Tidsrejser frem i tiden – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Tidsrejser frem i tiden

24. februar 2016

Tidsrejser frem i tiden

Hej Spørg om Fysik
Jeg har følgende spørgsmål til brevkassen. Det er jo en kendt sag, at det er muligt at rejse frem i tiden ved at være i bevægelse.

Mit spørgsmål er: hvis man forstiller sig, at man flyver i en raket med tæt på lyset hastighed. På Jorden er der nu gået 30 år. I raketten føles det eksempelvis som om, der kun er gået 10 minutter.

1) Vil kroppen på piloterne i raketten ældes med 30 år eller 10 minutter?

2) Vil raketten være slidt med 30 år eller 10 minutter?

3) Kræver det brændstof svarende til 30 år eller 10 minutter?

Med venlig hilsen
K E

For at svare på mest muligt i en omgang, gives et klassisk eksempel på rejse (eksempel fra: Edward Purcell i A G W Cameron: Interstellar Comunication, Benjamin 1963). En teoretisk tur til en af de nærmeste stjerne (bortset fra solen).

Vi tænker os, at den ligger i en afstand på 12 lysår eller 1,1*1014 km eller altså 12 lysår. Det fjerneste objekt mennesket har skabt er Voyager 1, som har en fart på ca. 15 km/s og er ca. 1,86*107 km væk (ca. ti millioner gange mindre), og har været på vej i ca. 38 år.

Første gang den kommer nær en stjerne, er om 40 000 år (tænk hvordan der var på Jorden for 40 000 år siden). Det tager tid at komme op nær lyshastigheden, så det bliver ikke nogen kort tur. Vi kan ikke klare store g-kræfter i lang tid, højst 3g i kortere tid, så det er en lang tur, hvis man vil nær lyshastigheden. Det betyder også, at der går betydelige tidsrum med at komme op i fart, og få bremset igen.

Tidsrejse, 24 lysår retur, rakettid 10 år, jordtid 28 år

Et teoretisk eksperiment

Vi laver nu en teoretisk raket, som starter fra en rumstation og medtager den bedst mulige energikilde, nemlig en beholder med positroner og en beholder med elektroner, (det kan overhovedet ikke lade sig gøre, men det er den bedst tænkelige teoretiske energikilde), og at vi får energien ved at lade elektroner og positroner annihilerer så ladningen neutraliseres og massen omdannes til stråling (energi 1022 keV eller 1,6*10-13 J).

Det giver gammastråling, som vi antager, vi kan sende bagud med en effektivitet på 100 %. Vi antager, at nyttelasten dvs. passagerafdelingen kan klares på 10 tons. Vi sender så raketten afsted med konstant acceleration, den sædvanlige jordacceleration g = 9,81 m/s2. Midtvejs vender vi den og bremser resten af vejen. Den vil så have nået 99 % af lyshastigheden på midten af turen, hjemturen på samme måde.

Der er naturligvis det lille problem, at når vi flyver igennem rummet nær lyshastigheden, så rammer vi neutrale atomer og molekyler i rummet med samme fart, som man har i acceleratorer med partikler, der kommer en masse stråling, men lad os antage, at vi overlever det på en eller anden måde.

Drivkraft 200 000 tons elektroner og 200 000 tons positroner + 10 tons nyttelast. Acceleration konstant g.

Vi kommer hjem igen efter bare 28 år målt i jordtid. Målt i rakettid bliver det ca. 10 år, det samme gælder raket og piloter samt alt det der flyver med. Det vil tage 24 år for et lyssignal at komme frem og tilbage. Det såkaldte tvillingeparadoks er velkendt og løst ud fra relativitetsteorien, men vil ikke blive diskuteret her, det er forstået, relativitetsteorien er baggrunden for alle acceleratorer over hele verden, samt store dele af vor fysiske forståelse af omverdenen, den skal nok passe overfor dette lille problem.

Dette lille teoretiske regnestykke giver os også den masse elektronerne og positronerne skal have (lige meget af hver type) nemlig 200 000 tons elektroner og 200 000 tons positroner, så vi har et rumskib på over 400 000 tons. Det er en hel del elektroner og positroner, der bliver et problem med de elektrostatiske kræfter, som vi så løser på en eller anden måde.

Sammenligning med verdens energiforbrug

En elektron vejer som en positron  9,11*10-31 kg eller 2,2*1038 stk. elektroner og det samme antal positroner, samlet energi 3,6*1025 J, det er så mindst den energi, der skal bruges, for at fremstille raketten her på Jorden. Til sammenligning verdens energiforbrug ca. 2010 er omkring 1021 til 1022J/år. Udstødningen er i øvrigt ikke solskin, det er 1 MeV gammastråling, så der bliver et lille problem med at skærme Jordens befolkning i starten, men kan vi klare alt det andet, klares dette også alternativt, der er en risiko for, at dele af Jorden bliver steriliseret.

Elektron positron anihilation i boblekammer (der er magnetfelt derfor krumme baner)

Alt dette er regnet igennem relativistisk ud fra denne ideale konstruktion, og med brug af diverse raketligninger, afstanden til stjernerne er faktisk forfærdende stor, og det er ikke nemt for nogen at komme igennem rummet med vor nuværende viden, i øvrigt heller ikke for eventuelle rumvæsner i deres UFOer. 

Resultatet er, at vi ankommer 18 år frem i tiden, set fra de eventuelt overlevende i rumskibet.

Vore muligheder for at komme i kontakt med liv med vor nuværende viden ligger altså i elektromagnetiske signaler, radiobølger, LASER-stråler osv. De vil altså tage 24 år retur, så man skal gennemtænke det man vil spørge om eller sige vældigt godt. Det tager mere end 8 år før man får svar fra den nærmeste stjerne (α-Centauri). I øvrigt vil vore signaler, hvis de ikke er meget retningsbestemte, drukne i støj i rummet over afstande, der måske er mindre end 100 lysår, noget afhængigt af retningen (hvad der er i rummet imellem os og den ønskede stjerne). Vi er altså indtil videre altså temmeligt alene!

For god ordens skyld, der er ikke opdaget eller udtænkt nogen metode til tidsrejser, som tillader, at man rejser den anden vej , altså tilbage i tiden.

Se også: To gode spørgsmål: Annihilation af atomet >>

Med venlig hilsen
Malte Olsen