A base deste livro foi um curso na Universidade de Princeton, ministrado às humanidades por três astrofísicos famosos - Neil Degrass Tyson, Michael Strauss e John Richard Gott. Eles falam sobre o que mais amam e falam para que as teorias mais complexas se tornem claras para os leigos.
Os astrônomos não estão acostumados a complicar o que pode ser simples. Grandes estrelas vermelhas são gigantes vermelhas. Pequenas estrelas brancas são anãs brancas. Se a estrela está pulsando, é chamada de pulsar. Mesmo o começo de todo o espaço, tempo, matéria e energia que existe no espaço pode ser chamado apenas de duas palavras simples: o Big Bang.
O que sabemos sobre o universo? Nosso universo é ótimo. Nosso Cosmos é muito maior do que parece. Ele é mais gostoso do que você pensa. Mais apertado do que você pensa. Mais raro do que você pensa. Tudo o que você pensa do universo, a realidade ainda será incrível.
Aqui, apresentamos um trecho do livro "Cordas cósmicas, buracos e viagens no tempo".
Como eu exploro o problema da viagem no tempo no quadro da teoria geral da relatividade, as crianças vizinhas pensam que eu tenho uma máquina do tempo em minha garagem. Certa vez, fui a uma conferência de cosmologia na Califórnia e apareceu com uma jaqueta turquesa. Meu colega Robert Kirchner, que chefiava o Departamento de Astronomia de Harvard na época, chegou e disse: "Rico, você deve ter comprado esta jaqueta no futuro e a trouxe aqui, porque ainda não inventou essa cor!" Desde então, eu a chamo de “jaqueta do futuro” e sempre venho dar palestras sobre viagens no tempo.
Normalmente vou a uma palestra dessa jaqueta turquesa e carrego uma maleta marrom. Coloquei a pasta no armário e saí correndo. Então eu volto com uma camiseta. Explico à platéia que tenho outra reunião agendada e convidei um palestrante convidado para ler esta palestra em meu lugar e depois saio novamente. Estou voltando novamente, já com uma jaqueta turquesa, e digo a todos que essa é uma "jaqueta do futuro". Explico que não pude dar uma palestra porque estava com pressa para outra reunião, que estava marcada no mesmo horário da palestra; mas como eu tenho uma máquina do tempo, depois da reunião eu poderia simplesmente ir para o futuro, comprar uma jaqueta lá e voltar aqui - para dar uma palestra, mas já com pouca idade.
Então percebo que esqueci de trazer notas de uma aula sobre viagens no tempo. O que fazer? Como tenho uma máquina do tempo, acho que você pode pegar um compêndio no dia seguinte (depois de uma palestra) e voltar aqui, deixar uma maleta com um compêndio em algum lugar da platéia com antecedência. Olho em volta, mas não os vejo em lugar algum. Então, talvez eu os escondesse. Onde Sim, mesmo neste armário. Abro o armário, encontro uma maleta, abro - viva! Aí estão as notas da aula sobre viagens no tempo.
Considere esses eventos traçando suas linhas mundiais em um gráfico espaço-temporal. O espaço é traçado ao longo da abcissa, o tempo é traçado ao longo das ordenadas, com o futuro no topo. O público em que estou dando uma palestra é uma barra vertical no centro. É assim que minha linha do mundo se parece (Figura 21.1).
No gráfico espaço-temporal, deixo a platéia enquanto estou vestindo uma camiseta branca. Volto à platéia por um breve período, dizendo que não poderei dar uma palestra porque estou com pressa de me encontrar. Saio, consigo me encontrar e depois voo para o futuro, onde compro uma jaqueta. De agora em diante, minha linha do mundo se tornará cinza claro. Volto, entro novamente na platéia e lá dou uma palestra. Quando a palestra terminar, preciso voltar ao passado pouco antes do início da palestra, apenas para ter tempo de preencher uma pasta com um resumo dessa palestra. Entrarei na platéia e depois sairei rapidamente, e depois entrarei (um pouco mais jovem) em uma camiseta. Além disso, continuarei vivendo estritamente na direção do futuro. Eu tenho uma linha do mundo complicada.
E a linha global de maletas? Ele está em minhas mãos assim que eu o encontro no armário. Se eu apenas ficar com ele, ele fará uma viagem cronológica comigo, e eu o levarei à platéia antes de encontrá-lo no armário. A linha mundial da pasta girará. A linha mundial da pasta é estranha - não tem começo nem fim. Minha linha do mundo tem um começo (eu nasci) e um fim (eu morri), mas a linha do mundo da maleta é um circuito fechado. A pasta neste caso pode ser comparada com uma partícula genial. De fato, ela, como o gênio, sai do nada.
A maleta está à minha vista o tempo todo. Ele não vai à fábrica de maletas. Os físicos que estudam viagens no passado são forçados a considerar partículas gênicas quando falam sobre efeitos quânticos. E se um leve arranhão aparecer na minha pasta quando eu a levar da palestra? Igor Novikov acredita que esse desgaste pelo qual a partícula gênica sofre deve ser "corrigido" em algum momento para retornar ao seu estado original - e minha pasta não é exceção. Ao mesmo tempo, as leis da entropia não são violadas, uma vez que a maleta não é um sistema isolado; a energia necessária para consertá-la vem de fora.
A informação também pode atuar como um gênio. Suponha que eu chegue em 1915 e forneça a Einstein as equações de campo corretas para a teoria geral da relatividade. Ele pode gravar e publicá-los. De onde vêm essas informações? Aprendi no artigo de Einstein, e Einstein aprendeu comigo. Acontece uma linha circular mundial.
As leis da física permitem a existência de partículas geniais - é pouco provável que a ocorrência delas - e quanto mais massivas e complexas forem essas partículas, menor a probabilidade de elas ocorrerem. Uma história semelhante poderia ter acontecido se eu tivesse encontrado um pedaço de papel no chão em um auditório e não tivesse trazido comigo uma pasta, mas esse pedaço. Nesse caso, um pedaço de papel se tornaria um gênio e carregá-lo com você é mais fácil do que uma pasta. Ainda mais simples - eu poderia pegar o elétron brega e levá-lo comigo, e depois voltar ao passado, para o público da palestra. Simplesmente não é tão provável encontrar um objeto tão grande como uma pasta para esse fim, e mesmo com anotações para uma palestra sobre viagens no tempo. Penso que gênios tão complexos são possíveis, mas surgirão muito raramente.
A jornada para o passado ocorre quando há uma linha do mundo que se volta para o passado. A situação usual é mostrada na Fig. 18.1: As linhas mundiais da Terra e outros planetas espiralam em espiral ao longo da linha mundial do Sol. Nada pode se mover com velocidade superluminal, e todas as linhas do mundo são direcionadas para o futuro. Na fig. 21.2 mostra a situação quando viajamos para o passado. A linha do mundo do viajante se fecha e ele se torna testemunha de alguns eventos de seu próprio passado. O viajante começa o caminho abaixo (no passado) e sobe até encontrar um adulto que cresceu e lhe diz: “Olá! Eu sou você no futuro! Ele voou para o passado para dizer olá para você. Ele responde: "Sério?" e retornou ao passado. Então ele se encontra na juventude e diz: “Olá! Eu sou você no futuro! Ele voou para o passado para dizer olá para você. O jovem "duplo" responde: "Sério?" O viajante do tempo participa dessa reunião duas vezes: quando jovem e adulto, mas a situação em si se desenvolve apenas uma vez. Você pode compará-lo com uma escultura quadridimensional, na qual as linhas do mundo são plotadas. Isso nunca muda: é assim que a imagem se parece. Se você estiver interessado em como essa situação seria, basta deslizar o dedo pela linha do mundo e ver o que outras linhas do mundo se cruzam com ela.
Aqui se abre uma das variantes da solução do famoso paradoxo da avó: o que aconteceria se eu fosse para o passado e acidentalmente matasse minha própria avó antes que ela desse à luz minha mãe? Nesse caso, ela não dará à luz minha mãe, e sua mãe não dará à luz a mim, e então eu não estarei lá, não poderei ir para o futuro e matar minha futura avó. Isso, por sua vez, significa que ela dará à luz minha mãe sem problemas e sua mãe para mim. Paradoxo. A solução tradicional para o paradoxo da avó é esta: os viajantes do tempo não podem mudar o passado. Eles sempre fazem parte do passado. Sim, você poderia voltar no tempo e tomar chá com biscoitos na companhia de sua avó quando ela ainda era jovem, mas você não poderia matá-la, porque ela deve dar à luz sua mãe, que dará à luz a você. A decisão deve ser autoconsistente. Kip Thorne, Igor Novikov e seus colegas formularam uma série de experimentos mentais no campo da viagem no tempo, juntando as bolas de bilhar; eles tentaram mostrar que você sempre pode encontrar soluções autoconsistentes que não contêm paradoxos.
Não se preocupe em mudar a história: não importa como você tente, nada vai acontecer. Se você voltar ao Titanic e avisar o capitão sobre o iceberg, o capitão ignorará suas palavras, assim como ele não deu importância a todas as outras mensagens sobre icebergs, porque sabemos que o navio afundará. Você verá que mudar o curso dos eventos é impossível. A viagem no tempo no filme As Incríveis Aventuras de Bill e Ted é baseada no mesmo princípio de auto-consistência.
Uma solução alternativa para o paradoxo da avó é a teoria multimundo da mecânica quântica de Everett. Os físicos têm opiniões diferentes sobre essa teoria, mas primeiro vamos entender como ela funciona. Em uma teoria mundial, acredita-se que muitos mundos paralelos possam coexistir, como trilhos de trem em um parque de manobras. Vemos uma história, como se nosso trem estivesse em um caminho específico. Os eventos que observamos são semelhantes às estações que se substituem. Aqui está a Segunda Guerra Mundial ... aqui as pessoas pousam na lua e assim por diante. Mas existem muitos mundos paralelos. Há um mundo onde a Segunda Guerra Mundial não ocorreu. Tal teoria é baseada na abordagem da mecânica quântica como a soma de muitas histórias propostas por Richard Feynman. Feynman percebeu que, para calcular a probabilidade de qualquer resultado de um experimento futuro, é preciso levar em consideração todas as histórias possíveis que poderiam levar a ele. Parece para alguns que essa é apenas outra regra estranha de cálculos na mecânica quântica, mas os defensores de um modelo de vários mundos acreditam que todas essas histórias são reais e interagem entre si. David Deutsch acredita que um viajante do tempo pode voltar no tempo e matar sua avó lá quando ela ainda era jovem. Nesse caso, um novo ramo da história surgirá: nesta versão da história, haverá um crono-viajante vivo e sua avó morta. O caminho onde o viajante do tempo nasceu e sua avó ainda estava viva também continua a existir. O viajante ainda se lembra de parte de sua biografia, que aconteceu antes de seguir um novo caminho. Os dois modos existem.
Agora, temos duas soluções adequadas para o paradoxo da avó. O primeiro é conservador, onde o espaço-tempo é representado como uma única escultura quadridimensional autoconsistente, inalterada em essência. A segunda é uma interpretação multi-mundo mais radical da mecânica quântica. Ambas as soluções funcionam.
Além disso, se você retornar à linha do mundo do viajante no tempo, que se anula no passado, poderá notar uma falha nela. A luz nesse padrão voa em um ângulo de 45 °. Quando o viajante do tempo passa pelo cume para começar um retorno ao passado, em algum momento a inclinação de sua linha do mundo em relação ao eixo do tempo deve ser superior a 45 °. Isso significa que em algum momento ele deve exceder a velocidade da luz. De fato, atravessando o topo do circuito, ele se move em velocidade infinita. O fenômeno da relação de voos com velocidades superluminais e viagens no tempo é capturado no seguinte Limerick A.G. R. Buller:
Miss muito ágil de Dakota
Ela disse: “Einstein é alguma coisa!
Desde que eu voei para algum lugar
Maior que a velocidade da luz
E voltou um dia antes da partida! "
O problema é que (como Einstein demonstrou em sua teoria especial da relatividade) é impossível construir um foguete que desenvolva velocidade superluminal. Se sua velocidade não exceder a velocidade da luz, sua linha mundial nunca estará localizada em um ângulo de mais de 45 ° em relação ao eixo do tempo e você não poderá voltar ao passado. No entanto, na teoria geral da relatividade de Einstein, onde o espaço-tempo é considerado curvo, pode-se ultrapassar um raio de luz cortando o caminho se alguém se mover através de um buraco de minhoca ou (o que será discutido abaixo) ao longo de uma corda cósmica. Se você ultrapassar um raio de luz, então, como nossa senhorita ágil, poderá voar para o passado.
Suponha que tenhamos uma folha de papel na qual uma dimensão espacial é apresentada horizontalmente e no tempo - verticalmente (Fig. 21.3). Nesse caso, sua linha do mundo é a barra verde nesta figura. Você é preguiçoso e fica sentado em casa, de modo que sua linha do mundo corra exatamente do fundo ao topo da folha. No entanto, no espaço-tempo curvo, regras diferentes se aplicam. Vamos rolar a folha horizontalmente no cilindro colando fita na parte superior da folha. Agora sua linha do mundo é um círculo que é coisa do passado.
Você está sempre avançando no futuro, mas na verdade está se transformando no passado. O mesmo aconteceu com a expedição de Magalhães: os marinheiros navegavam o tempo todo para o oeste, circulavam a Terra inteira e voltavam para a Europa. Isso nunca teria acontecido se a superfície da Terra fosse plana. Da mesma forma, o cronógrafo-viajante está constantemente se movendo para o futuro, mas se o espaço for suficientemente curvo, ele poderá retornar aos eventos que aconteceram no passado.
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Tyson