Algum dia poderemos viajar no tempo? Nós vamos, de acordo com uma nova teoria matemática, pode ser possível - supondo que possamos encontrar alguma matéria exótica.

Desde que H. G. Wells popularizou o conceito de máquina do tempo com seu romance de 1895, a cultura popular ficou fascinada com a ideia de construir uma máquina que pudesse deslizar magicamente através da história. Quando Wells escreveu "The Time Machine, "a ciência viu o tempo como um rio implacável, sempre fluindo para frente em um ritmo constante.

Então, mais de 20 anos depois, Albert Einstein inverteu nossa visão do universo ao apresentar ao mundo sua teoria inovadora da relatividade geral. De repente, percebemos que o espaço e o tempo não eram tão rígidos quanto as teorias clássicas previam. No universo de Einstein, o espaço e o tempo são unificados para criar o espaço-tempo e pode ser deformado, entortou e até mesmo criou ondulações - um fenômeno conhecido como ondas gravitacionais.

A relatividade geral abriu as comportas para possibilidades de viagem no tempo. Em 1949, o matemático Kurt Gödel apresentou a Einstein o primeiro modelo matemático dentro do qual um universo em rotação pode permitir viagens no tempo. Mais recentemente, físicos como Kip Thorne propuseram o uso de buracos de minhoca (outra previsão da relatividade geral) para facilitar a viagem no tempo.

Em 2013, Ben Tippett e seu colega David Tsang formularam um modelo matemático para viagem no tempo. O método foi denominado TARDIS.

Claro, o nome "TARDIS" - um acrônimo para domínios retrógrados acausais percorríveis no espaço-tempo - não era coincidência.

"Meu trabalho nisso começou por volta do 50º aniversário de 'Doctor Who, '"diz Tippett, que trabalha como instrutor de matemática e física na University of British Columbia. "Tenho feito análise e reescrito do jornal nos fins de semana e férias desde então, e finalmente publicou. "

Publicado na revista Classical and Quantum Gravity, TARDIS descreve uma maneira diferente de olhar para a dimensão do próprio tempo e como ele pode ser manipulado para criar uma máquina do tempo - ou, pelo menos, uma construção matemática de um hipotético máquina do tempo.

Espaço e tempo

Embora Einstein tenha unificado o espaço e o tempo há mais de um século, muitas vezes vemos o tempo como uma dimensão separada, aponta Tippett, um especialista em relatividade geral.

Uma maneira comum de pensar no espaço-tempo é imaginar uma folha de borracha suspensa. Se você rolar um objeto pesado, como uma bola de boliche, através da folha, a folha vai se deformar em torno da massa. Este é um dos princípios-chave da relatividade geral; a curvatura do espaço-tempo (a borracha empenada) em torno de objetos massivos (bola de boliche) cria a gravidade. Quanto maior a massa, maiores serão os efeitos gravitacionais no espaço-tempo. Massa e gravidade estão, portanto, intimamente relacionadas.

Este modelo pode ser uma ótima maneira de imaginar como as três dimensões do espaço são deformadas pela massa, mas e quanto ao tempo?

Todas as quatro dimensões - as três dimensões do espaço e uma do tempo - devem ser vistas como um continuum do espaço-tempo. Nesse caso, não são apenas as três dimensões do espaço que são deformadas; tempo é, tb.

Claro, nós já conhecer isto. Para manter os relógios dos satélites sincronizados com os relógios da Terra, uma pequena correção para os efeitos da relatividade geral deve ser incluída no software dos satélites - os satélites orbitam a Terra em um ambiente de gravidade mais baixa do que na superfície da Terra. Portanto, o tempo corre mais devagar (embora infinitesimalmente) aqui, profundamente no poço gravitacional da Terra.

Agora, leve este raciocínio ao extremo:imagine que você tem uma irmã gêmea que está bravamente viajando em direção ao horizonte de eventos de um buraco negro - o ponto em que o espaço-tempo está tão deformado que nem mesmo a luz pode escapar da gravidade do buraco negro. Conforme ela se aproxima do horizonte de eventos, o espaço-tempo torna-se cada vez mais distorcido, a gravidade aumenta e o tempo desacelera . Supondo que sua espaçonave tenha combustível suficiente, ela sai antes de alcançar o horizonte de eventos e volta para a Terra. Quando ela voltar, tendo apenas envelhecido um dia, você não está lá para recebê-la. Você está morto. Na verdade, a dilatação do tempo foi tão extrema durante sua missão que todos envelheceram e morreram, a civilização humana está extinta e a Terra está invadida por baratas gigantes.

Esta é uma variação do que é conhecido como "Paradoxo Gêmeo".

A necessidade de matéria exótica

Em vez de perfurar o espaço-tempo (viajar através de um buraco de minhoca) ou viajar perto de um objeto impossivelmente grande para deformar o espaço-tempo (um buraco negro), A TARDIS requer um tipo de curvatura do espaço-tempo que não pode ser produzida por matéria regular. De acordo com a relatividade geral, grandes massas de matéria regular só podem causar curvaturas que sejam atraentes gravitacionalmente. De acordo com Tippett, a curvatura necessária para construir TARDIS só pode ser criada usando um bizarro, e atualmente desconhecido, tipo de matéria conhecida simplesmente como "matéria exótica" que tem o efeito oposto.

Se, no futuro, encontramos esta matéria exótica e descobrimos como aproveitá-la, a "máquina do tempo" da TARDIS pode enviar um viajante do tempo para trás e para frente no tempo. O viajante do tempo seria contido dentro de uma bolha de espaço-tempo "normal" e matéria exótica seria então aplicada à bolha, fazendo-o viajar através do espaço-tempo em um grande, Caminho circular. O viajante dentro da bolha sentiria uma aceleração constante durante sua jornada. Quanto maior o círculo, quanto mais para trás e para frente no tempo eles iriam.

Mas há um problema.

"Tanto quanto eu entendo, nós nunca detectamos, observado, ou interagiu com matéria exótica, "Tippett disse ao HowStuffWorks." Matéria exótica é uma classe de matéria gravitacionalmente repulsiva - ou melhor, causa um tipo de curvatura do espaço-tempo associada à gravidade separando as coisas - e nunca vimos isso. "

Paradoxes Galore?

Agora, vamos apenas assumir que superamos o problema da matéria exótica e alcançamos a viagem no tempo, viajar de volta no tempo não causaria todos os tipos de paradoxos do continuum do espaço-tempo do tipo "De volta ao futuro"? Será que Marty está viajando de volta a 1955 realmente arriscar sua própria vida ao se tornar acidentalmente o interesse amoroso de sua própria mãe?

Se viajar no tempo pode mudar a história, assim como a crise existencial de Marty prevê, temos um paradoxo. Nesse caso, é conhecido como o "Paradoxo do Avô, "e é uma boa maneira de visualizar esse problema. O paradoxo basicamente pergunta:Se você viajou de volta no tempo e matou seu avô (ou sua mãe nunca acaba se casando com seu pai biológico), você deixaria de existir?

"Como Doc Brown nos lembra:a resolução do Paradoxo do Avô é pensar quadridimensionalmente, "diz Tippett.

De acordo com a teoria de Einstein, tudo passado, a história presente e futura é apresentada no espaço-tempo, como fios tecidos em uma tapeçaria quadridimensional. Se você voltou no tempo e conheceu seu eu mais jovem, uma situação relativística chamada de "curva fechada do tipo tempo, "você poderia dar ao seu eu mais jovem o Almanaque de Esportes Grays, mudando dramaticamente seu futuro financeiro?

Para resolver este paradoxo, O físico teórico russo Igor Novikov propôs que o universo é à prova de falhas e, embora possa permitir curvas fechadas tipo tempo (ou seja, viajantes do tempo), a tapeçaria do espaço-tempo não pode ser mudada, não importa o quanto você tente. Sempre que você tenta dar ao seu eu passado o almanaque, alguma situação surgirá para evitar a ocorrência de um paradoxo. O universo vai se adaptar e se opor ao seu paradoxo (e, francamente, imprudente).

"O Paradoxo do Avô, em minha mente, é resolvido com a condição de autoconsistência Novikov:você não pode mudar o passado, "diz Tippett." Todos os eventos, passado e futuro, são dispostos no espaço-tempo quadridimensional, e não pode mudar.

"Embora um objeto possa interagir com seu próprio passado, não pode fazer isso de uma forma que seja inconsistente com sua própria história, " ele adiciona.

Tippett compara a ideia ao enredo do filme e da série de TV "12 Monkeys" - o universo o impedirá de alterar eventos históricos. Mas, ele admite, provavelmente não seríamos capazes de testar nenhuma dessas hipóteses até que realmente realizássemos a viagem no tempo.

Dito isto, embora seja uma ideia divertida para ponderar, transformar um modelo matemático em uma máquina do tempo totalmente operacional é improvável.

"A ênfase aqui está em 'matematicamente possível, mas fisicamente improvável. Muito, muito, muito improvável, '"conclui Tippett.

O físico Stephen Hawking certa vez ofereceu uma festa para viajantes do tempo. Exceto que ninguém apareceu. Hawking não enviou os convites até depois que a recepção ocorreu, imaginando que as únicas pessoas que viriam seriam aquelas que poderiam viajar no tempo.