רגע. בהקשר של מסע אחורה בזמן, מושגת כאן דרך להימנע מפרדוקסים. כך למשל, ייתכן שאותו אדם שחוזר אחורה בזמן והורג את סבו, ממשיך בהיסטוריה אחרת, ולא בהיסטוריה שבה הוא נכנס למכונת הזמן. ההיסטוריה החדשה שלו מתרחשת במקביל להיסטוריה המקורית שממנה הוא יצא, כלומר היא מצויה בעולם מקביל.
מצב המחקר הנוכחי בכלל, וחוסר קיומה של תורת כבידה קוונטית בפרט, מונעים מאיתנו בשלב זה להתמודד עם השאלה המסקרנת לגבי האפשרות לנוע אחורה בזמן, ולהכריע לגבי קיומו או אי קיומו של חץ זמן מקרוסקופי מוגדר.
ראו גם
- תורת היחסות הכללית
- תורת היחסות הפרטית
- חור שחור
- חור תולעת
- השערת הצנזורה הקוסמית
- פרדוקס של מסע בזמן
- קפיצת הדרך
- סרטי מסע בזמן בעלי ערך בוויקיפדיה
- קפסולת זמן
- קיפ תורן
לקריאה נוספת
- הנרי אונגר, קולנוע ופילוסופיה, הוצאת דביר, 1991, סעיף יג: "טיול פילוסופי במכונת זמן", עמ' 128–138.
קישורים חיצוניים
- הזמן במבט מהצד, באתר "הידען"
- דורון פישלר, מ"בחזרה לעתיד" ועד "לופר": איך צריך להבין את סרטי המסע בזמן?, באתר וואלה!, 27 בספטמבר 2012
- עמי בן בסט, מועדון הנוסעים בזמן, פורסם בכתב העת אלכסון, 7 במאי 2013
- גליליאו צעיר, להדק חגורות, ממריאים לעתיד…, באתר "הידען", 29 באוקטובר 2016
בחזרה לעתיד - האם זה אפשרי?, סרטון באתר יוטיוב- אסף קוזין, מדע בין כוכבים: מסע בזמן אל העתיד, באתר ynet, 25 במרץ 2017
- בזכות המתמטיקה: חוקרים הוכיחו היתכנות של מסע בזמן, באתר ynet, 30 באפריל 2017
- מסע בזמן: הפיזיקה של הבלתי אפשרי?, באתר ynet, 28 ביוני 2010