การเดินทางข้ามเวลา: ความจริงทางวิทยาศาสตร์

สรุปโดยย่อ:

แม้ว่าแนวคิดของการเดินทางข้ามเวลาด้วยเครื่องจักรยังคงเป็นเพียงนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ความจริงที่น่าสนใจคือ การเดินทางข้ามเวลานั้นเกิดขึ้นจริงอยู่ตลอดเวลา เช่น นาฬิกาบนเครื่องบินและดาวเทียมเดินด้วยความเร็วที่แตกต่างจากนาฬิกาบนโลก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์การยืดและหดของเวลา

แท้จริงแล้วเราทุกคนล้วนเป็นนักเดินทางข้ามเวลา! ทุก ๆ วันเกิด หมายถึงการเดินทางผ่านเวลาไปอีกหนึ่งปี และในระดับพื้นฐาน เราทุกคนเดินทางผ่านเวลาในอัตราประมาณหนึ่งวินาทีต่อวินาที

เราทุกคนเดินทางผ่านเวลาในอัตราประมาณหนึ่งวินาทีต่อวินาที

แม้แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศอันทรงพลังของ NASA ก็ช่วยให้เรามองเห็นอดีตได้ กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้เราสังเกตดาวฤกษ์และกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไปได้ แสงจากกาแล็กซีเหล่านี้ใช้เวลานานมากในการเดินทางมาถึงเรา ดังนั้น เมื่อเรามองดูจักรวาลผ่านกล้องโทรทรรศน์ เรากำลังเห็นวัตถุบนท้องฟ้าเหล่านี้ในอดีต

อย่างไรก็ตาม เมื่อเราพูดถึง “การเดินทางข้ามเวลา” เรามักจะนึกถึงสิ่งที่น่าตื่นเต้นกว่าความก้าวหน้าทางธรรมชาตินี้ เรามักจินตนาการถึงการเดินทางผ่านเวลาที่เร็วขึ้นหรือช้าลง ซึ่งเป็นแนวคิดที่มักปรากฏในภาพยนตร์และนิยายวิทยาศาสตร์ แต่การเดินทางข้ามเวลาแบบนี้จะเป็นไปได้มากกว่านิยายหรือไม่? ตามหลักการทางวิทยาศาสตร์ คำตอบคือ ใช่

ภาพกาแล็กซีในอดีตจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

เปิดเผยความลับทางวิทยาศาสตร์: ทำไมการเดินทางข้ามเวลาจึงเป็นไปได้

กว่าศตวรรษที่แล้ว อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง ได้ปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเวลาด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทฤษฎีนี้ระบุว่า เวลาและอวกาศไม่ใช่สิ่งที่แยกจากกัน แต่เชื่อมโยงกันเป็นหนึ่งเดียวที่เรียกว่า ปริภูมิ-เวลา ไอน์สไตน์ยังกำหนดขีดจำกัดความเร็วสากล: ไม่มีสิ่งใดในจักรวาลที่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสง ซึ่งมีความเร็วประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที

ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์เชื่อมโยงปริภูมิและเวลา

แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพมีความหมายอย่างไรต่อความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลา? การทำนายที่สำคัญของทฤษฎีนี้คือ ยิ่งคุณเดินทางผ่านอวกาศเร็วเท่าไหร่ คุณก็จะยิ่งสัมผัสกับเวลาที่ช้าลงเทียบกับคนที่เคลื่อนที่ช้ากว่า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การยืดของเวลา ซึ่งได้รับการตรวจสอบโดยนักวิทยาศาสตร์แล้ว

การทดลองที่น่าสนใจอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับการตั้งนาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำสูงสองเรือนให้ตรงเวลาเดียวกัน นาฬิกาเรือนหนึ่งตั้งอยู่บนโลก ส่วนอีกเรือนหนึ่งวางไว้บนเครื่องบินที่บินรอบโลกไปในทิศทางเดียวกับการหมุนของโลก เมื่อเครื่องบินกลับมา นักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบการอ่านของนาฬิกาทั้งสองเรือน ผลปรากฏว่านาฬิกาที่เดินทางบนเครื่องบินมีความเร็วช้ากว่านาฬิกาที่อยู่บนพื้นเล็กน้อย การทดลองนี้เป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่านาฬิกาบนเครื่องบินสัมผัสกับเวลาที่ช้ากว่าหนึ่งวินาทีต่อวินาทีเล็กน้อย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการยืดของเวลา

ภาพประกอบการทดลองนาฬิกาบนเครื่องบิน

การเดินทางข้ามเวลาในเทคโนโลยีประจำวัน: GPS และทฤษฎีสัมพัทธภาพ

แม้ว่าเราอาจไม่มีเครื่องเดินทางข้ามเวลาที่สามารถพาเราย้อนกลับไปในอดีตหรืออนาคตได้ – การเดินทางข้ามเวลาแบบนั้นยังคงเป็นเพียงนิยายวิทยาศาสตร์ – แต่หลักการของการเดินทางข้ามเวลาตามที่อธิบายไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้นมีผลกระทบต่อเทคโนโลยีที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน

ลองพิจารณาระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) ที่เราใช้สำหรับการนำทาง ดาวเทียม GPS ซึ่งจำเป็นสำหรับการระบุตำแหน่งและนำทางเราไปยังจุดหมายปลายทางนั้น ขึ้นอยู่กับการรักษาเวลาที่แม่นยำอย่างเหลือเชื่อ นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ยังใช้ GPS เวอร์ชันที่มีความแม่นยำสูงเพื่อติดตามตำแหน่งของดาวเทียมในอวกาศอย่างพิถีพิถัน ที่น่าสนใจคือ ความแม่นยำของ GPS ขึ้นอยู่กับการคำนึงถึงผลกระทบของการเดินทางข้ามเวลาที่ทำนายไว้โดยทฤษฎีของไอน์สไตน์

ดาวเทียม GPS โคจรรอบโลกด้วยความเร็วสูง ประมาณ 8,700 ไมล์ (14,000 กิโลเมตร) ต่อชั่วโมง เนื่องจากความเร็วสูง การยืดของเวลาทำให้นาฬิกาบนดาวเทียม GPS เดินช้าลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับนาฬิกาบนพื้นผิวโลก – คล้ายกับการทดลองบนเครื่องบินที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้

ดาวเทียม GPS โคจรรอบโลก

อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกแง่มุมหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพที่เข้ามามีบทบาท ดาวเทียม GPS โคจรอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 12,550 ไมล์ (20,200 กม.) เหนือโลก ที่ความสูงนี้ แรงโน้มถ่วงของโลกอ่อนกว่าบนพื้นผิว ทฤษฎีของไอน์สไตน์ยังทำนายว่า แรงโน้มถ่วงจะบิดเบือนปริภูมิ-เวลา ทำให้เวลาเดินช้าลงในสนามแรงโน้มถ่วงที่แรงกว่า ดังนั้น เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่อ่อนกว่าที่ระดับความสูงของวงโคจร นาฬิกาบนดาวเทียม GPS จึงเดินเร็วกว่านาฬิกาบนพื้นเล็กน้อย

ผลกระทบโดยรวมคือการรวมกันของผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพสองประการนี้: การยืดของเวลาเนื่องจากความเร็วทำให้นาฬิกาดาวเทียมช้าลง ในขณะที่แรงโน้มถ่วงที่อ่อนกว่าทำให้เร็วขึ้น ผลลัพธ์สุทธิคือ นาฬิกาบนดาวเทียม GPS สัมผัสกับเวลาที่เร็วกว่าหนึ่งวินาทีต่อวินาทีเล็กน้อย เมื่อเทียบกับนาฬิกาบนโลก

โชคดีที่นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งได้มาจากทฤษฎีของไอน์สไตน์เพื่อแก้ไขความแตกต่างของเวลาเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ

ภาพประกอบการคำนวณความแตกต่างของเวลา

หากไม่มีการแก้ไขที่สำคัญเหล่านี้ต่อนาฬิกา GPS ข้อผิดพลาดที่สำคัญจะสะสมอย่างรวดเร็ว ดาวเทียม GPS จะสูญเสียความสามารถในการคำนวณตำแหน่งของตนเองอย่างแม่นยำ และส่งผลให้ตำแหน่งของคุณบนโลกผิดพลาด ข้อผิดพลาดเหล่านี้จะทบต้นเป็นระยะทางหลายไมล์ในแต่ละวัน ทำให้ระบบนำทาง GPS ไม่น่าเชื่อถืออย่างสมบูรณ์ แผนที่ GPS ของคุณอาจระบุผิดพลาดว่าบ้านของคุณอยู่ห่างจากตำแหน่งจริงหลายไมล์!

สรุป: การเดินทางข้ามเวลาเป็นเรื่องจริง แต่ไม่เหมือนที่เราจินตนาการ

โดยสรุป ใช่ การเดินทางข้ามเวลาเป็นปรากฏการณ์จริง ซึ่งมีรากฐานมาจากหลักการทางวิทยาศาสตร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า มันไม่ใช่การเดินทางข้ามเวลาที่มหัศจรรย์อย่างที่มักปรากฏในวัฒนธรรมสมัยนิยม ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ เช่น ความเร็วสูงหรือสนามแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน เป็นไปได้ที่จะสัมผัสกับเวลาที่ผ่านไปในอัตราที่แตกต่างจากหนึ่งวินาทีต่อวินาทีมาตรฐานที่เรารับรู้โดยทั่วไป การทำความเข้าใจรูปแบบการเดินทางข้ามเวลาในโลกแห่งความเป็นจริงนี้ ไม่ใช่แค่ความอยากรู้อยากเห็นทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังจำเป็นสำหรับการทำงานของเทคโนโลยีที่เป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา เช่น การนำทางด้วย GPS