Roterande laserljus får tiden att gå bakåt

Ronald Mallett hade fjärilar i magen när han kom till föreläsningssalen på Howard University.

Än så länge fanns ingen i lokalen, men om bara några timmar skulle stolarna vara fyllda med några av världens ledande experter i teoretisk fysik – och framför den här publiken skulle han avslöja sina kontroversiella resultat och ännu mer kontroversiella antaganden om vad de enligt hans mening kunde leda till.

Extra skrämmande var att talaren som skulle gå upp på podiet precis före honom var Bryce DeWitt, en högt aktad teoretisk fysiker specialiserad på Einsteins relativitetsteorier.

När föreläsningssalen var fylld och konferensen hade började inledde DeWitt sin föreläsning med att säga att man som talare aldrig ska berätta allt som man vet om sitt ämne och aldrig använda mer än sex slides.

Mallett vred på sig.

När det blev hans tur såg han ingen annan utväg än att slå ut med armarna och säga: ”Bara så att ni vet – jag har 60 slides och ända sedan jag fick höra att professor DeWitt skulle vara här i dag har jag känt att jag måste berätta allt jag vet om mitt ämne för honom.”

Så här skriver Ronald Mallett själv i sin bok ”Time Traveler” den betydelsefulla dagen då han för första gången berättade för andra teoretiska fysiker om de tankar och teorier han vigt sitt liv till.

Vid föreläsningen på Howard University den 25 juni 2002 lade han fram sina lösningar på en rad av de så kallade fältekvationer som är centrala i Einsteins relativitetsteorier.

Inte minst berättade han att lösningarna bevisade att det är möjligt att bygga en tidsmaskin – inte bara i teorin, utan med teknik som blir tillgänglig under 21:a århundradet.

Malletts idé bygger på en rad egenskapar för ljus som relativitetsteorierna har avslöjat.

Genom att låta ljus cirkulera i en ring menar Mallett att det är möjligt att böja rymden och tiden och skapa så kallade slutna tidsringar som gör det möjligt att lämna nutiden och resa tillbaka i tiden.

Därmed har Mallett kanske hittat lösningen på ett problem som han har grunnat på sedan en tragisk händelse förändrade hans liv när han var tio.

Nu, 65 år senare, är han redo att bygga den första prototypen och bevisa principen för sin tidsmaskin.

En maskin kan övervinna döden

Ronald hade precis somnat när hans far dog i en hjärtattack. Det hade varit en lång dag där föräldrarna hade haft vänner på besök för middag och drinkar.

Den 22 maj 1955 var deras elvaåriga bröllopsdag så de ville fira. Nu fick den dagen i stället en helt annan betydelse för Ronald.

Som äldst i syskonskaran såg han upp till sin far och hade honom både som idol och förebild, och förlusten av honom i så ung ålder var outhärdlig: ”Min fars död var slutet på min värld. Jag var helt förkrossad. Efter hans begravning kändes det som att livet inte längre hade någon mening.”

Intresset för teknik och läsning hjälpte Mallett att ändå gå vidare med sitt liv. Året efter faderns död öppnade en bok hans ögon för vad som skulle bli hans livsuppgift.

I en kiosk såg han framsidan på serietidningen ”Tidsmaskinen”, en populär version av H.G. Wells science fiction-roman med samma titel.

Han tog upp tidningen, bläddrade fram första sidan och läste de första meningarna: ” Vetenskapsmän vet att tid bara är en form av rymd. Vi kan röra oss fram och tillbaka i tiden på samma sätt som vi kan röra oss fram och tillbaka i rymden.”

Meningarna brände sig fast i hjärnan på den unge Mallett som omedelbart insåg betydelsen. Om han kunde bygga en tidsmaskin skulle han kunna resa tillbaka i tiden och återse sin far.

Åren därefter gick det upp för honom att det bara fanns ett sätt att förverkliga drömmen: Han bestämde sig för att bli fysiker.

Svarta hål får tiden att stanna

Mallett inledde sina fysikstudier 1968 och fick där en djupare förståelse för Einsteins teorier och vad de betyder för tidsresor.

Den speciella relativitetsteorin som Einstein publicerade 1905 öppnar möjligheten för att resa in i framtiden.

Teorin säger att tiden går långsammare för ett objekt som rör sig. Ju snabbare det rör sig, desto långsammare går tiden.

En man som reser till en stjärna 25 ljusår från jorden och tillbaka igen med en hastighet nära ljusets kommer att uppleva att resan tar tio år.

Men när han kommer hem har det gått 50 år på jorden och utifrån hans perspektiv har han rest 40 år in i framtiden.

Den tidsfördröjning som teorin beskrev – och som experiment senare har bekräftat – fascinerade den unge fysikstudenten, men det fanns en allvarlig hake: Den öppnade bara för tidsresor in i framtiden.

För att ha något hopp om att återse sin far fick Mallett i stället förlita sig på Einsteins generella relativitetsteori.

Enligt teorin som gavs ut 1915 är gravitationen inte en kraft som reser genom rymden utan en kraft som formar rymden.

En kropp som har massa böjer rymden runt sig och böjningen påverkar hur andra kroppar rör sig. Ju större massa en kropp har, desto större är böjningen runt det.

Ännu mer intressant för Mallett var att den generella relativitetsteorin förde in tiden som en dimension i linje med de tre rumsdimensionerna.

Det betyder att även tiden påverkas av massa i rymden och om massan är stor nog får det stora konsekvenser för tiden.

Det gäller till exempel i närheten av svarta hål där mycket stor massa är koncentrerad på en försvinnande liten yta. På den så kallade händelsehorisonten nära det svarta hålet står tiden helt stilla.

Ända sedan Einstein lade fram sin generella relativitetsteori har fysiker spekulerat i vad den betyder för vår förståelse av tiden.

Det finns de som menar att svarta hål kan förbindas så att de bildar en genväg genom rumtiden, ett maskhål.

En resa genom ett maskhål skulle inte bara leda till en annan plats i universum utan också till en annan tid – antingen bakåt i tiden eller framåt i tiden.

Enligt den amerikanska fysikern Kip Thorne kan ett maskhål i princip konstrueras så att det är möjligt för en människa att passera genom det, men det kräver att tunneln fodras med ett exotiskt material som motverkar gravitationen för att hålet inte ska kollapsa och något sådant material har fysikerna ännu inte lyckats hitta.

Einsteins rumtid utmanar också vår vardagliga förståelse för tiden som en objektiv storlek där dåtid och framtid är skilda av ett universellt ”nu”.

I det så kallade blockuniversum som Einsteins världsbild har givit oss finns det inget universellt ”nu” och därför heller inte någon skillnad mellan dåtid och nutid.

Alla tidpunkter finns samtidigt – det är bara en fråga om var i rumtiden vi befinner oss. Liksom vi kan röra oss geografiskt från en plats till en annan kan vi också röra oss från en tidpunkt till en annan – i alla fall i teorin.

Insikten i Einsteins teorier bekräftade för Mallett att hans pojkdröm inte var omöjlig. Dåtiden finns kvar. I gengäld visste han att vägen till den var så svår att folk skulle tro att han var galen om han berättade om sin plan.

Hör Mallett berätta sin personliga historia

I sin doktorsavhandling valde han att undersöka hur tid uppför sig i ett växande universum, men först långt senare i sin akademiska karriär vågade han dela med sig av sina hemliga tankar.

Cirkulerande ljus leder tillbaka i tiden

Idén till en tidsmaskin dök upp när Mallett minst väntade det. Smärtor i bröstet tvingade honom att sjukskriva sig i början på 1999 och mörka tankar på att dö i en hjärtattack som sin far kastade honom ut i en depression.

En morgon, fortfarande iförd morgonrock och tofflor, gick han in i sitt hemmakontor och återfick plötsligt motivationen.

Han började gå igenom teorier om tidsresor och kompletterade dem med sin egen forskning i svarta hål, som han hade lagt större delen av sin tid på som professor vid University of Connecticut.

De flesta fysiker är eniga om att alla svarta hål har spinn, det vill säga roterar runt sig själva.

Nära centrum av det svarta hålet är rotationen så snabb att det enligt teorin kan ge slutna tidsringar, det vill säga ett område, där tiden bokstavligt talat går runt i en ring.

En tur runt en sluten tidsring leder från dåtid till nutid och tillbaka igen där historien hela tiden upprepar sig själv.

Den slutna tidsringen är en följd av en effekt som kallas ”frame dragging” och förutspåddes i fältekvationerna i den generella relativitetsteorin.

Effekten uppstår runt alla objekt som har massa och som roterar runt sig själva. Rotationen böjer rumtiden runt objektet så att både rum och tid förvrängs. Det sker också runt jorden, men här är effekten så liten att den är svårt att mäta.

Mallet började fundera på om fenomenet inte nödvändigtvis krävde objekt med mycket stor massa. Det kunde kanske också framkallas av ljus.

Ljuspartiklar, så kallade fotoner, har ingen massa utan bär energi. Enligt Einstein är massa och energi två sidor av samma mynt.

Det framgår bland annat av hans berömda ekvation E = mc2, där E är energi, m är massa och c är ljusets hastighet.

Om en koncentrerad ljusstråle skickas runt i en ring skulle den möjligtvis böja rumtiden runt sig på samma sätt som ett roterande svart hål och framkalla en sluten tidsring.

Mallett grubblade över hur teorin kunde bevisas i praktiken och här fick han nytta av erfarenheter från sitt första jobb på United Technologies, där han arbetade med laserteknik.

Särskilt mindes han en konstruktion som kallades ringlaser, där en laserstråle skickas genom en halvgenomskinlig spegel och reflekteras vidare runt av tre andra speglar så att ljuset förs runt i en kvadrat.

Kanske kunde den här konstruktionen användas för att bevisa effekten. Om man placerade en neutron mitt i kvadraten skulle frame dragging-effekten få den att röra sig runt i en cirkel när rumtiden virvlade runt den.

I ett par år därefter arbetade Mallett vidare med konceptet och testade andra sätt att dirigera ljuset, bland annat genom ljusledande kablar och kristaller.

Samtidigt utvidgade han det teoretiska fundamentet från att vara en ljuscirkel till att vara en cylinder av ljus. Här gjorde han äntligen sitt riktiga genombrott.

Hans beräkningar visade att om ljuset fördes runt i en cylinder skulle rumtiden i omgivningarna böjas så mycket att slutna tidsringar skulle uppstå.

Längs cylinderns yta skulle ringarna bilda en spiral i form av en spiraltrappa tillbaka i tiden.

I en tidsmaskin med den här sammansättningen skulle det vara möjligt att kliva in längst upp och sedan röra sig ned genom spiralen och kliva ut vid en tidigare tidpunkt där man skulle se sig själv stå och vänta på att kliva in i spiralen.

Ju fler turer man tog runt spiralen, desto längre tillbaka i tiden skulle man resa.

Malletts idéer får hård kritik

Malletts presentation av sina resultat för det fina sällskapet av fysiker på Howard University var nästan slut. Han avslutade sin teoretiska genomgång med en sista slide.

Det var en bild från 1948 av hans familj på utflykt i Bronx i New York. Treårige Ronald Mallett stod framför sin mor som satt på en bänk. Bredvid henne satt hans far och log brett.

”Min ursprungliga motivation för allt – att lära mig matematik och vetenskap, att komma in på universitetet, att bli fysiker – var drömmen om att en gång få träffa min far igen.”

Den efterföljande tystheten varade längre än Mallett hade trott. Men sedan kom applåderna, frågorna och kommentarerna.

Den sista anmärkningen kom från hans förebild, professor Bryce DeWitt: ”Jag vet inte om du kommer att få se din far igen.” DeWitt såg Mallett i ögonen: ”Men jag är säker på att han skulle ha varit stolt över dig.”

Upplevelsen på Howard University 2002 rustade Mallett väl för den kritik som skeptiska kollegor sedan lagt fram av hans idéer och teorier.

Generellt avvisar de inte att cirkulerande ljus kan skapa frame dragging-effekten som är kärnan i Malletts tidsmaskin, men om det går att utnyttja den är en helt annan fråga.

2004 gick de två fysikerna Ken Olum och Allen Everett igenom de beräkningar som Mallett presenterat och undersökte vad som praktiskt skulle behövas för att tidsmaskinen skulle fungera.

De kom fram till att om maskinen ska producera slutna tidscirklar måste den antingen ha en diameter större än det synliga universum eller att maskinen fodras med en mängd energi som motsvarar energin i ett svart hål.

Med andra ord: Malletts idé om en tidsmaskin är omöjlig att utföra i praktiken.

Mallett håller med om kritiken, men menar att den är missriktad eftersom den bygger på dagens teknik.

”Jag tror att problemen kan lösas med tillräckligt kreativa nya tekniska framsteg”, som han säger.

Tidsresenär förhindrar sin egen födelse

En annan och kanske ännu väsentligare utmaning för Malletts vision handlar om ett generellt problem för resor tillbaka i tiden.

Den så kallade farfarsparadoxen handlar om att om det är möjligt att resa tillbaka i tiden är det också möjligt att ändra historien.

Om du skulle resa tillbaka i tiden och skjuta din farfar innan han möter din farmor skulle konsekvensen bli att de inte kan bli föräldrar till din far och att du därför aldrig kan bli född. Men vem har då dödat din farfar?

Mallett har ingen lösning på paradoxen, men hänvisar till den så kallade multiversymhypotesen. Enligt den är vårt universum bara ett av många.

Varje möjligt utfall av en händelse skapar ett nytt universum, oavsett hur liten händelsen är och tidsresenären skulle därför komma till ett parallellt universum.

Tyvärr har alla multiversumteorier det problemet att de snabbt leder till oändligt många universum med oändligt många händelser.

Det matematiska problemet har två kanadensiska fysiker Jacob Hauser och Barak Shoshany nyligen försökt lösa genom att räkna på en förenklad multiversummodell.

Här föreställer de sig att alla händelser utspelas i samma universum, men att alla objekt har flera så kallade tidslinjer.

Som tidsresenär kan du lämna din tidslinje och komma till en annan där du har möjlighet att påverka händelserna.

Om du på den andra tidslinjen avfyrar ett skott mot din farfar, men missar kommer du senare i den här tidslinjen att födas och höra din farfar berätta en dramatisk historia om en person som såg ut som en äldre version av dig själv och som försökte döda honom långt innan du föddes.

Enligt de två fysikerna skulle antalet tidslinjer och händelser i denna modell inte nödvändigtvis bli oändligt.

Resor tillbaka i tiden har enorma teoretiska och praktiska problem, men Ronald Mallett tror fortfarande att de blir möjliga.

Till en början vill han genomföra experimentet där en ringlaser böjer rumtiden och påverkar en neutron. Han hoppas kunna få ihop de 250 000 dollar det skulle kosta.

Han har dock gett upp hoppet om att få se sin far igen. Även om han lyckas bygga sin tidsmaskin skulle den vara för begränsad.

Mallett menar själv att den inte skulle kunna användas för att resa längre tillbaka i tiden än till den tidpunkt då den skapades.

Kanske är det en generell begränsning för alla upptänkliga tidsmaskiner. Det skulle då vara en bra förklaring på varför vi, så vitt vi vet, ännu inte har fått besök från framtiden.