Η ικανότητα να ταξιδεύουμε στο χρόνο συνέπαιρνε ανέκαθεν ως ενδεχόμενο συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας και φυσικούς. Και φυσικά το απλό κοινό.

Είναι λοιπόν πραγματικά δυνατό να ταξιδέψουμε στο παρελθόν και στο μέλλον;

Ο Doctor Who είναι αναμφισβήτητα μία από τις πιο διάσημες ιστορίες για το ταξίδι στο χρόνο. Παράλληλα με το Time Machine και το Back to the Future, έχει εξερευνήσει τους πειρασμούς και τα παράδοξα της επίσκεψης στο παρελθόν και του ταξιδιού στο μέλλον.

Στη διάσημη σειρά, ο γιατρός ταξιδεύει στο χρόνο με το Tardis: ένα προηγμένο σκάφος που μπορεί να πάει οπουδήποτε στο χρόνο και στο χώρο. Ως γνωστόν, το Tardis αψηφά την κατανόησή μας για τον φυσικό χώρο: είναι μεγαλύτερο στο εσωτερικό από ό,τι φαίνεται στο εξωτερικό.

Το BBC για να τιμήσει τα 60 χρόνια του Doctor Who, διερεύνησε τα μεγάλα ερωτήματα σχετικά με το χρόνο, συμπεριλαμβανομένης της επιστήμης του ταξιδιού στο χρόνο, του τρόπου με τον οποίο τα ρολόγια έχουν διαμορφώσει την ανθρωπότητα και ακόμη και τις συγκλονιστικές χρονικές συνέπειες της πτήσης σε μια μαύρη τρύπα.

Ενώ το ταξίδι στο χρόνο είναι θεμελιώδες για τον Doctor Who, η σειρά δεν προσπαθεί ποτέ να γειώσει τις ικανότητες των Tardis σε οτιδήποτε μοιάζει με τη φυσική του πραγματικού κόσμου. Θα ήταν παράξενο να παραπονεθούμε για αυτό:

Τι γίνεται όμως στον πραγματικό κόσμο; Θα μπορούσαμε ποτέ να φτιάξουμε μια μηχανή του χρόνου και να ταξιδέψουμε στο μακρινό παρελθόν ή να δούμε τα δισέγγονά μας;

Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση απαιτεί να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί πραγματικά ο χρόνος, κάτι για το οποίο οι φυσικοί δεν είναι καθόλου σίγουροι.

Μέχρι στιγμής, αναφέρει το BBC Future, αυτό που μπορούμε να πούμε με σιγουριά είναι ότι το ταξίδι στο μέλλον είναι εφικτό, αλλά το ταξίδι στο παρελθόν είναι είτε εξαιρετικά δύσκολο είτε απολύτως αδύνατο.

Ο ρόλος του Αϊνστάιν

Η αρχή πρέπει να γίνει με τη θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, η οποία ξαθορίζει μια περιγραφή του χώρου, του χρόνου, της μάζας και της βαρύτητας. Ένα βασικό αποτέλεσμα της σχετικότητας είναι ότι η ροή του χρόνου δεν είναι σταθερή. Ο χρόνος μπορεί να επιταχυνθεί ή να επιβραδυνθεί, ανάλογα με τις περιστάσεις.

«Εδώ μπορεί να έρθει το ταξίδι στο χρόνο και είναι επιστημονικά ακριβές και υπάρχουν επιπτώσεις στον πραγματικό κόσμο από αυτό», λέει η Emma Osborne, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του York.

Για παράδειγμα, ο χρόνος περνά πιο αργά αν ταξιδεύει κάποιος με ταχύτητα, αν και πρέπει να αρχίζει να πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός για να είναι σημαντικό το αποτέλεσμα.

Αυτό προκαλεί το δίδυμο παράδοξο, στο οποίο ένα από τα δύο πανομοιότυπα δίδυμα γίνεται αστροναύτης και συρρέει στο διάστημα με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ενώ το άλλο μένει στη Γη. Ο αστροναύτης θα γεράσει πιο αργά από το γήινο δίδυμό του. «Αν ταξιδέψετε και επιστρέψετε, είστε πραγματικά νεότεροι από τον δίδυμο αδερφό», λέει ο Vlatko Vedral, κβαντικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Οι δίδυμοι Scott και Mark Kelly το έκαναν πραγματικά όταν ο Scott πέρασε μήνες στο διάστημα, αν και όχι με ταχύτητες κοντά σε αυτή του φωτός.

Ομοίως, ο χρόνος περνάει πιο αργά εάν βρίσκεται κάποιος σε ένα έντονο βαρυτικό πεδίο, όπως μια μαύρη τρύπα. «Το κεφάλι σου γερνάει πιο γρήγορα από τα πόδια σου, γιατί η βαρύτητα της Γης είναι ισχυρότερη στα πόδια σου», λέει η Osborne.

Ο Doctor Who το χρησιμοποίησε ως διάταξη για το φινάλε της 10ης σεζόν World Enough and Time, όπου ο Δωδέκατος Γιατρός και οι φίλοι του είναι παγιδευμένοι σε ένα διαστημόπλοιο κοντά σε μια μαύρη τρύπα. Στο μπροστινό μέρος του σκάφους, πιο κοντά στη μαύρη τρύπα, ο χρόνος περνάει πιο αργά από ό,τι στο πίσω μέρος.

Αυτό σημαίνει ότι η μικρή ομάδα Cybermen στο πίσω μέρος του σκάφους είναι σε θέση να εξελιχθεί σε έναν τεράστιο στρατό σε λίγα λεπτά. Αυτή η επίδραση της βαρύτητας στο χρόνο εμφανίζεται επίσης στην πλοκή της ταινίας Interstellar.

Στην καθημερινή μας ζωή, αυτές οι σχετικιστικές επιδράσεις είναι πολύ μικροσκοπικές για να γίνουν αντιληπτές. Αλλά επηρεάζουν τους δορυφόρους που χρησιμοποιούμε για το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS). «Τα ρολόγια πάνω κάνουν κλικ πιο γρήγορα από τα ρολόγια στη Γη», και πρέπει να αναπροσαρμόζονται συνεχώς, λέει η Osborne. «Αν δεν το κάναμε, οι Χάρτες Google θα έκαναν λάθος περίπου 10 χιλιόμετρα την ημέρα».

Το «σχετικό» ταξίδι στο μέλλον

Η σχετικότητα σημαίνει ότι είναι δυνατό να ταξιδέψουμε στο μέλλον. Δεν χρειαζόμαστε καν χρονομηχανή.

Πρέπει είτε να ταξιδεύουμε με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, είτε να περνάμε χρόνο σε ένα έντονο βαρυτικό πεδίο. Στη σχετικότητα, αυτές οι δύο πράξεις είναι ουσιαστικά ισοδύναμες. Είτε έτσι είτε αλλιώς, θα βιώσει κάποιος ένα σχετικά σύντομο υποκειμενικό χρόνο, ενώ περνούν δεκαετίες ή αιώνες στο υπόλοιπο Σύμπαν.

Αντίθετα, το να πηγαίνεις πίσω στο χρόνο φαίνεται πολύ, πολύ πιο δύσκολο.

«Μπορεί να είναι ή να μην είναι δυνατό», λέει ο Barak Shoshany, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Brock στο St Catharines του Καναδά. «Αυτό που έχουμε αυτή τη στιγμή είναι απλώς ανεπαρκής γνώση, πιθανώς ανεπαρκείς θεωρίες».

Θεωρητικά, είναι δυνατό ο χωροχρόνος να διπλωθεί σαν ένα κομμάτι χαρτί, επιτρέποντας τη διάτρηση μιας σήραγγας. Η σχετικότητα προσφέρει μερικές επιλογές για ταξίδια προς τα πίσω στο χρόνο, αλλά αυτή τη φορά είναι πολύ πιο θεωρητικά.

«Οι άνθρωποι δένουν τους εαυτούς τους σε κόμπους προσπαθώντας να βρουν τρόπους να αναδιατάξουν τον χωροχρόνο για να κάνουν δυνατό ταξίδι στο χρόνο στο παρελθόν», λέει η Katie Mack, θεωρητική Κοσμολόγος στο Perimeter Institute for Theoretical Physics στο Waterloo του Καναδά.

Ένας τρόπος είναι να δημιουργήσουν μία κλειστή καμπύλη που μοιάζει με χρόνο: μία διαδρομή μέσα στο χώρο και το χρόνο που γυρίζει πίσω στον εαυτό της. Ένα άτομο που ακολούθησε το μονοπάτι θα βρισκόταν τελικά στον ίδιο χρόνο και στο ίδιο μέρος όπου ξεκίνησε. Μία μαθηματική περιγραφή ενός τέτοιου μονοπατιού δημοσιεύτηκε από τον λογικό Kurt Gödel σε μια μελέτη του 1949, και πολλοί άλλοι ακολούθησαν.

Ωστόσο, αυτή δεν μοιάζει με πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για διάφορους λόγους.

«Δεν ξέρουμε αν αυτό υπάρχει πουθενά στο Σύμπαν", λέει ο Vedral. «Αυτό είναι πραγματικά καθαρά θεωρητικό, δεν υπάρχουν στοιχεία».

Επίσης δεν είναι καθόλου προφανές πώς θα μπορούσε ο άνθρωπος να κάνει κάτι τέτοιο. «Ακόμα κι αν είχαμε πολύ μεγαλύτερες τεχνολογικές δυνάμεις από ό,τι σήμερα, φαίνεται απίθανο να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε κλειστές καμπύλες που μοιάζουν με το χρόνο» λέει η Emily Adlam, φιλόσοφος στο Πανεπιστήμιο Chapman στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ.

Ακόμα κι αν μπορούσαμε, προσθέτει ο δρ. Vedral, δεν θα το θέλαμε. «Κυριολεκτικά θα επαναλαμβάνατε ακριβώς το ίδιο πράγμα ξανά και ξανά», λέει.

Το παράδειγμα του Dr. Who και η πραγματική φυσική

Ο Doctor Who χρησιμοποίησε παρόμοια ρύθμιση στο κλασικό επεισόδιο Heaven Sent, στο οποίο ο γιατρός ζει τις ίδιες λίγες ώρες ξανά και ξανά για δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, αυτό δεν περιελάμβανε μια κλειστή καμπύλη που μοιάζει με χρόνο, αλλά μάλλον επαναλαμβανόμενη χρήση τηλεμεταφορέα.

Με παρόμοιο τρόπο, σε μια μελέτη του 1991, ο φυσικός Richard Gott παρουσίασε μια μαθηματική περιγραφή ενός άγριου σεναρίου στο οποίο δύο «κοσμικές χορδές» κινούνταν η μία δίπλα στην άλλη σε αντίθετες κατευθύνσεις. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, αυτό θα δημιουργούσε κλειστές χρονικές καμπύλες που περιστρέφονται γύρω από τις χορδές.

Αυτό ακούγεται βολικό, αλλά πού μπορούμε να βρούμε ένα ζευγάρι κοσμικές χορδές;

Είναι υποθετικά φαινόμενα που μπορεί να έχουν σχηματιστεί στο πολύ πρώιμο Σύμπαν, σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες. Δεν έχει εντοπιστεί ποτέ κανένα. «Δεν έχουμε κανένα λόγο να πιστεύουμε ότι υπάρχουν κοσμικές χορδές», λέει ο Μακ.

Ακόμα κι αν υπάρχουν, θα ήταν απίστευτη τύχη να βρεις δύο να κινούνται τακτοποιημένα παράλληλα. «Δεν έχουμε κανένα λόγο να πιστεύουμε ότι αυτό θα συμβεί».

Η σκουληκότρυπα

Υπάρχει ένα άλλο φαινόμενο που φαινομενικά επιτρέπεται από τη σχετικότητα: οι σκουληκότρυπες. Θεωρητικά, είναι δυνατό ο χωροχρόνος να διπλωθεί σαν ένα κομμάτι χαρτί, επιτρέποντας τη διάτρηση μιας σήραγγας για να δημιουργηθεί μια συντόμευση μεταξύ δύο ευρέως διαχωρισμένων σημείων. «Οι σκουληκότρυπες είναι θεωρητικά πιθανές στη γενική σχετικότητα», λέει ο Vedral.

Ωστόσο, και πάλι, τα προβλήματα αυξάνονται γρήγορα. Πρώτον, δεν έχουμε αποδείξεις ότι οι σκουληκότρυπες υπάρχουν στην πραγματικότητα. «Έχει αποδειχθεί μαθηματικά ότι μπορούν να υπάρχουν, αλλά το αν υπάρχουν φυσικά είναι κάτι άλλο», λέει η Osborne.

Επιπλέον, αν υπάρχουν σκουληκότρυπες, θα είναι απίστευτα βραχύβιες. «Συχνά οι σκουληκότρυπες περιγράφονται ως δύο μαύρες τρύπες που έχουν ενωθεί μεταξύ τους», λέει η Osborne. Αυτό σημαίνει ότι μια σκουληκότρυπα θα έχει ένα απίστευτα έντονο βαρυτικό πεδίο. «Θα κατέρρεε υπό τη δική του βαρύτητα».

Οι πραγματικές σκουληκότρυπες θα ήταν επίσης μικροσκοπικά... μικροσκοπικές. Δε θα μπορούσε να χωρέσει ούτε ένα άτομο, ούτε καν ένα βακτήριο.

Θεωρητικά, και τα δύο αυτά προβλήματα μπορούν να λυθούν, αλλά αυτό απαιτεί μια τεράστια ποσότητα από κάτι που ονομάζεται «αρνητική ενέργεια».

Αυτό είναι κάτι που μπορεί να συμβεί στην απόλυτη μικρότερη κλίμακα, σε χώρους μικρότερους από τα άτομα. Ένα ενεργειακό πεδίο πρέπει να έχει μια συνολική θετική ενέργεια, αλλά μπορεί να υπάρχουν μικροσκοπικοί θύλακες αρνητικής ενέργειας μέσα του, εξηγεί η δρ. Osborne. «Αυτό που θα θέλατε είναι να διευρυνθούν αυτοί οι μικροσκοπικοί θύλακες τοπικά αρνητικής ενέργειας», λέει. «Δεν νομίζω ότι αυτό είναι εφικτό με κανέναν τρόπο».

Ο δρ. Vedral το συνοψίζει: «Δεν ακούγεται πολύ ρεαλιστική πρόταση».