Ένα βαρύ αντικείμενο, όπως ο Ήλιος προκαλεί καμπύλωση του χωρόχρονου.

Επειδή είναι δύσκολο να φανταστούμε τέσσερις διαστάσεις, οι φυσικοί συνήθως συνιστούν να σκεφτόμαστε το χωρόχρονο σαν ένα τεντωμένο, επίπεδο, ελαστικό φύλλο. Αν δεν υπάρχουν μεγάλες μάζες στην περιοχή, το φύλλο αυτό παραμένει επίπεδο, και κάθε σώμα που τοποθετείται πάνω σ΄ αυτό θα κινείται σε ευθεία γραμμή. Αλλά μια μεγάλη μάζα όπως π.χ ο Ήλιος, δημιουργεί μια λακκούβα στο φύλλο αυτό γιατί στην πραγματικότητα καμπυλώνει τον χωρόχρονο. Κάθε άλλο αντικείμενο με μικρότερη μάζα, όπως π.χ η Γη, που κινείται στο χωρόχρονο κυλάει μέσα στην λακκούβα καθώς κινείται προς την περιοχή του Ήλιου. Κατ΄ αυτόν τον τρόπο μας δίνει την εντύπωση ότι έλκεται από την μεγάλη μάζα του Ήλιου. Αυτό το φαινόμενο της καμπύλωσης του χωροχρόνου είναι που γεννά τη βαρύτητα.

Το φως από ένα μακρινό αστέρι καμπυλώνει γύρω από εμπόδια στον χωρόχρονο.

Το Σύμπαν είναι γεμάτο από αντικείμενα μεγάλης μάζας που ασκούν βαρυτικές έλξεις. Τα αντικείμενα αυτά δηλαδή κάνουν το χωροχρόνο να μην είναι παντού τελείως επίπεδος αλλά καμπυλωμένος. Κάθε τι συμπεριλαμβανομένου του φωτός, αναγκάζεται να ακολουθεί καμπυλωμένες τροχιές στον χωροχρόνο. Γνωρίζουμε ότι ο Einstein είχε δίκιο για την καμπύλωση του χωροχρόνου, διότι οι αστρονόμοι μερικές φορές παρατηρούν μακρινά αστέρια που θα έπρεπε να κρύβονται από κοντινότερα αντικείμενα όπως ο Ήλιος, μια και βρίσκονται στην ευθεία πίσω τους. Αντί όμως να ταξιδεύει το φως του μακρινού άστρου στην ευθεία και να εμποδίζεται από το αντικείμενο που βρίσκεται μπροστά του, καμπυλώνεται η τροχιά του γύρω από το εμπόδιο και φτάνει στον παρατηρητή.

Όταν ένα άστρο φτάνει στο τέλος της ζωής του, μπορεί να καταρρεύσει προς το εσωτερικό του υπό την επίδραση της βαρύτητάς του σε τέτοιο βαθμό, ώστε όλη του η μάζα να είναι συγκεντρωμένη σε μια εξαιρετικά μικρή περιοχή με μια εξαιρετικά μεγάλη πυκνότητα. Λέμε τότε ότι έχουμε μια μαύρη τρύπα. Οι μαύρες τρύπες ασκούν μια τεράστια ελκτική βαρυτική δύναμη στα άλλα αντικείμενα γύρω τους, ώστε τίποτε δεν μπορεί να διαφύγει από αυτές ούτε ακόμη και το φως. Δεν μπορούμε λοιπόν να τις δούμε, αλλά ωστόσο έχουμε άλλες ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξή τους. Παρατηρούμε λόγου χάριν άλλα άστρα στην περιοχή που συμπεριφέρονται κατά τρόπο ο οποίος μαρτυρεί την έντονη έλξη αυτών των άστρων από ένα κοντινό αόρατο αντικείμενο με τεράστια μάζα.

Τι ακριβώς προκαλεί όμως μια μαύρη τρύπα στο χωροχρόνο; Η Σχετικότητα προβλέπει ότι το κέντρο μιας μαύρης τρύπας είναι ένα σημείο άπειρης πυκνότητας (μια χωροχρονική ανωμαλία) όπου οι συνηθισμένοι νόμοι της Φυσικής δεν ισχύουν πλέον. Ο χρόνος, ο χώρος, η ύλη και η ενέργεια δεν έχουν στην περιοχή μιας ανωμαλίας καλά καθορισμένο νόημα. Οι εξισώσεις του Einstein δείχνουν ότι μια τέτοια ανωμαλία δεν προκαλεί απλά μια λακκούβα στο φανταστικό επίπεδο φύλλο του χωροχρόνου, αλλά δημιουργεί ένα τούνελ που τρυπάει το επίπεδο φύλλο και στιγμιαία μας συνδέει με την άλλη του πλευρά.

Που βρίσκεται η άλλη του πλευρά; Μπορεί να βρίσκεται κάπου αλλού στο χωροχρόνο, είτε στο παρελθόν είτε στο μέλλον ή ακόμη να βρίσκεται και σε ένα άλλο Σύμπαν. Υποτίθεται ότι στα μυθιστορήματα οι “Κυρίαρχοι του Χρόνου” είναι εκείνοι που πρώτοι κατάφεραν να τιθασεύσουν τη δύναμη των μαύρων οπών για να αρχίσουν τα πειράματά τους με το ταξίδι στο χρόνο. Αν μπορούσατε να περάσετε ένα διαστημόπλοιο μέσα από ένα τέτοιο τούνελ ή αλλιώς σκουληκότρυπα όπως λέγεται, θα είχατε ανακαλύψει το μυστικό των ταξιδιών στο χρόνο. Κάτι τέτοιο είναι φυσικά αδύνατο με την παρούσα τεχνολογία αλλά στο μέλλον ποιος ξέρει;

Μίνι σκουληκότρυπες

Οι εξισώσεις του Einstein περιγράφουν ένα χωροχρόνο που είναι τελείως λείος και ομαλός σαν το ελαστικό φύλλο που αναφέραμε. Η θεωρία του της Σχετικότητας αναφέρεται μόνο στη φυσική των φαινομένων σε μεγάλη κλίμακα. Δεν μπορεί να απαντήσει σε ζητήματα όπως: τι συμβαίνει στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, ή τι συνέβη τη στιγμή της μεγάλης έκρηξης κατά τη γέννηση του Σύμπαντος όταν ο ίδιος ο χωροχρόνος ήταν απειροστά μικρός. Η μελέτη τέτοιων φαινομένων μας φέρνει ξανά στον κόσμο της κβαντομηχανικής.

Αν μπορούσατε να δείτε τον χωροχρόνο μέσα από ένα μεγεθυντικό φακό τόσο ισχυρό που να έφθανε μέχρι την κβαντική κλίμακα, δεν θα βλέπατε το ομαλό και λείο φύλλο του χωροχρόνου όπως το αντιλαμβανόταν ο Einstein. Ακριβώς όπως μια μπάλα από αφρώδες ελαστικό μοιάζει λεία από απόσταση, αλλά μοιάζει ανώμαλη και τραχιά από κοντά. Σ΄ αυτή την εικόνα του χωροχρόνου είναι πολύ πιθανόν ότι μικρές τρύπες μπορούν ν΄ ανοίξουν, οι οποίες είναι είσοδοι σε μικροσκοπικά τούνελ μεταξύ του τώρα και άλλων χρόνων είτε μεταξύ του εδώ και άλλων περιοχών του Σύμπαντος ή ακόμη και άλλων Συμπάντων. Μια άλλη επιλογή που θα είχαν οι μελλοντικοί χρονοταξιδιώτες θα ήταν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις μικροσκοπικές σκουληκότρυπες και να τις διευρύνουν.

Πολλοί κόσμοι, πολλά μέλλοντα;
Για να επιστρέψουμε στην ερώτηση που απασχόλησε τους διανοητές από τον καιρό του Newton, είναι το μέλλον προκαθορισμένο; Ή μήπως υπάρχει άπειρος αριθμός από μέλλοντα; Ένας τρόπος αντιμετώπισης από την κβαντική σκοπιά προτείνει ότι όχι μόνον υπάρχει άπειρος αριθμός από μέλλοντα, αλλά αυτά πραγματοποιούνται σε έναν άπειρο αριθμό από Σύμπαντα.

Τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια μερικές φορές συμπεριφέρονται ως κύματα και μερικές φορές ως σωματίδια, αλλά ποτέ δεν εμφανίζονται και οι δύο συμπεριφορές την ίδια στιγμή. Μέχρι στιγμής, το επιχείρημα για αλληλεπίδραση μεταξύ ενός Σύμπαντος και ενός άλλου εφαρμόζεται μόνο σε γεγονότα που συμβαίνουν στην κβαντική κλίμακα.

Η ιδέα όμως για παράλληλα Σύμπαντα δίνει μια πιθανή απάντηση στο “παράδοξο του παππού” το οποίο αλλιώς θα μπορούσε να προκαλέσει προβλήματα στους χρονοταξιδιώτες. Αν ταξιδέψουμε πίσω στο χρόνο και αλλάξουμε την εξέλιξη της ιστορίας, οδηγούμε τους εαυτούς μας σε ένα νέο μέλλον σε ένα παράλληλο Σύμπαν, αλλά δεν έχουμε καμιά επίδραση στο παρόν από το οποίο ξεκινήσαμε.

Οι επιστήμονες του μέλλοντος μπορεί να επιτύχουν ένα νέο τύπο τεχνολογίας βασισμένο σε κβαντικά φαινόμενα. Τέτοιες εφαρμογές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν την κβαντική τηλεμεταφορά, σύμφωνα με την οποία ένα κβαντικό σωματίδιο μπορεί να μεταφερθεί σχεδόν ακαριαία σε ένα άλλο σημείο του χώρου. Επίσης θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν κβαντικούς υπολογιστές στους οποίους υπολογισμοί που χρειάζονται πολλά χρόνια για να εκτελεστούν σε συμβατικούς υπολογιστές, εκτελούνται σχεδόν ακαριαία.

Αν και γνωρίζουμε σήμερα να μετράμε τον χρόνο με μεγάλη ακρίβεια, βρισκόμαστε άραγε πιο κοντά στην απάντηση του βασικού ερωτήματος : ΤΙ ΕΙΝΑΙ Ο ΧΡΟΝΟΣ;