Bazı teoriler, özellikle de “özel ve genel görelilik“, uygun uzay zamanı geometrilerinin ya da uzayda belirli hareket biçimlerinin, bu geometriler ve hareketler mümkünse, geçmişe ya da geleceğe seyahat etmeye izin vereceğini ileri sürmektedir. Fizikçiler teknik makalelerde genellikle zamanda “hareket etme” ya da “seyahat etme” (“hareket” normalde zaman koordinatı değiştikçe uzamsal konumda meydana gelen değişiklik demektir.) klişelerinden kaçınmaktadırlar ve onun yerine cisimlerin kendi geçmişlerine dönmelerini sağlayarak, uzay zamanındaki kapalı çevrimleri şekillendiren hayat çizgileri olan kapalı zaman eğrisi ihtimalini tartışmaktadırlar.

Kapalı zaman eğrilerini içeren (Gödel uzay zamanı gibi) uzay zamanlarını tanımlayan genel görelilik denklemi için çözümlerin olduğu bilinmektedir. Ancak bu çözümlerin fiziksel olarak makullüğü kesin değildir. Görelilik, eğer bir kişi Dünya’dan bağıl hızda uzaklaşıp geri dönüyorsa, seyahat eden bu kişi için Dünya’da daha fazla zamanın geçmiş olduğunu öngörmektedir. Bu yüzden, bu açıdan bakıldığında göreliliğin “geleceğe yolculuğa” izin verdiği kabul edilmektedir (göreliliğe göre, ayrılma ve geri dönüş arasında gerçekte ne kadar zaman geçtiği sorusuna verilecek tek bir objektif yanıt yoktur ancak, hem Dünya’nın hem de yolcunun tecrübe ettiği tam zamanın ne kadar olduğuna dair objektif bir yanıt vardır, yani her birisi ne kadar yaşlandı; ikiz paradoksuna bakınız).

Öte yandan bilim toplumunda bulunan birçok kişi geçmişe zaman yolculuğunun oldukça olasılık dışı olduğuna inanmaktadır. Zamanda yolculuğa izin veren herhangi bir teori olası nedensellik problemleri öne sürmektedir. “Büyük baba paradoksu” klasik bir nedensellik problemidir. A kişisi zamanda geçmişe gittiğini ve A’nın büyükannesi A’nın babasına hamile kalmadan bu kişinin büyükbabasını öldürdüğünü varsayarsak ne olur? Ancak bazı bilim adamları, Novikov’un kendi içinde tutarlılık ilkesine ya da paralel evrenlerin dallara ayrılmasına başvurularak paradokslardan kaçınılabileceğine inanmaktadır.

Stephen Hawking, gelecekte turistlerin olmayışının zamanda seyahatin varlığına karşı olan bir tartışma olduğunu ileri sürmüştür. Fermi paradoksunun başka bir şeklidir. Tabi ki de bu, zamanda yolculuğun fiziksel olarak imkânsız olduğunu kanıtlamaz. Çünkü zamanda yolculuk fiziksel olarak mümkün olabilir ama hiçbir zaman uygulanacak hale gelmedi (ya da dikkatli bir şekilde hiç kullanılmadı). Zamanda yolculuk gelişmiş olsa bile, Hawking başka bir yerde zaman yolculuğunun yalnızca doğru bir yola saptırılan bir uzay zamanı bölgesinde gerçekleşebileceğini ve eğer geleceğe kadar böyle bir bölge yaratamazsak da zaman yolcularının o tarihten önce geçmişe seyahat edemeyeceklerini belirtmektedir.

Dolayısıyla “Bu resim bize neden gelecekten turistlerin akınına uğramadığımızı açıklamaktadır.” Bu durum basit bir şekilde, gerçekten bir zaman makinesinin icat edildiği zamana ulaşana kadar, zaman yolcularını göremeyeceğimiz anlamına gelmektedir. Carl Sagan da zaman yolcularının burada olabileceği ancak varlıklarını gizledikleri ihtimalini ya da zaman yolcuları olarak fark edilemediklerini iddia etmiştir. Bu durum uzay-zaman sürekliliğinde kasıtlı olmayan değişimler getirmenin bu yolcular için istenmeyen sonuçlar doğurabilmesi yüzündendir. Ayrıca var olan geçmiş olayları da değiştirebilir.

Genel Görelelik Kuramına göre Yarı klasik yer çekiminden çıkan tartışmalar, kuantum etkilerinin genel görelilikle birleştiği zaman bu boşlukların kapanabileceğini öne sürmesine rağmen, genel görelilik teorisi bazı olağanüstü durumlarda zamanda geçmişe yolculuğun mümkünlüğü için bilimsel bir dayanak oluşturmaktadır. Bu yarı klasik tartışmalar, Hawking’i doğanın temel yasalarının zamanda yolculuğu engellediğini söyleyen Kronoloji Koruma Varsayımı’nı formüle etmeye yönlendirdi. Ancak fizikçiler, kuantum mekaniğini genel görelilikle tamamen birleştiren bir kuantum çekim teorisi olmadan konu hakkında kesin bir yargıya varamamaktadırlar.

Zamanda geçmişe yolculuk teorik olarak aşağıdaki metotları kullanarak yapılır:

• Işık hızından daha hızlı seyahat
• Kozmik şeritlerin ve kara deliklerin kullanımı
• Solucan delikleri ve Alcubierre sürücüsü

Eğer bir kişi bir bilgiyi ya da cismi, Işıktan daha hızlı bir şekilde bir noktadan diğerine taşıyabilirse o zaman görelilik teorisine göre, işaretin ya da cismin zamanda geriye hareket ettiği bir eylemsiz referans çerçevesi meydana gelir. Bu örnek, bazı durumlarda farklı referans çerçevelerinin farklı yerlerdeki iki olayın “aynı anda” gerçekleşip gerçekleşmediği konusunda ve bu iki olayın sırası (teknik olarak bu anlaşmazlıklar, olaylar arasındaki uzay zaman aralığının ‘uzayımsı’ olduğu, yani her iki olayın da diğerinin gelecek ışık konisi üzerinde durmadığı zaman meydana gelmektedir). Eğer iki olaydan birincisi bir yerden diğerine sinyal göndermeyi, ikinci olay da aynı sinyalin başka bir yerden alınmasını temsil ediyorsa, o zaman bu sinyal ışık hızında ya da daha yavaş hareket ettiği sürece, eş anlılık matematiği bütün referans çerçevelerinin gönderim olayının alış olayından önce gerçekleştiği konusunda hemfikir olduğunu kesinleştirmektedir.

Ancak ışıktan daha hızlı olan varsayımsal bir sinyal durumunda her zaman, sinyalin zamanda geriye hareket ettiği söylenebilsin diye gönderilmeden alındığı bazı çerçeveler vardır. İki temel özel görelilik varsayımından biri, fizik kanunlarının her eylemsiz referans çerçevesinde aynı şekilde çalışması gerektiğini söylediği için, o zaman sinyallerin herhangi bir çerçevede zamanla geçmişe yolculuk yapması mümkünse, bu durum bütün çerçevelerde mümkün olmak zorundadır. Eğer A gözlemcisi B gözlemcisine, A çerçevesinde FTL (ışıktan daha hızlı)olan ancak B çerçevesinde zamanda geriye giden bir sinyal gönderirse ve B gözlemcisi de B çerçevesinde FTL (ışıktan daha hızlı) olan ancak A çerçevesinde zamanda geriye giden bir cevap gönderirse, buradan A’nın orijinal sinyali göndermeden cevabı aldığı anlamı çıkmaktadır ki bu her çerçevede nedenselliğin bariz bir ihlalidir.

Uzay zamanı diyagramını kullanarak böyle bir durumun gösterimi burada bulunabilir. Bu durum bazen takyonik anti telefon olarak isimlendirilmektedir. Özel göreliliğe göre, ışıktan daha yavaş olan bir cismi ışık hızına ulaştırmak sonsuz miktarda enerji gerektirmektedir. Görelilik, her zaman ışıktan daha hızlı hareket eden takyonların teorik olasılığını yasaklamamasına rağmen, kuantum alan teorisi kullanılarak analiz edildiğinde, ışık hızından daha hızlı bir şekilde bilgi iletmek için takyonları kullanmak aslında mümkün görünmemektedir. Ayrıca takyonların varlığı hakkında üzerinde çoğunlukla anlaşılan kanıtlar yoktur. Işıktan hızlı nötrino anomalisi nötrinoların muhtemelen takyon olduğunu iddia etmişti ancak daha ileri bir analizden sonra deney sonuçlarının geçersiz olduğu bulundu.

Başka bir deneyci grubu, bir teorinin varsaydığı radyasyon eksikliğinin, nötrinoların aslında ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceğini gösterdiğini belirtmiştir. OPERA ekip lideri Dario Autiero ve CERN araştırma direktörü Sergio Bertolucci diğer açıklamaların radyasyon yoluyla nötrino enerji kaybının eksikliği için mümkün olduğunu vurgulamışlardır.

Genel görelilik teorisi, kütle enerjisi ve momentum akışının neden olduğu uzay zamanın bükülmesi açısından yerçekimini kapsaması için özel teoriyi genişletmiştir. Genel görelilik evreni bir alan denklemleri sistemi altında tanımlamaktadır. “Kapalı zaman eğrilerine” izin veren bu denklemlerin çözümleri bulunmaktadır ve dolayısıyla da geçmişe seyahat vardır. Bu çözümlerin ilki Kurt Gödel tarafından önerilmiştir ve Gödel metriği olarak bilinmektedir. Ancak Gödel’in (ve diğerlerinin) örneği, evrenin sahip olmadığı fiziksel özellikleri olmasını gerektirmektedir. Genel göreliliğin bütün realistik durumlar için kapalı zaman eğrilerini yasaklayıp yasaklamadığı bilinmemektedir.

Aykırı solucan deliği olarak da bilinen uzay zaman bükülmesi olmaksızın bir solucan deliğinden geçmek imkânsız olmasına rağmen, solucan delikleri, Einstein’ın genel görelilik alan denklemlerince de uygun görülen varsayımsal uzay zaman bükülmesidir.

Aykırı solucan deliğini kullanan bir zaman makinesi (varsayımsal olarak) şu şekilde çalışmaktadır: solucan deliğinin bir ucu, belki ileri bir itici güç sistemiyle, ışık hızının önemli bir kısmına kadar hızlandırılır ve daha sonra eski konumuna tekrar getirilir. Alternatif başka bir yol da solucan deliğinin bir girişini alıp diğer girişinden daha fazla çekime sahip olan cismin çekim alanı içerisine hareket ettirmek ve daha sonra diğer girişe yakın bir pozisyona getirmektir. Zaman genişlemesi, dışarıdan da gözlenebileceği gibi, bu iki metot için de, sabit uçtan daha az zaman geçmesi için hareket ettirilen solucan deliğinin sonuna neden olur.

Ancak solucan deliğinin her iki ucundaki senkronize saatler (iki uç nasıl hareket ederse etsin), solucan deliğinden geçen bir gözlemcinin gördüğü gibi her zaman senkronize şekilde kalsın diye zaman, solucan deliğinin içerisinde dışarısından farklı olarak bağlanır. Bu, hızlanmış uca giren gözlemcinin, sabit uç, hızlanmış ucun girişten önceki andaki zamanıyla aynı olduğunda sabit uçtan çıkacağı anlamına gelmektedir. Örneğin, eğer gözlemci solucan deliğine girmeden önce hızlandırılmış uçtaki saatin 2007 yi, sabit uçtaki saatin 2012yi gösterdiğini bildirirse, o zaman sabit uçtaki tarih 2007 yi gösterdiğinde zamanda geçmişe yapılan ve dışarıdaki gözlemcilerin de gördüğü bu yolculukta gözlemci sabit uçtan çıkar.

Böyle bir zaman makinesinin önemli bir sorunu, makinenin, zamanda sadece ortaya ilk çıkışı kadar geçmişe gitmesinin mümkün oluşudur. Esas itibarıyla, zaman makinesi zamanda kendi kendine hareket eden bir alet olmaktan ziyade zamandan geçen bir yoldur ve teknolojinin kendisinin zamanda geriye götürülmesine izin vermeyecektir. Bu durum Hawking’in gözlemine yeni bir alternatif sağlayabilir: zaman makinesi bir gün yapılacak ancak henüz yapılmadı, bu yüzden de gelecekteki turistler zamanda bu kadar geçmişe ulaşamayacaklar.

Solucan deliklerinin doğasıyla ilgili günümüz teorilerine göre, aykırı bir solucan deliğinin yapımı negatif enerjili bir maddenin (sıklıkla “egzotik madde” olarak bilinir) varlığını gerektirmektedir. Daha teknik bir şekilde anlatacak olursak, solucan deliği uzay zamanı zayıf, güçlü ve hâkim enerji durumlarıyla, sıfır enerji durumu gibi çeşitli enerji durumlarına uymayan bir enerji dağılımını gerektirmektedir. Fakat kuantum etkilerinin küçük, ölçülebilir sıfır enerji durumu ihlallerine neden olabileceği bilinmektedir ve çoğu fizikçi gerekli negatif enerjinin, kuantum fiziğindeki Casimir etkisiyle aslında mümkün olabileceğine inanmaktadır. İlk hesaplamalar oldukça büyük bir negatif enerjinin gerekli olduğunu öne sürmesine rağmen, daha sonraki hesaplamalar negatif enerji miktarının isteğe bağlı olarak küçük de olabileceğini göstermiştir.

Matt Visser 1992’de böyle indüklenmiş bir saat farkıyla solucan deliğinin iki ağzının, solucan deliğinin ya çöküşüne ya da iki ağzın birbirini itelemesine neden olacak kuantum alanı ve çekim alanı etkileri ortaya çıkmadan bir araya getirilemeyeceğini savunmaktadır. Bu yüzden, nedensellik ihlalinin ortaya çıkması için iki ağız yeterince birbirine yaklaşamaz. Ancak 1997 deki bir makalede Visser, bunun nedensellik ihlalinin mümkün olduğuna bir kanıt olmaktan ziyade muhtemelen klasik kuantum çekim teorisindeki bir hata olduğu sonucuna varmasına rağmen, simetrik bir poligonda düzenlenmiş N sayıda solucan deliğinin karmaşık bir “Roman halkası (yüzüğü)” (Adını Tom Roman’dan almıştır) konfigürasyonunun hala zaman makinesi olarak hareket edebileceğini varsaymıştır.

Bir diğer yaklaşım, 1936da Willem Jacob van Stockum ve 1924te Kornel Lanczos tarafından keşfedilen bir GR çözümü olan genellikle Tipler silindiri olarak bilinen yoğun dönen bir silindiri içermektedir. Ancak 1947 de Frank Tipler’in analizine kadar kapalı zaman eğrilerine izin veren bir şekilde tanınmadı. Eğer bir silindir sonsuz şekilde uzunsa ve kendi uzun ekseninde yeterince hızlı dönüyorsa, o zaman spiral bir yolda silindir etrafında uçan bir uzay gemisi zamanda geriye gidebilir (ya da spiralinin yönüne bağlı olarak geleceğe). Ancak gerekli olan yoğunluk ve hız o kadar büyüktür ki sıradan cisim silindiri oluşturmak için yeterince güçlü değildir. Kozmik bir şeritten benzer bir araç yapılabilir fakat bu araçların hiçbirisinin var olduğu bilinmemektedir ve yeni bir kozmik şerit yaratmak mümkün görünmemektedir.

Fizikçi Robert Forward, genel göreliliğin kuantum mekaniğine sade bir uygulanmasının zaman makinesi yapmak için başka bir yol ileri sürdüğünü belirtmektedir. Güçlü bir manyetik alandaki ağır bir atom çekirdeği, yoğunluğu ve “spini (dönüşü)” bir zaman makinesi yapmak için yeterli olan bir silindirin içine uzayacaktır. Ona yansıtılan gama ışınları bilginin (cismin değil) zamanda geçmişe gönderilmesine izin verebilir. Ancak Forward, görelilik ve kuantum mekaniğini birleştiren tek bir teoriye sahip olana kadar, böyle spekülasyonların mantıksız olup olmadığı hakkında hiçbir fikre sahip olmayacağımızı belirtmektedir.

Genel göreliliğe göre zayıf enerji durumunun sağlandığı, yani negatif enerji yoğunluğu olan hiçbir bir cismi (egzotik cisim) bulunmadığı bir bölgede, özel bir zamanda zaman makinesi (yoğun olarak Cauchy Ufku meydana getiren bir zaman makinesi) yapmanın imkânsız olduğunu gösteren teoremi kanıtlayan Stephen Hawking, dönen silindirlere ya da kozmik şeritlere dayalı zamanda yolculuk planlarına karşı daha önemli bir itirazda bulunmuştur. Tipler, eğer spin (dönüş) oranı yeterince hızlı olursa, sonlu silindirin kapalı zaman eğrileri oluşturabileceğini ve matematiksel olarak analizi daha kolay olan sonsuz uzunluktaki silindirler gibi çözümleri ileri sürmesine rağmen, bunu kanıtlayamamıştır.

Ancak Hawking, teoreminden dolayı, “Bu, her yerde pozitif enerji yoğunluğu ile yapılamaz! Sonlu bir zaman makinesi yapmak için, negatif enerji gerektiğini kanıtlayabilirim.”demiştir. Bu sonuç, Hawking’in “ nedensellik ihlalleri, bükülme aykırılıkları olmadan uzay zamanın sonlu bir bölgesinde meydana gelmektedir olayını” incelediği kronoloji koruma varsayımı üzerine olan 1992 yılındaki makalesinden gelmektedir ve yoğun şekilde meydana gelen bir Cauchy ufku olacağını ve genel olarak tamamlanmamış olacak bir ya da daha fazla kapalı sıfır jeodeziler içerdiğini kanıtlamaktadır.

Lorentz basıncını ve alanını ölçen geometrik miktarların sürekli olarak bu kapalı sıfır jeodeziler etrafında artmakta olduğu belirtilebilir. Eğer nedensellik ihlali yoğun olmayan (tıkız) bir başlangıç yüzeyinden gelişirse, ortalama zayıf enerji durumu Cauchy ufkunda bozulmalıdır.

Ancak bu teorem

1) yoğun şekilde olmayan Cauchy ufukları (Deutsch-Politzer zaman makinesi gibi) olan zaman makineleri vasıtasıyla zamanda yolculuk ihtimalini ve
2) (aykırı solucan delikleri ya da Alcuiberre sürücüsü için gerekli olacak) egzotik cisim barındıran bölgelerde zamanda yolculuk ihtimalini reddetmemektedir. Teorem, genel göreliliğe dayandığı için genel görelilikle yer değiştiren bir gelecek kuantum çekim teorisinin egzotik cisim olmasa bile (böyle bir teorinin zaman yolculuğuna daha fazla kısıtlamalar getirmesi ya da Hawking’in kronoloji koruma varsayımının öne sürdüğü gibi tamamen reddetmesi de mümkün olmasına rağmen) zamanda yolculuğa izin vermesi akla yatkındır.

İlgili Videolar