Wat om te lees: Kort antwoorde op groot vrae is Stephen Hawking se jongste boek

2024 Outeur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 03:44

'n Uittreksel uit die werk van die groot wetenskaplike oor of tydreise moontlik is.

Nou verwant aan tydreise is die vermoë om vinnig van een punt in die ruimte na 'n ander te beweeg. Soos ek vroeër gesê het, Einstein het gewys dat oneindig kragtige straalstootkrag nodig sou wees om 'n ruimtetuig tot naby-ligspoed te versnel. Die enigste manier om dus binne 'n redelike tyd van een deel van die Melkweg na 'n ander te beweeg, is om ruimte-tyd op so 'n manier te kan vou dat 'n klein buis, of "wurmgat" gevorm word. Dit kan twee dele van die Melkweg verbind en dien as die kortste pad tussen hulle; jy kan heen en weer vlieg en steeds al jou vriende lewend vang. Sulke "wurmgate" is ernstig oorweeg as 'n geleentheid wat beskikbaar is vir die beskawing van die toekoms. As jy daarin slaag om oor 'n paar weke van een deel van die Galaxy na 'n ander te beweeg, dan kan jy deur 'n ander "gat" terugkeer - op dieselfde tyd voordat jy die pad val. Ook, niks sal jou verhoed om vorentoe te reis en terug te keer na die verlede deur een "wurmgat" as albei kante daarvan relatief tot mekaar beweeg nie.

Ons kan sê dat om 'n "wurmgat" te skep, dit nodig is om ruimte-tyd in die teenoorgestelde rigting te buig as waarin gewone materie dit buig. Gewone materie buig ruimte-tyd na homself toe, soos die oppervlak van die Aarde. Maar die skep van 'n "wurmgat" vereis materie wat ruimte-tyd in die teenoorgestelde rigting buig, soos die oppervlak van 'n saal. Dieselfde geld vir enige ander kromming van ruimtetyd om in die verlede te reis, tensy die heelal so geboë is dat dit reeds tydreisvermoëns het. Slegs in hierdie geval sal jy materie met negatiewe massa en negatiewe energiedigtheid nodig hê.

Energie is soos geld. As jy 'n positiewe saldo in die bank het, kan jy die geld gebruik op enige manier wat jy wil. Volgens die klassieke wette, wat tot onlangs as onveranderlik beskou is, word oortrekking egter nie toegelaat wanneer energie gebruik word nie.

Klassieke wette maak dit vir ons onmoontlik om die heelal te buig sodat tydreise moontlik word. Maar die klassieke wette word weerlê deur die kwantumteorie – die tweede ná die algemene relatiwiteitsteorie, die groot intellektuele rewolusie in ons begrip van die Heelal. Kwantumteorie is meer buigsaam en laat in sommige gevalle oortrokke rekening toe. Die bank moet ons egter vriendelik wees. Met ander woorde, kwantumteorie maak voorsiening vir 'n negatiewe energiedigtheid op sommige plekke, as jy 'n positiewe digtheid in ander verskaf.

Kwantumteorie laat negatiewe energiedigtheid toe omdat dit op die beginsel van onsekerheid gebaseer is. En hy voer aan dat sommige kenmerke, soos die posisie en spoed van 'n deeltjie, nie gelyktydig presies gemete waardes kan hê nie. Hoe meer akkuraat die posisie van die deeltjie bepaal word, hoe groter is die onsekerheid oor sy snelheid en omgekeerd. Die onsekerheidsbeginsel geld ook vir velde - byvoorbeeld vir 'n elektromagnetiese of gravitasieveld. Hy argumenteer dat hierdie velde nie 'n nulwaarde kan hê nie, selfs waar ons dink daar is leë spasie. Die feit is dat as hul waardes gelyk is aan nul, dit beteken dat hulle 'n goed gedefinieerde posisie moet hê, gelyk aan nul, en 'n goed gedefinieerde spoed, gelyk aan nul. En dit is in stryd met die beginsel van onsekerheid. Dit beteken dat die velde 'n minimum fluktuasie moet hê.’n Mens kan jou die sogenaamde vakuumskommelings voorstel in die vorm van pare deeltjies en antideeltjies wat skielik ontstaan, skei, dan weer saamsmelt en vernietig, wedersyds vernietigend.

Sulke pare deeltjies - teendeeltjies word as virtueel beskou, omdat hulle nie direk met behulp van 'n deeltjiedetektor opgespoor kan word nie. Maar 'n indirekte effek kan waargeneem word. Hiervoor word die sogenaamde Casimir-effek gebruik. Probeer om jou twee parallelle metaalplate voor te stel wat 'n kort afstand van mekaar geleë is. Die plate dien as spieëls vir virtuele deeltjies en teendeeltjies. Dit beteken dat die spasie tussen die plate soos 'n orrelpyp lyk, net dit stuur liggolwe van 'n sekere resonansiefrekwensie uit. As gevolg hiervan blyk dit dat 'n sekere hoeveelheid kwantumskommelings tussen die plate voorkom, anders as wat agter hulle gebeur, waar hierdie skommelinge enige golflengte kan hê. Die verskil in die aantal virtuele deeltjies tussen die plate en buitekant beteken dat die plate aan die een kant meer druk as aan die ander kant is. 'n Klein krag ontstaan, wat die plate nader aan mekaar bring. Hierdie krag kan eksperimenteel gemeet word. So virtuele deeltjies bestaan in werklikheid en het 'n werklike effek.

Aangesien daar minder virtuele deeltjies, of kwantumskommelings in 'n vakuum, tussen die plate is, is die energiedigtheid ook hier laer as in die omliggende ruimte. Maar die energiedigtheid van leë ruimte op 'n groot afstand van die plate moet gelyk wees aan nul. Andersins sal ruimte-tyd geboë wees en die Heelal sal nie heeltemal plat wees nie. Dit beteken dat die energiedigtheid in die area tussen die plate negatief moet wees.

Eksperimenteel bewese afbuiging van lig dui aan dat ruimtetyd geboë is, en die Casimir-effek bevestig dat kromming negatief kan wees. En dit mag lyk asof ons, soos wetenskap en tegnologie ontwikkel, in staat sal wees om "wurmgate" te skep of ruimte en tyd op 'n ander manier te buig om in die verlede te kan reis. Maar in hierdie geval duik 'n aantal vrae en probleme onvermydelik op.

Byvoorbeeld: as tydreise in die toekoms moontlik word, hoekom het niemand van die toekoms na ons teruggekeer en vir ons gesê hoe om dit te doen nie.

Selfs al is daar goeie redes om ons in die duister te hou, is dit inherent moeilik vir mense om te glo dat niemand wil opdaag en aan ons arme agtergeblewe boere die geheim van tydreise wil openbaar nie. Sommige redeneer natuurlik dat gaste uit die toekoms ons reeds besoek – hulle vlieg op VVV’s, en regerings is betrokke by’n reuse-sameswering om hierdie feite toe te smeer om sodoende die wetenskaplike kennis wat die gaste saam met hulle dra, te gebruik. Ek kan net een ding sê: as regerings iets wegsteek, is hulle steeds nie in staat om die nuttige inligting wat van vreemdelinge ontvang word, te gebruik nie. Ek is baie skepties oor "samesweringsteorie" en ek vind meer aanneemlike "gemorsteorie". VVV-verslae kan nie uitsluitlik met vreemdelinge verband hou nie, want hulle is onderling teenstrydig. Maar as ons erken dat sommige van hierdie waarnemings net foute of hallusinasies is, is dit nie meer logies om te erken dat dit is nie, as om te glo dat ons besoek word deur gaste uit die toekoms of uit 'n ander deel van die Melkweg? As hierdie gaste regtig die Aarde wil koloniseer of ons teen 'n soort gevaar wil waarsku, dan is hulle uiters ondoeltreffend.

Daar is 'n manier om die idee van tydreise te versoen met die feit dat ons nog nooit gaste uit die toekoms ontmoet het nie. Ons kan sê dat sulke reis eers in die toekoms moontlik sal word. Die ruimtetyd van ons verlede is vasgestel omdat ons dit waargeneem het en gesien het dat dit nie genoeg geboë was vir ons om terug te kan reis in tyd nie. En die toekoms is oop, so ons sal eendag leer om ruimte-tyd te buig en die geleentheid kry om in tyd te reis. Maar aangesien ons ruimte-tyd eers in die toekoms sal kan buig, sal ons nie daarvan kan terugkeer na ons hede of selfs vroeër nie.

So 'n prentjie kan dalk verduidelik hoekom ons nie 'n toestroming van toeriste uit die toekoms ervaar nie. Maar dit laat steeds ruimte vir baie paradokse. Gestel daar is 'n geleentheid om in 'n ruimteskip te vlieg en terug te keer voor die aanvang van die vlug. Wat sal jou verhoed om 'n vuurpyl by die lanseerplek te laat ontplof en sodoende die moontlikheid van so 'n vlug vir jouself uitsluit? Daar is ander nie minder paradoksale weergawes nie: byvoorbeeld om terug te gaan in tyd en jou ouers dood te maak voordat jy gebore is. Daar is twee moontlike oplossings hiervoor.

Een ding sou ek 'n konsekwente historiese benadering noem. In hierdie geval kan 'n mens 'n konsekwente oplossing vir die fisiese vergelykings vind - al is ruimtetyd so gekrom dat dit moontlik is om in die verlede te reis. Vanuit hierdie oogpunt kan jy nie 'n vuurpyl voorberei vir reis na die verlede as jy nie daarna teruggekeer het nie en nie die lanseerplatform kon opblaas nie. Dit is 'n opeenvolgende prentjie, maar dit sê dat ons heeltemal vasbeslote is: ons is nie in staat om ons gedagtes te verander nie. Dit is te veel vir vrye wil.

Nog 'n oplossing noem ek die alternatiewe geskiedenisbenadering. Dit is voorgestaan deur die fisikus David Deutsch, en is waarskynlik bedoel deur die skeppers van Back to the Future. Met hierdie benadering sal daar in een alternatiewe geskiedenis geen terugkeer uit die toekoms wees voor die lansering van die vuurpyl nie en gevolglik sal daar geen geleentheid wees om dit te laat ontplof nie. Maar wanneer die reisiger van die toekoms af terugkeer, bevind hy hom in 'n ander alternatiewe geskiedenis. Daarin wend die menseras ongelooflike pogings aan om 'n ruimteskip te bou, maar voordat daar van 'n ander deel van die Melkweg begin word, verskyn 'n soortgelyke skip en vernietig die geboude een.

David Deutsch verkies 'n alternatiewe historiese benadering tot die konsep van pluraliteit van geskiedenisse, wat deur die fisikus Richard Feynman voorgehou is. Sy idee is dat, volgens die kwantumteorie, die heelal nie 'n unieke en unieke geskiedenis het nie.

Daar is alle moontlike verhale in die Heelal, elk met sy eie mate van waarskynlikheid.

Daar behoort 'n moontlikheid te wees van 'n storie waarin daar 'n stabiele vrede in die Midde-Ooste is, maar die waarskynlikheid van so 'n storie is heel waarskynlik laag.

In sommige verhale is ruimtetyd verdraai sodat voorwerpe soos vuurpyle na hul verlede kan terugkeer. Maar elke storie is integraal en selfversorgend, en beskryf nie net die geboë ruimte-tyd nie, maar ook al die voorwerpe daarin. Daarom kan die vuurpyl, wat terugkeer, nie in 'n ander alternatiewe geskiedenis kom nie. Dit bly in dieselfde storie, wat selfkonsekwent moet wees. En ek, anders as Deutsch, glo dat die idee van 'n veelheid van verhale ten gunste van 'n konsekwente historiese eerder as 'n alternatiewe historiese benadering werk.

Ons is klaarblyklik nie in 'n posisie om die konsekwente historiese prentjie te laat vaar nie. Dit kan egter nie die kwessies van determinisme en vrye wil aanspreek as daar 'n baie klein waarskynlikheid is van stories waarin ruimtetyd geboë is sodat tydreise buite die makroskopiese skaal moontlik is nie. Ek noem dit die chronologie sekuriteit hipotese: die wette van fisika is ontwerp om tydreise op die makroskopiese vlak te voorkom.

Dit lyk of dit lyk asof ruimte-tyd amper genoeg geboë is om reis na die verlede toe te laat, dan kan virtuele deeltjies byna werklike deeltjies word wat langs geslote trajekte beweeg. Die digtheid van virtuele deeltjies en hul energie neem aansienlik toe, wat beteken dat die waarskynlikheid van sulke stories baie klein is. Alhoewel dit soortgelyk word aan die aktiwiteite van 'n chronologiese beskermingsagentskap wat poog om die wêreld vir historici te bewaar. Maar die tema van die kromming van ruimte en tyd is nog in sy kinderskoene. Volgens 'n verenigende vorm van snaarteorie bekend as M-teorie, wat ons hoop om algemene relatiwiteit en kwantumteorie te verenig, moet ruimtetyd elf dimensies hê, nie die vier wat ons ervaar nie.

Die slotsom is dat sewe van hierdie elf afmetings in so 'n klein spasie opgerol is dat ons dit nie agterkom nie. Aan die ander kant is die oorblywende vier dimensies feitlik plat en verteenwoordig wat ons ruimte-tyd noem. As hierdie prentjie korrek is, behoort dit moontlik te wees om die vier plat afmetings op een of ander manier met die oorblywende sewe hoogs geboë, of verwronge, afmetings te verbind. Wat hiervan gaan kom, weet ons nog nie. Maar die geleenthede is opwindend.

Ten slotte sal ek die volgende sê.

Ons moderne konsepte sluit nie die moontlikheid van vinnige ruimtereise en terugkeer na die verlede uit nie. Dit kan groot logiese probleme skep, so kom ons hoop daar is 'n soort Chronology Security Law wat sal verhoed dat mense teruggaan in tyd en hul ouers doodmaak.

Maar wetenskapfiksie-aanhangers moet nie ontsteld wees nie. M-teorie gee hoop.

Die laaste werk van die wêreldberoemde fisikus Stephen Hawking, 'n boek-testament, waarin hy die belangrikste onderwerpe wat almal bekommer, opsom en uitspreek.

Sal die mensdom oorleef? Moet ons so aktief in die ruimte wees? Is daar 'n God? Hierdie is net 'n paar van die vrae wat in sy laaste boek beantwoord word deur een van die grootste geeste in die geskiedenis.