Einstein i popkultura

Admirał Honor Harrington, głównodowodząca floty Gwiezdnego Królestwa Manticore, wydała niewielkim, szybkim jednostkom zwiadu rozkaz wykonania skoku przez wormhole (ang. tunel czasoprzestrzenny). Podróż do odległego o dziesiątki lat świetlnych układu planetarnego, nawet odbywana w paśmie nadprzestrzeni, trwałaby niedorzecznie długo. Jednak tunel pozwalał na pokonanie tej odległości w ciągu zaledwie paru chwil. Jeśli rekonesans wykaże, że po drugiej stronie tunelu wróg nie zastawił pułapki, zwiadowcy prześlą o tym wiadomość za pomocą sond. Wtedy ruszą za nimi przez wormhole siły główne – potężne okręty liniowe. Podróże przez tunele czasoprzestrzenne to w powieściach Davida Webera z cyklu „Honor Harrington” – kosmicznej operze umiejscowionej w odległej przyszłości – zdarzenia równie częste, jak picie wina lub calvadosu w powieściach Ericha M. Remarque’a. Stały i oczekiwany element tła. Ale przecież Weber nie jest w tym oryginalny. Skoki przez niewyobrażalnie rozległą przestrzeń, możliwe dzięki fenomenowi istnienia takich skrótów, to w powieściach i filmach fantastyczno-naukowych rutynowe rozwiązanie już od długich dziesięcioleci. Autorzy przejęli je z ustaleń Alberta Einsteina. Tunele do innych wszechświatów Już w grudniu 1915 r. wielce intrygujące wnioski wyciągnął z nich Karl Schwarzschild. Znalazłszy dokładne rozwiązanie równań Einsteina, niemiecki fizyk i astronom obliczył pole grawitacyjne nieruchomej, bardzo masywnej gwiazdy. Obiekt taki miałby kilka niezwykle ciekawych cech. Jedną z nich było istnienie wokół niego granicy, po przekroczeniu której nie ma już, za sprawą siły grawitacji, powrotu. Nawet dla światła, dlatego z czasem przyjęło się nazywać takie bardzo masywne gwiazdy o gigantycznej grawitacji czarnymi dziurami. Einstein był zachwycony i zarazem zakłopotany ustaleniami Schwarzschilda. Konsekwentnie rozwijając jego myśl, należało bowiem wyciągnąć wniosek, że inną intrygującą właściwością takiego obiektu byłby cylindryczny tunel łączący go z analogicznym obiektem we wszechświecie równoległym – jego symetrycznym, czasoprzestrzennym przeciwieństwem: „białą dziurą”. W 1935 r. Einstein, wraz ze swoim współpracownikiem Nathanem Rosenem, stworzył model takiego połączenia. Dziś znamy go pod nazwą mostu Einsteina–Rosena lub tunelu Schwarzschilda. Einstein miał z tym „mostem” pewien problem. Teoretycznie pozwalałby on bowiem na podróże i w przestrzeni, i w czasie, co prowadziłoby według uczonego do nieakceptowalnych paradoksów. Ostatecznie uznał, że podróż przez taki tunel nie jest możliwa, gigantyczne siły grawitacji rozerwałyby bowiem wszystko, co weń wpadnie. Jądra atomowe nie tylko straciłyby towarzystwo elektronów, ale też rozpadłyby się na protony i neutrony. Lustrzany wszechświat zatem musi według obliczeń Schwarzschilda istnieć, ale nie da się go nawet zaobserwować, a co dopiero doń przedostać. Można było odetchnąć z ulgą (jak się okaże, do czasu). Dla porządku dodajmy, że idea tuneli łączących wszechświaty jest starsza niż ogólna teoria względności. Spopularyzował ją na długo przed Einsteinem pewien angielski matematyk badający przestrzenie wielospójne – dziwne twory geometryczne, w których istnieją połączenia między różnymi obszarami na takiej zasadzie, na jakiej dwa odległe punkty na kartce łączą się ze sobą po tym, jak tę kartkę złożymy wpół. Charles Dodgson – bo tak się nazywał ów matematyk z Uniwersytetu Oksfordzkiego – spopularyzował ideę łączników między światami w wydanej w 1871 r. powieści „Po drugiej stronie lustra”, będącej kontynuacją „Alicji w Krainie Czarów”. To bowiem właśnie ów wszechstronnie uzdolniony uczony ukrywał się pod pseudonimem Lewis Carroll. Magiczne lustro, pozwalające przedostać się do innego, jakże osobliwego świata, pełniło tę samą funkcję, którą pełniłby most Einsteina–Rosena. Gdyby działał. Koncepcję mostu Einsteina–Rosena w światku naukowym szybko przykrył kurz, nie wydawała się bowiem niczym więcej niż teoretyczną ciekawostką bez jakichkolwiek szans na praktyczne wykorzystanie. Idea tunelu czasoprzestrzennego znów rozpaliła wyobraźnię naukowców w 1963 r., kiedy to matematyk Roy Kerr doszedł do wniosku, że mielibyśmy szansę przeżyć podróż przez łącznik między światami. Nowozelandczyk obliczył, że – bardzo szybko wirująca – czarna dziura, zamiast zapaść się do punktu, uformowałaby pierścień, chroniony przed kolapsem (zapadaniem grawitacyjnym) siłą odśrodkową. Gdybyśmy zatem przemieszczali się przez tę bramę między światami, o framudze w formie pierścienia, wzdłuż osi obrotu, moglibyśmy teoretycznie wyjść z tej przygody cało. Dziś istnieje już wiele teoretycznych modeli funkcjonalnych tuneli czasoprzestrzennych umożliwiających podróże „skrótem”. Liczba iteracji tej koncepcji na łamach książek i w filmach jest jeszcze większa. Niedawno oglądaliśmy podróż przez tunel łączący dwie czarne dziury w filmie „Interstellar” – konsultowanym przez wybitnego specjalistę od fizyki tych kosmicznych osobliwości prof. Kipa Thorne’a. Jeśli mamy kiedykolwiek zyskać szansę na opuszczenie naszego Układu Słonecznego i nawiązanie kontaktu z innymi istotami inteligentnymi z naszego lub z innych wszechświatów – wormhole wydaje się jedyną szansą ludzkości na zrealizowanie tego marzenia. Choć być może kiedyś jakiś nowy Einstein podsunie nam atrakcyjniejsze rozwiązania. Kapsułki z antymaterią Niemal równie popularną w popkulturze ideą wywodzącą się z myśli Einsteina jest napęd rakietowy wykorzystujący antymaterię. Co ciekawe, droga do koncepcji antymaterii wiodła przez – no cóż – poprawianie Einsteina. Konkretnie: przez „doszlifowanie” najsłynniejszego wzoru w historii fizyki: E = mc2. Poprawki dokonał inny geniusz fizyki Paul Dirac. Pracując nad swym równaniem opisującym ruch elektronu, doszedł do wniosku, że wzór na związek między energią a masą powinien opisywać tę zależność następująco: E = + lub – mc2. Co z kolei konsekwentnie dowodziło istnienia osobliwych cząstek o ładunku elektrycznym przeciwnym do odpowiadających im cząstek zwykłej materii. Co więcej, gdy taka antycząstka napotka cząstkę, anihilują się nawzajem (unicestwiają), co wyzwala olbrzymią energię. To wystarczyło, by pisarze SF zaczęli snuć wizję napędów rozpędzających statki kosmiczne do ogromnych prędkości dzięki sile owych – miano nadzieję, kontrolowanych, najpewniej jakimś polem siłowym – niewiarygodnie potężnych eksplozji. Oczywiście kolejnym zastosowaniem antymaterii miała być broń – bardzo niewielka ilość antymaterii miałaby przecież nieporównywalny z czymkolwiek potencjał zniszczenia. Tropem tym podążył ostatnio m.in. Dan Brown („Kod da Vinci”), w powieści „Anioły i demony” snujący wizję zagrożenia zniszczeniem Watykanu. Bombą miała być malutka kapsułka z antymaterią wykradzioną z laboratoriów CERN. Na to, że marzenia o praktycznym wykorzystaniu antymaterii szybko się spełnią, nie mamy co liczyć. Potrafimy dziś wytwarzać antycząstki w bardzo niewielkich ilościach, wyłącznie w celach badawczych. To niezwykle trudne i kosztowne, nie wspominając o oczywistym problemie związanym z przechowywaniem takich osobliwości. Spacery po osi czasu A podróże w czasie? To przecież także marzenie wywodzące się z ustaleń Einsteina. Owszem, znany jest „paradoks dziadka”, teoretycznie podważający możliwość istnienia podróży w przeszłość: cofnąwszy się w czasie, moglibyśmy zabić swego dziadka, zanim spłodził naszego rodzica, co z kolei, o paradoksie, uniemożliwiłoby dokonanie zbrodni. A jednak idea swobodnego przemieszczania się wzdłuż tego wymiaru jest wciąż żywa, a niektórzy wybitni naukowcy potrafią zmienić w tej kwestii zdanie o 180 stopni. Czy zatem mamy prawo liczyć, że kiedyś podróże w czasie staną się możliwe? Z pewnością. Przynajmniej podróże w przyszłość. Wynika to wprost z ustaleń Einsteina. Wystarczy wsiąść do rakiety i rozpędzić się do olbrzymiej prędkości, a nasz czas zacznie płynąć wolniej. Przynajmniej z perspektywy obserwatora na Ziemi, bo podróżnik po powrocie z wycieczki będzie miał prawo dojść do wniosku, że to Ziemianom czas upływał szybciej. Opisuje to tzw. paradoks bliźniąt. To, które wróci z kosmicznej wycieczki, będzie młodsze od tego, które zostało na Ziemi. Im prędkość przemieszczania się jest bliższa prędkości światła, tym większa jest różnica upływu czasu. A co z podróżą w przeszłość? Co z paradoksem dziadka? Czy zyskamy szansę swobodnego przemieszczania się w obu kierunkach, jak stylizowany na Einsteina wynalazca Doc Brown z filmowego cyklu „Powrót do przyszłości”? Czy w ogóle cofnięcie się na osi czasu jest dopuszczalne przez fizykę? Szczególna teoria względności kategorycznie to wyklucza. Za to ogólna teoria względności – no cóż, to kwestia mocno dyskusyjna, ale niektórzy naukowcy uznają, że daje cień nadziei. W szczególnych przypadkach. Bardzo szczególnych. Nie ma oczywiście mowy o zabiciu dziadka. Co jakiś czas podejmowane są jednak próby pogodzenia dotychczasowych ustaleń nauki z modelem świata, w którym wskazówki zegarka mogłyby nie tylko gnać do przodu, ale i się cofać. Pierwszym podejściem do tego wyzwania bez ignorowania równań Einsteina był model wszechświata stworzony przez Kurta Gödla. Ten niebywale utalentowany austriacki matematyk i szalony logik (próbował, nieszczęsny, wyprowadzić dowód na istnienie Boga) wykazał, że przy pewnych, bynajmniej nie niemożliwych do zaistnienia, warunkach równania Einsteina nie negują szansy na istnienie świata, w którym można odbyć podróż w przeszłość. No cóż, nie jest to jednak nasz Wszechświat. Koncepcję istnienia wehikułu czasu badał, zupełnie na serio, wspomniany wyżej ekspert od czarnych dziur, konsultant filmu „Interstellar” Kip Thorne. Zainspirował go amerykański astronom i popularyzator nauki Carl Sagan, prosząc o naukowy komentarz do brudnopisu powieści „Kontakt” (w Polsce znanej głównie z ekranizacji z Jodie Foster w roli głównej). Thorne, ku swemu zdumieniu, doszedł do wniosku, że w zasadzie swobodne podróże przez czasoprzestrzeń nie są wykluczone. I że jakaś zaawansowana technologicznie cywilizacja byłaby zdolna taki wehikuł stworzyć. Oczywiście większość jego szacownych kolegów profesorów zaklina si