מסע בזמן

מסע בזמן הוא תוצא (אפקט) פיזיקלי, המאופיין בשינוי קצב התקדמות הזמן.

הקדמה

מסע בזמן בקנה מידה קטן, בצורת התארכות זמן, כבר הודגם פעמים רבות במעבדה. אולם, ביצוע התארכות זמן משמעותית עבור בני אדם תתאפשר רק כאשר ניתן יהיה להגיע למהירות תנועה קרובה למהירות האור, או להתקרב לשדה כבידה חזק דיו כדוגמת השדה בקרבת חורים שחורים.
מסע בזמן דרך לולאה דמוית-זמן או חור תולעת הוא עדיין היפותטי, ויש הטוענים שהוא איננו אפשרי, בין השאר משום שהוא מאפשר מסע אחורה בזמן. מצד שני, להשערה כי מסע אחורה בזמן איננו אפשרי, הקרויה "השערת שמירת הכרונולוגיה", אין עדיין ראיות ניסיוניות או אפילו סיבות תאורטיות. למעשה, ההתנגדות
היחידה לסוג כזה של מסע בזמן נובעת מהאפשרות שהוא יוביל לפרדוקסים אונטולוגיים, הקרויים "פרדוקסים של מסע בזמן". בעיות אלו לא מונעות ממסע בזמן, על גרסאותיו השונות, להופיע כמוטיב מרכזי בספרות המדע הבדיוני, ובסרטי הקולנוע של ז'אנר זה.
הפיזיקאי עמוס אורי זכה להתעניינות התקשורת הפופולרית לאחר שפרסם בשנת 2005 בעיתון המדעי Physical Review Letters מאמר שהציג לטענתו מודל ריאלי למסע בזמן.

התארכות זמן יחסותית

תורת היחסות הפרטית טוענת ששעונו של צופה הנע במהירות גבוהה מתקדם בקצב נמוך יחסית לצופה במנוחה. לתופעה זו קוראים התארכות זמן יחסותית, וניתן להדגים אותה בעזרת חלקיקים הקרויים מיואונים. זמן החיים הממוצע של מיואונים הוא 2.2 מיקרו-שניות, כלומר אם הם נעים במהירות קרובה מאוד למהירות האור אז המרחק הממוצע שהם יעברו עד להתפרקותם יהיה 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. תוצאה דומה מושגת בניסויי האצת מיואונים, והיא תיושם במאיצי חלקיקים עתידיים על מנת להגדיל את זמן החיים של המיואונים.
התארכות זמן יחסותית הופכת למסע בזמן 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 שעון אטומי שהוצב במטוס סילון אשר הקיף את כדור הארץ.

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. תאום 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. אם הגוף נכנס פנימה לאופק האירועים, אז הוא חווה התארכות זמן נוספת ככל שהוא מתקרב לסינגולריות במרכז החור השחור, וכאשר הוא מגיע לסינגולריות עצמה אז הזמן בשעונו עוצר יחסית לכל צופה שהוא, הן בתוך החור השחור הן מחוצה לו. תופעה זו מובילה לפרדוקס, שהשערת הצנזורה הקוסמית אמורה להגן עלינו מפניו.
גם בשדה כבידה חלש מתרחשת התארכות זמן. ניתן לומר למשל שהזמן על פני כדור הארץ נע בקצב איטי מאשר הזמן בתחנת החלל הבינלאומית, ואפילו ניתן למדוד התארכות זמן על פני הקרקע יחסית לגג של גורד שחקים. התארכות זמן כזו נמדדה בניסוי בעזרת אפקט מוסבאואר, שמאפשר מדידה מדויקת של שינוי בקצב זרימת הזמן. ביישומים בהם נדרש דיוק גבוה במדידת הזמן, כמו למשל במערכת ה-GPS, יש לקחת את התארכות הזמן הכבידתית בחשבון.