Biblioteka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Biblioteka > Fizyka > Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina  



[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
Sygnały z przyszłości

W 1941 roku John Wheeler, fizyk z Princeton, zyskał ucznia, Richarda Feynmana, błyskotliwego młodego fizyka z Nowego Jorku. Feynman, człowiek o barwnej osobowości i przebłyskach geniuszu, stał się jednym z najlepiej znanych i najbardziej cenionych amerykańskich naukowców. Muszę wyznać, że zawsze bawiła mnie myśl o współpracy tych dwóch Amerykanów, tak różnych jak woda i ogień. Wheeler był człowiekiem wytwornym, patrycjuszowskim, o eleganckich manierach i nienagannie grzecznym. Jeden z kolegów stwierdził, że jest to doskonały dżentelmen, w którego wnętrzu znajduje się doskonały dżentelmen. Z kolei Feynman znany był ze swej zuchwałości, lekceważącego podejścia do innych, zainteresowania kobietami, skłonności do robienia kawałów i gry na bębenkach bongo.

Choć tak różni, Wheeler i Feynman tworzyli świetny zespół i przez wiele lat owocnie i przyjaźnie współpracowali ze sobą. Podczas drugiej wojny światowej, zanim obaj fizycy zostali przydzieleni do projektu Manhattan, mającego na celu budowę bomby atomowej, postanowili zająć się naturą czasu i zachowaniem fal elektromagnetycznych. Wheeler chciał wiedzieć, co by było, gdyby przedwczesne fale elektromagnetyczne powstawały na równi z opóźnionymi. Oznaczałoby to między innymi, że nadajnik radiowy wysyłałby połowę z wytwarzanych fal w przeszłość, a połowę w przyszłość. Wydawało się to niezbyt sensownym i bezcelowym zadaniem.

Jednak w nauce pomysł naprawdę dobry, który ma później zatriumfować, często najpierw wydaje się szalony. Albo któryś z nich, albo obaj znali odpowiedź z góry, inaczej mogli stracić dużo czasu na pokonanie trudności obliczeniowych. Otrzymany wynik jest jednak dla większości ludzi zupełną niespodzianką: okazuje się, że fale przedwczesne całkowicie znikają! Oto wyjaśnienie. Gdy fale opóźnione z danego źródła na Ziemi rozchodzą się we Wszechświecie, są stopniowo absorbowane przez napotkaną materię. Podczas pochłaniania zaburzony zostaje układ ładunków elektrycznych, w wyniku czego te oddalone ładunki emitują wtórne promieniowanie elektromagnetyczne. Również to promieniowanie jest w połowie przedwczesne, a w połowie opóźnione, zgodnie z przyjętym założeniem. Jego składowe przedwczesne podróżują wstecz w czasie, a część z nich dociera do pierwotnego źródła na Ziemi. Oczywiście, takie fale wtórne są zaledwie nikłym echem fal pierwotnych, jednak miriady takich fal w całym Wszechświecie mogą razem, po zsumowaniu, dawać znaczący efekt. Wheeler i Feynman dowiedli, że w pewnych warunkach przedwczesne promieniowanie wtórne może powodować podwojenie natężenia opóźnionej pierwotnej fali elektromagnetycznej, dzięki czemu promieniowanie odzyskuje pełną moc, eliminując zarazem fale przedwczesne pierwotnego źródła przez interferencję destruktywną. Ostatecznie, gdy zsumowane zostaną wszystkie fale i ich echa, zarówno te poruszające się w przód, jak i w tył w czasie, okazuje się, że rezultat wygląda jak czyste promieniowanie opóźnione. Czy to właśnie jest wytłumaczeniem istnienia strzałki czasu w zachowaniu fal elektromagnetycznych?

Aby oryginalne rozumowanie Wheelera i Feynmana było poprawne, we Wszechświecie musi znajdować się ilość materii wystarczająca do zaabsorbowania całego promieniowania emitowanego w przestrzeń kosmiczną. Innymi słowy, Wszechświat musi być nieprzezroczysty dla fal elektromagnetycznych. Jest to bardzo surowy wymóg. Na pierwszy rzut oka Wszechświat wydaje się zupełnie przezroczysty dla wielu długości fali. W przeciwnym razie nie bylibyśmy w stanie zobaczyć odległych galaktyk. Z drugiej jednak strony, nie ma żadnych ograniczeń dotyczących procesów absorpcji, ponieważ echa przedwczesne (poruszające się w tył w czasie) mogą podróżować wstecz w czasie i przestrzeni zarówno z bardzo odległej, jak i bardzo bliskiej przyszłości. Zatem sukces teorii zależy od tego, czy wyemitowane promieniowanie elektromagnetyczne zostanie w końcu zaabsorbowane gdzieś w kosmosie, może wiele eonów potem.

Nie wiemy, czy istotnie tak będzie, ponieważ nie potrafimy przepowiedzieć przyszłości. Możemy jednak ekstrapolować obecne trendy we Wszechświecie i na podstawie posiadanej wiedzy spróbować odgadnąć. Okazuje się, że wynik jest negatywny - czyli Wszechświat nie jest całkowicie nieprzezroczysty. Wydaje się, że to dyskwalifikuje pomysł Wheelera i Feynmana, niemniej pozostaje jeszcze bardziej intrygująca możliwość. Przypuśćmy, że we Wszechświecie jest dość materii, by zaabsorbować większość promieniowania, chociaż nie całe. Zgodnie z propozycją Wheelera i Feynmana, prowadziłoby to do niecałkowitej eliminacji fal przedwczesnych. Czy to możliwe, by istniały pewne fale przedwczesne podróżujące w przeszłość - lub też nadchodzące z przyszłości - tak słabe, że dotąd ich nie zaobserwowaliśmy?

W 1972 roku amerykański astrofizyk Bruce Partridge wybrał się na szczyt góry, aby sprawdzić tę romantyczną hipotezę. Wziął ze sobą nadajnik mikrofal z dużą anteną w kształcie stożka. Podczas bezchmurnych nocy w sierpniu i wrześniu kierował antenę w stronę nieba, starannie unikając Drogi Mlecznej, i włączał nadawanie. Antena wysyłała prosto w przestrzeń kosmiczną fale elektromagnetyczne o częstości 9,7 gigaherca, w zwartych impulsach o długości jednej milisekundy. W przerwach między impulsami cała emitowana moc kierowana była na "ślepy" absorber dołączony do aparatury. Układ był tak zaprojektowany, że zatrzymywał się tysiąc razy w ciągu sekundy między emitowaniem fal radiowych w kosmos - które może zostaną zaabsorbowane po upływie bilionów lat - a wysyłaniem fal na absorber, gdzie czeka je natychmiastowa i pewna absorpcja. Partridge dokładnie obserwował pobór mocy, zwracając uwagę, czy nie było żadnych milisekundowych odchyleń. Następnie powtórzył tę procedurę, ustawiając duży absorpcyjny ekran na stałe przed anteną, i przekonał się, że nie ma żadnej różnicy w zachowaniu się układu.

Eksperyment ten opierał się na następującej teorii: jeśli jakiekolwiek mikrofale są wysyłane w przeszłość, to z punktu widzenia "przesuniętego w przód w czasie" oznaczałoby to, że energia elektromagnetyczna wpływa do anteny, a nie z niej wypływa. W rezultacie wpływałaby ona do urządzenia, nieco kompensując wydatki energii związane z emisją zwykłych opóźnionych mikrofal. Jeśli tak by się działo, występowałaby niewielka różnica w poborze mocy pomiędzy okresem, gdy antena promieniowała w przestrzeń kosmiczną, a okresem, kiedy promieniowanie pochłaniane było całkowicie przez absorber. Niestety, Partridge nie zaobserwował żadnych milisekundowych odchyleń w poborze mocy, z dokładnością do jednej miliardowej. Oczywiście, transmisja przedwczesnych fal radiowych, jeśli w ogóle ma miejsce, jest nadzwyczaj słaba. Partridge oszacował, że tylko 3% mocy zostanie pochłonięte przez atmosferę, a mniej niż 1% przez galaktyki: reszta trafi w bezkresne puste przestrzenie międzygalaktyczne. To, czy fale te zostaną w końcu zaabsorbowane, zależy od sytuacji panującej w odległej przyszłości Wszechświata - nawet od jego ostatecznego losu - a na ten temat snuć możemy jedynie hipotezy. Może się okazać, że Wszechświat jednak skutecznie pochłania mikrofale, a teoria Wheelera i Feynmana jest poprawna. Niewykluczone też jednak, że jest ona błędna, a 100% emitowanych fal to fale opóźnione. W każdym razie doświadczenie Partridge'a oraz udoskonalona jego wersja, którą przeprowadził parę lat później Riley Newman, stanowią jedyne w historii nauki przykłady eksperymentów kosmologicznych (w przeciwieństwie do pasywnych obserwacji).

Zupełnie inną propozycję poszukiwań fal przedwczesnych przedstawił w 1969 roku Paul Csonka, fizyk z Oregonu. Jego eksperyment dotyczył bardziej neutrin niż fal elektromagnetycznych. Rozumowanie jest takie, że obiekty fizyczne rozpoznają ukierunkowanie czasu przez oddziaływanie ze światem, więc obiekty nieznacznie oddziałujące z materią mogłyby mieć słabsze "poczucie" czasu. Neutrina natomiast tak niesłychanie delikatnie kontaktują się ze zwykłą materią, że w końcu - według Csonki - zupełnie "tracą rozeznanie w czasie". Aby zobrazować, jak małe jest to oddziaływanie, wystarczy powiedzieć, że typowe neutrino pochodzące ze Słońca (które jest największym ich źródłem w okolicy) w tak nieznacznym stopniu odczuwa wpływ materii we Wszechświecie, że najprawdopodobniej przebędzie milion bilionów bilionów lat świetlnych, zanim zostanie rozproszone lub pochłonięte. Zatem dla tych cząstek Wszechświat materialny jest prawie całkowicie niewidzialny. Być może więc neutrina "nie wiedzą", w którym kierunku płynie czas w świecie zewnętrznym, i czasami "robią rzeczy na opak". Tak przynajmniej przypuszczał Csonka. Zaproponował on, by przyjrzeć się z bliska wiązce pionów, które rozpadają się między innymi na neutrina. Jeśli uczony ma rację, to wiązka pionów powinna nie tylko wytwarzać wiązkę neutrin, lecz także "przyciągać" wiązkę pewnych widmowych neutrin, składającą się z cząstek "z przeszłości", przybywających akurat na czas rozpadu pionów (odpowiednik przedwczesnego promieniowania Wheelera i Feynmana wśród neutrin). Csonka spekulował, że być może uda się wykryć takie widmowe neutrina. Niestety, tak się składa, że wykrycie jakichkolwiek neutrin, widmowych czy innych, stanowi poważne wyzwanie właśnie ze względu na wątłość ich oddziaływania z materią. Do dziś nikt pomysłu Csonki nie zweryfikował.

Według pisarza Paula Nahina, sam Einstein przejściowo zainteresował się teorią Wheelera i Feynmana po seminarium na jej temat, które odbyło się na Uniwersytecie w Princeton. Zauważył, że podstawowa idea była od lat rozważana i, aby tego dowieść, odkopał pracę niemieckiego fizyka Hugo Tetrodego, opublikowaną w 1922 roku. Co dowodzi jedynie tego, że nie ma nic nowego pod Słońcem, nawet jeśli chodzi o czas.

[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach