מאמר מספר 48 – על הזמן - המשך
מאת עמי אור
זהו מאמר חמישי מתוך שישה
התארכות זמן יחסותית - תורת היחסות הפרטית טוענת ששעונו של צופה הנע במהירות גבוהה מתקדם לאט יותר יחסית לצופה במנוחה. לתופעה זו קוראים התארכות זמן יחסותית, וניתן להמחיש אותה בעזרת חלקיקים הקרויים מיואונים. זמן החיים הממוצע של מיואונים הוא 2.2 מיקרו-שניות, והם נעים במהירות קרובה מאוד למהירות האור, כלומר, המרחק הממוצע שהם יעברו עד להתפרקותם, יהיה כ - 660 מטר. אולם, מיואונים רבים שנוצרים באטמוספירה בגובה של עשרות קילומטרים, כתוצאה מפגיעת קרינה קוסמית באוויר, מגיעים עד פני כדור הארץ. אצל מיואונים אלו אשר נעים במהירות קרובה מאוד למהירות האור, חלה התארכות זמן.
התארכות זמן יחסותית הופכת בעצם למסע בזמן לעתיד כאשר הצופה הנע והצופה הנייח נפגשים. ניתן להדגים תוצא זה בעזרת פרדוקס התאומים, שבו אחד מתוך זוג תאומים הוא אסטרונאוט היוצא למסע בחלל במהירות גבוהה, ואילו אחיו נשאר על פני כדור הארץ. עבור האסטרונאוט שנע במהירות גבוהה תתרחש התארכות זמן, ובעת המפגש המחודש שלהם, עם חזרתו מהמסע, הוא יהיה צעיר יותר מהתאום השני. אישוש לתופעה זו התקבל בעזרת ניסוי בו שעון אטומי שהוצב במטוס סילון אשר הקיף את כדור הארץ והזמן שלו הושווה עם שעון נייח. פרדוקס זה תואר בסרט "בין כוכבים" של כריסטופר נולאן.
התארכות זמן כבידתית - על פי תורת היחסות הכללית, התארכות זמן כבידתית מתרחשת עבור גוף שנמצא בשדה כבידה חזק. כך למשל, עבור גוף שנמצא סמוך לאופק האירועים של חור שחור, הזמן חולף בקצב איטי יחסית לגוף רחוק מאופק האירועים. התאום מהדוגמה למעלה, שהתקרב לאופק אירועים של חור שחור (מבלי לחצות אותו) וחזר לבסיס האם שלו, יהיה צעיר יותר מאחיו שלא ערך את המסע, כלומר התרחש מסע בזמן.
ככל שהגוף נמצא בשדה כבידה חזק יותר כך התארכות הזמן גדולה יותר, וניתן לומר על גוף שנמצא על אופק האירועים עצמו כי הזמן בשעונו עצר יחסית לצופה מרוחק. בהתעלם מהעובדה כי כל גוף חומרי שעובר את אופק האירועים מושמד, אם הגוף נכנס אל תוך אופק האירועים, אז הוא חווה התארכות זמן נוספת ככל שהוא מתקרב לסינגולריות במרכז החור השחור, וכאשר הוא מגיע לסינגולריות עצמה אז הזמן בשעונו עוצר לחלוטין יחסית לכל צופה שהוא, הן בתוך החור השחור הן מחוצה לו. תופעה זו מובילה לפרדוקס, שהשערת הצנזורה הקוסמית אמורה להגן עלינו מפניו. (ראה ספריו של פרדריק פול שער, סף האירוע והיצ'י). (וראה גם פוסט 59 עלך בעיות לא פתורות בקוסמולוגיה).
גם בשדה כבידה חלש מתרחשת התארכות זמן. ניתן לומר למשל שהזמן על פני כדור הארץ נע בקצב איטי יחסית לזמן בתחנת החלל הבינלאומית, ואפילו ניתן למדוד התארכות זמן על פני הקרקע יחסית לגג של גורד שחקים שם מהלך הזמן יהיה איטי יותר. ביישומים בהם נדרש דיוק גבוה במדידת הזמן, כמו במערכת GPS יש לקחת את התארכות הזמן הכבידתית בחשבון.
לולאה דמוית-זמן - היא מסלול סגור במרחב-זמן, כלומר מסלול שבו נקודת המוצא ונקודת הסיום זהות. מסלול כזה אפשרי בתורת היחסות הכללית במקרים מיוחדים. קיומה של לולאה דמוית-זמן מצביע על אפשרות של מסע אחורה בזמן, משום שתנועה כזו מתחייבת במסלול סגור שבו נקודת ההתחלה ונקודת הסיום נמצאות בזמן זהה.
חורי תולעת - חור תולעת הוא מבנה המתואר על ידי מרחב - זמן מיוחד, שקיומו אפשרי מנקודת מבטה של תורת היחסות הכללית. בהיותו "מסדרון" המקשר בין נקודות שלולא קיומו היו רחוקות מאוד זו מזו, ניתן להתייחס לחור תולעת בתור "קיצור דרך" ביקום. על מנת שחור התולעת יהיה גוף יציב, עליו להיות בנוי מחומר בעל מסה שלילית. בהתאם לתורת הקוונטים חומר כזה יכול להתקיים, למשל בצורת חלקיקים וירטואליים, אך לא ברור אם חומר בעל מסה שלילית יכול להתקיים למשך זמן רב. כלומר, לא ברור אם חור תולעת יכול להיות מבנה יציב. (ראה סידרת המד"ב סטרגייט)
בהנחה שחור תולעת יציב יכול להתקיים, ניתן לבצע בעזרתו מסע אחורה בזמן. נניח שחור תולעת מחבר בין שני תאומים. אחד מהם, האסטרונאוט, יוצא למסע בחלל במהירות גבוהה וגורר פתח אחד של חור התולעת בחללית, ואילו אחיו המדען נשאר על פני כדור הארץ עם הפתח השני. חור התולעת יכול להיות קצר ביותר, ולצורך ההסבר ניתן אפילו להניח ששני האחים מחזיקים ידיים דרך חור התולעת לכל אורך המסע, כלומר הזמן בשני קצותיו של חור התולעת מסונכרן. כאשר האסטרונאוט חוזר לכדור הארץ, בהתאם לפרדוקס התאומים חלף בשעונו זמן קצר מאשר בשעונו של אחיו. כעת, המדען שנשאר על פני כדור הארץ, או כל אדם אחר שנשאר עמו, יכול לעבור דרך חור התולעת מהצד של האסטרונאוט אל הצד של המדען, שעדיין מחזיק את ידו של האסטרונאוט, ובכך לחזור אחורה בזמן.
לדוגמה, האסטרונאוט יצא למסע בשנת 2100 וחזר לבית אחיו המדען, על פני כדור הארץ, כאשר בשעונו (של האסטרונאוט) השנה הייתה 2101. אולם, על פי פרדוקס התאומים, בשעונו של המדען חלף זמן רב יותר. נניח שעל פני כדור הארץ חלפו חמישים ואחת שנה ולכן בשעונו של המדען השנה היא כבר 2151. המדען, שנותר בביתו, יכול כעת להיכנס לחור התולעת הפתוח מהצד של האסטרונאוט וכך לחזור לכדור הארץ של שנת 2101, ולפגוש את עצמו צעיר יותר. בצורה זו הוא חוזר חמישים שנה אחורה בזמן. יש לשים לב שהמסע אחורה בזמן מוגבל לזמן בו יצא האסטרונאוט למסע, ולעולם לא ניתן לחזור לזמן שלפני בניית חור התולעת עצמו. כהמשך לאותה דוגמה, יכול אדם על פני כדור הארץ בשנת 2151, לחזור בזמן דרך חור התולעת הפתוח לכדור הארץ של שנת 2101 ולפגוש שם את סבו.
המשך מאמר מספר 49
תגובה מומלצת
עדיין לא נוספו תגובות.
הצטרף לשיחה
אתה יכול לכתוב עכשיו ולהרשם אחר כך אם יש לכם חשבון הכנס עכשיו בשביל לכתוב מהחשבון שלך