Peter Millington: Stephen Hawkingi viimane raamat annab lootust, et kunagi võib olla võimalik ajas rännata

Stephen Hawking. Foto: Lucas Jackson / Reuters/Scanpix

«Kui keegi taotleks uurimisgranti ajarännu teemal, siis lükataks see aega viitmata tagasi,» kirjutab füüsik Stephen Hawking juba postuumselt ilmunud raamatus «Lühikesed vastused suurtele küsimustele» («Brief Answers to the Big Questions»). Aga tal on õigus ka selles, et küsimus, kas ajaränd on võimalik, on «väga tõsine küsimus», mida igal juhul saab käsitleda teaduslikult, kirjutab Nottinghami Ülikooli füüsika- ja astronoomiakooli osakeste kosmoloogia grupi teadur Peter Millington veebiväljaandes The Conversation. 

Väitega, et meie praeguste teadmiste kohaselt ei saa seda välistada, tundub Hawking olevat natuke optimistlikki. Mida peaksime siis arvama? Me ei suuda täna ajamasinat ehitada, aga äkki millalgi tulevikus?

Alustame igapäevakogemusest. Me võtame enesest mõistetavana võimet helistada sõpradele ja pereliikmetele, kus nad ka ei asuks, et saada teada, kuidas neil just praegu läheb. Aga tegelikult ei saa me seda mitte kunagi teada. Nende häält ja pilti edastavad signaalid liiguvad üle mõistuse kiiresti, aga siiski nõuab nende jõudmine meieni teatava kindla aja.

Meie suutmatus tabada kellegi kaugel asuva hetke «nüüd» on Albert Einsteini ruumi ja aja teooria kese.

Valguse kiirus

Einstein andis meile teada, et ruum ja aeg on ühe ja sama asja ehk aegruumi komponendid ja et me peaksime ajavahemikest mõtlema samamoodi nagu ruumivahemikest. See võib ju kõlada iseäralikult, aga tegelikult me võimegi täiesti normaalselt vastata «umbes kaks ja pool tundi», kui meie käest päritakse, kui kaugele jääb Birmingham Londonist. Me peame sellega muidugi silmas, et teekond võtab nii palju aega, kui me läbime selle keskmise kiirusega 80 kilomeetrit tunnis.

Matemaatiliselt võrdub meie vastus väitega, et Birmingham asub Londonist ligikaudu 200 kilomeetri kaugusel. Füüsikud Brian Cox ja Jeff Forshaw kirjutavad raamatus «Miks E=mc²?» («Why does E=mc²?»), et aeg ja kaugus «on omavahel vahetatavad millegi abil, millel on kiiruse väärtus”» Einsteini vaimuvälgatus viis ta arvamusele, et aja ja kauguse vahetuskurss aegruumis on universaalne - ja selleks on valguse kiirus.

Valguse kiirus on suurim, millega mis tahes signaal saab liikuda, mis paneb paika põhimõttelise piiri, kui ruttu on meil võimalik teada saada, mis toimub mujal universumis. See annab meile «põhjuslikkuse» ehk seaduspära, et tagajärg peab alati järgnema põhjusele. Sellest on saanud väga tõsine okas kõigi ajarännuentusiastide istmiku all. Ka minu silmis tähendaks ajas tagasi liikumine ja selliste sündmuste käivitamine, mis välistavad minu sündimise, tagajärje (minu) asetamist põhjuse (minu sünni) ette.

Kui nüüd valguse kiirus on universaalne (tühjas ruumis ehk vaakumis), siis peavad meie mõõtmised andma tulemuseks, et see on alati ühesugune - 299 792 458 meetrit sekundis - sõltumata sellest, kui kiiresti me ise liigume. Einstein mõistis, et kui valguse kiirus on absoluutne, siis ruum ja aeg seda olla ei saa. Nii selguski, et liikuv kell peab tiksuma aeglasemalt kui paigal seisev.

Kui ma lendaksin selle uskumatu kiirusega kosmoselaeval ja lõpuks naaseksin Maale, siis minu jaoks oleks möödunud palju vähem aega kui neil, kes minust Maale maha jäid. Kõik peaksid sellest järeldama, et minu elu on kulgenud otsekui aegluubis - ma olen vananenud palju aeglasemalt kui nemad - ja mina peaksin järeldama, et nende elu on kulgenud kui kiire edasikerimisega. Mida kiiremini minu reis toimus, seda aeglasemalt liikus edasi minu kell võrreldes Maale jäänud kelladega. Kui ma oleksin teinud reisi valguse kiirusel, siis oleksin naasnud justkui ajas seisma jäänuna.

Aga kui me oleksime suutelised liikuma kiiremini kui valgus, kas siis hakkaks aeg tagurpidi kulgema, nagu ulmekirjandus on kippunud meile selgeks tegema?

Paraku kulub lõputa palju energiat inimese liikumise kiirendamiseks juba valguse kiiruseni, rääkimata siis üle selle. Aga isegi kui see oleks võimalik, siis aeg lihtsalt ei liigu tagurpidi. Sel juhul ei oleks üldse enam mõtet rääkida edasi- ja tagasisuunast. Põhjuslikkuse seadus oleks rikutud ning põhjuse ja tagajärje kontseptsioon ise kaotaks igasuguse tähenduse.

Ussiaugud

Einstein ütles meile sedagi, et gravitatsioonijõud tuleneb sellest, kuidas mass ruumi ja aega kõverdab. Mida suurema massi me ruumiossa surume, seda rohkem aegruum kõverdub ja seda aeglasemalt sealkandis paiknevatel kelladel aeg liigub. Kui suruda ruumiossa piisavalt massi, siis kõverdub aegruum sel määral, et isegi valgus ei suuda selle gravitatsiooniväljast pääseda - ning nii tekib must auk. Kui nüüd jõuda musta augu servale ehk sündmuste horisondile, siis liigub kell edasi lõpmatult aeglaselt võrreldes kaugel eemal asuvate kelladega.

Kas me siis võiksime kõverdada aegruumi vajalikul moel, et see iseenda sulgeks, ja sel moel ajas tagasi rännata?

Vastus kõlab «võib-olla» ja vajalikku kõverdamist nimetatakse läbitavaks ussiauguks. Kuid meil tuleb selle stabiliseerimiseks ühtlasi luua negatiivse energiatihedusega ruumiosi ning 19. sajandi klassikalise füüsika järgi ei olnud see võimalik. Tänapäeva kvantmehaanika teooria võib aga seda juba lubada.

Kvantmehaanika ütleb meile, et tühi ruum ei ole tegelikult tühi. Selle asemel on see täidetud osakeste paaridega, mis kord eksisteerivad, siis jälle kaovad. Kui me suudame luua piirkonna, kus paare tekib ja kaob vähem kui mujal, siis ongi sellel piirkonnal negatiivne energiatihedus.

Kuid selge teooria loomine, mis ühendaks kvantmehaanika Einsteini gravitatsiooniteooriaga, on tänaseni jäänud üheks toreetilise füüsika suuremaks väljakutseks. Oma lahenduse sellele võib pakkuda stringiteooria (täpsemalt M-teooria)

M-teooria eeldab, et aegruumil on 11 dimensiooni: aeg ja kolm ruumimõõdet, milles me liigume, ning veel seitse mõõdet, mis on kokku väändunud nähtamatult väikeseks. Kas me saaksime neid täiendavaid ruumidimensioone ära tarvitada kiirtee loomiseks ruumis ja ajas? Hawking vähemalt lootis seda.

Ajaloo päästmine

Kas siis ajaränd võiks tõepoolest võimalik olla? Meie praeguse arusaamise kohaselt ei saa seda välistada, aga tõenäoliselt on vastus siiski «ei».

Einsteini teooriad ei suuda kirjeldada aegruumi struktuuri uskumatult väikesel skaalal. Kuigi loodusseadused võivad tihtipeale minna otseti vastuollu meie argikogemusega, siis on nad ometi alati kooskõlas iseendaga, mis jätab õige napilt ruumi paradoksidele, mida hakkaks lausa tulvama juhul, kui me ulmekirjanduses kajastatud ajarändude moodi hakkaks mässama põhjuse ja tagajärje vahekorraga.

Lustlikust optimismist hoolimata möönis Hawking, et seni avastamata füüsikaseadused, mis ühel heal päeval asendavad Einsteini omad, võivad üldse välistada suurte objektide, näiteks minu ja sinu, armas lugeja, suvalise (mitte põhjusliku) liikumise ajas edasi ja tagasi. Me nimetame seda tema «kronoloogia kaitsmise konjektuuriks».

Igal juhul, olgu tulevikul meile varuks ajamasinad või mitte, saame end lohutada teadmisega, et kui ronime mägedes või vajutame autol gaasi põhja, muudame aja kulgemise kiirust.

Nii tasuks ka tänavusel «ajaränduri teesklemise päeval» (see, nagu teada, tuleb 8. detsembril) meeles pidada, et kõik inimesed juba on ajarändurid - ainult et võib-olla mitte moel, nagu nad on lootnud.

Inglise keelest eesti keelde ümber pannud Marek Laane