POSIBLE BA ANG TIME TRAVEL?

Sa nobela ni H.G. Wells’ na pinamagatang THE TIME MACHINE, ang bida ay umupo sa isang mahiwagang upuan na may blinking lights, pumindot ng ilang numero, at sa isang iglap ay napunta na sya sa isang lugar several hundred thousand years into the future, kung saan ang England ay matagal nang naglaho at sa kasalukuyan ay pinamumuyahan na ng dalawang grupo, ang Morlocks at ang Eloi. 

      Masasabi nating yun ay isang malikhaing literatura,pero ang mga physicists ay madalas tinatawanan lang ang ideya ng paglalakbay sa iba’t-ibang panahon, at kanilang kinokonsider itong isa sa field ng mga esperitista, manghuhula, at mga manggogoyo, at dahil na rin ito sa isang valid reason. Subalit, dahil na rin sa mga kamangha-manghang advances o progreso sa quantum gravity ay unti-unting nagkakaroon ng pag-asa ang teoryang ito; ang time travel ngayon ay hindi na kakaibang topic ngayon para sa mga theoretical physicists na nagsusulat sa pahina ng PHYSICAL REVIEW magazine.

      Isa sa mga stubborn problems ng teorya ng time travel ay binubuo ng maraming iba’t-ibang palaisipan na nagcocontradict sa bawat isa. For example, may isang paradox ng isang lalake na walang mga magulang: Anong mangyayari kung bumalik ka sa nakaraan at pinatay mo ang magulang mo bago ka pinanganak? At kung ang magulang mo ay namatay bago ka ipanganak, paano ka ipapanganak para mapatay mo sila in the first place?

     Meron ding isang paradox ng isang lalake na walang nakaraan. For example, sabihin nating may isang batang inventor na ilang beses nagtry at nabigo na bumuo ng time machine sa kanilang garahe. Suddenly, may isang matandang lalake na bigla na lang sumulpot at sinabi sa bata ang sikreto ng pagbuo ng isang time machine. Dahil dito, ang batang inventor ay yumaman ng todo sa pagtaya sa stock market, race tracks, at sporting events dahil alam na nya ang future. At nung sya ay tumanda na, naisipan nyang bumalik sa nakaraan upang ibigay ulit ang sikreto ng pagbuo ng time machine sa kanyang “batang sarili”. Saan pala nanggaling ang idea ng paggawa ng time machine?  

 

Meron ding isang paradox ng isang tao na sya mismo ang kanyang nanay (sya at ang kanyang nanay ay iisa). Si “Jane” ay isang ulila na galing sa isang bahay ampunan. Nung sya ay dalaga na, sya ay nainlove sa isang manlalakbay, na iniwanan din sya nung sya ay nagbubuntis. At nangyari ang isang trahedya. Muntik na syang mamatay nung ipinanganak nya ang isang batang babae, ang baby girl na ito ay bigla na lang nakidnap mysteriously. Nakita ng mga doctor na si Jane ay nasa critical na kalagayan at duguan, ngunit isang kababalaghan ang kanilang natuklasan na si Jane ay may dalawang kasarian. At para mailagtas sya sa kanyang kalagayan, kinailangan ng doctor na i-convert si “Jane” sa pagiging “Jim.”

    Lumipas ang panahon at si “Jim” ay nagging lasinggero, hanggang sya ay nakakilala ng isang friendly bartender (actually a time traveler in disguise) na nagdala sa kanya sa nakaraan. Si “Jim” ay may nakilalang magandang dalaga, na kanyang nabuntis at nagbunga ng isang baby girl. Dala ng kanyang konsensya, kinidnap nya ang baby girl at dinala sa bahay ampunan. Sa kalaunan, si “Jim” ay sumali sa time travelers corps, naging tanyag sa kanyang pamumuhay, at may kaisa-isang one last dream: ang bumalik sa nakaraan at magpanggap na isang bartender para makilala ang isang lasinggero na nagngangalang “Jim”. So, sino pala ang nanay ni “Jane? tatay? Kapatid? Lolo? Lola? At apo?                                                                                   

         Hindi na nakakagulat, ngunit ang time travel talaga ay kinoconsider talaga na imposible. Kay Newton na naggaling at naniniwala sya na ang time ay parang isang arrow; once na finired, ito ay lilipad sa straight, at stable line. Isang segundo sa earth ay isang segundo rin sa Mars. Ang mga orasan na nakakalat sa buong kalawakan ay nagbibeat sa magkakaparehong rate.               

            Ngunit binigyan tayo ni Einstein ng isang mas malalim at mas malinaw na representasyon at paliwanag. Ayon kay Einstein, ang time daw ay mas maikukumpara sa isang ilog, na dumadaloy sa mga stars at galaxies, bumibilis at bumabagal kapag dumadaan sa mga massive objects. Ang isang segundo sa Earth ay HINDI isang segundo sa Mars. Ang mga orasan na nakakalat sa buong universe ay nagbibeat sa kanilang sariling drummer.

            Subalit bago mamatay si Einstein, sya ay naharap sa isang malaking pagsubok. Isa sa mga tropa ni Einstein’s sa Princeton, na si Kurt Gödel, na maituturing na ring isa sa pinakagreatest mathematical logician of the past 500 years, ay nakahanap ng panibagong solusyon sa sariling equations ni Einstein na nag-aallow sa time travel!

      Ang “river of time” ay meron na ngayong whirlpool kung saan ang time ay pwede ng umikot o gumalaw sa isang circular path. Ang solusyon ni Gödel ay isang malahenyong teorya: Ito ay naghypothesize na ang universe ay puno ng time na dumadaloy na parang isang rotating fluid. Ang sinumang maglakad sa direksyon ng rotation ay babalik din sa kanyang starting point dahil nga ito ay pakiot lang, pero pabalik sa nakaraan!          

Sa journal ni Einstein, sinabi nya na sya ay di mapakali dahil sa mga equations nya ay naglalaman ng mga impormasyon na nag-aallow sa time travel. Pero di nagtagal, sya ay nagconclude na rin na ang universe ay hindi umiikot, ngunit ito ay nag-eexpand! (gaya ng sabi sa Big Bang theory) at dahil dito, ang solusyon ni Gödel’s ay hindi katanggap-tanggap dahil sa mga “physical reasons.” (Siguro nga kung ayon sa Big Bang ang universe ay umiikot, baka possible pa ang time travel saan mang dako ng universe!)      

      At nung 1963, si Roy Kerr, isang New Zealand mathematician, ay nakahanap ng solusyon sa equation ni Einstein para sa rotating black hole, na may kakaibang properties. Ang black hole ay hindi maaaring magcocollapse to a point (ayun ang pinaniniwalaan dati) pero sa isang spinning ring (ng neutrons). Ang ring ay maaaring umiikot ng sobrang bilis na ang centrifugal force ang nagpapanatili sa ring para hindi magcollapse dahil sa gravity.

            Ang sinasabing ring ay para na ring ung lugar na pinagdaanan ni Alice papunta sa wonderland.Ang lahat ng maglalakad o dadaan sa ring ay hindi mamamatay kundi makakapunta sa isang lagusan patungo sa alternate universe. Simula nun, maraming naglabasang “wormhole” solutions sa mga equations ni Einstein. Ang mga wormholes na ito ay hindi lamang nagcoconnect sa dalawang regions ng space (gaya ng mga butas sa lupa na daanan ng mga bulate) pati na rin sa dalawang regions ng time. Sa medaling salita, pwede na rin silang gamitin bilang time machines.    

            Sa kasalukuyan, maraming nag-attempt na idagdag ang quantum theory sa gravity (at dahil dito ay nabuo ang “theory of everything”) na nagbigay ng mga posibleng kasagutan sa nagtatampisaw na katanungan kung possible nga ba ang time travel.

            Sa quantum theory, pwede tayong magkaroon ng multiple states ng kahit anong object. For example, ang electron pwedeng mag-exist ng sabay-sabay sa iba’t-ibang orbits (isang katotohanan na nagpatibay sa laws of chemistry). Kagaya ng sabi ni Schrödinger, na ang pusa ay pwedeng mag-exist na magkasabay sa dalawang posibleng kalagayan: pwedeng patay at buhay. Kaya kapag tayo ay bumalik sa nakaraan at baguhin ang mga pangyayari dati, para na rin tayong nagcreate ng parallel universe. Kaya kaya nating baguhin ang nakaraan ng kahit sino sa pamamagitan ng pgaliligtas sa kanya, for example, ang pag-assassinate kay Ninoy Aquino, pero hanggang ngayon ay patay pa rin si Ninoy. Sa ganitong sitwasyon, ang sinasabing ilog ng oras ay nahahati sa dalawang magkaibang ilog.        

Pero ito nga ba ay nangangahulugan na maaari na nating gamitin ang time machine gaya ng sinulat ni H.G. Well sa kanyang novel, pumindot lang ilang numero at magtungo na sa several hundred thousand years ng future sa kung saan mang lugar sa England?

            Hindi rin, sa ngayon, hindi PA siguro. Marami pang mga mahihirap na obstacle course ang kailangan malagpasan. Unang una, ang pinakamain problem ay sa energy. Kagaya ng kotse na kailangan ng gasolina, ang time machine ay kinakailangan din ng napakalaking amount ng energy. Para makalikha ng time machine, kailangan siguro ng power na nanggagaling sa isang star, gaya ng sa araw, or pwede rin na makatuklas muna ng isang tinatawag na “exotic” matter (na tumataas, at hindi bumababa dahil sa gravity) o makahanap ng source of negative energy. (Dati, akala ng mga Physicists na ang negative energy ay imposible. Pero ang tiny amounts ng negative energy ay na-verified experimentally na tinatawag din na “Casimir effect,” halimbawa, ang energy na nabuo sa dalawang parallel plates.) Ang lahat ng nabanggit ay napakahirap malikom sa malalaking quantities, siguro possible pa sa mga susunod pang mga centuries!

 

     Isa pang problem ay ang stability. Halimbawa, ang Kerr’s rotating black hole, ay masasabing unstable kapag ang isang bagay ay mahulog dito. Likewise, ang quantum effects ay maaaring mabuo at masira ang wormhole bago ka makapasok dito. Unfortunately, ang mathematics ay hindi makayanan sagutin ang tanong about sa stability dahil kailangan munang makabuo ng “theory of everything” na nagcocombine ng quantum forces at gravity. Sa kasalukuyan, ang superstring theory ay ang leading candidate sa ganitong teorya. (Actually, ito lang ang nag-iisang candidate; wala talaga itong katapat o karibal.) Pero ang superstring theory, which happens to be my specialty, ay napakahirap pa ring isolve ng buong-buo. Ang theory ay well-defined, pero wala ni isa sa planet Earth ang may likas na kakayahan at katalinuhan para ito ay ma-solve.                

Isang interesadong pangyayari, si Stephen Hawking ay minsan ng inoppose ang idea ng time travel. Sinabi rin na meron syang “empirical” evidence against dito. Kung ang time travel ay nag-eexist, sabi nya, edi sana may mga bumisita na ditong turista galing sa future. Kaso lang wala naman tayong nakikita o kakilala na nanggaling sa future, so ibig sabihin ang time travel ay hindi talaga posible.

At dahil sa to effort na na ginawa ng mga theoretical physicists sa loob sa nakalipas na 5 taon, si Hawking ay nagbago ng isip, at naniwala na rin na ang time travel ay posible (although hindi ganun ka-practical). Isa pang karagdagan, possible na baka hindi lang tayo ganun ka-interesado sa mga turista galing sa future. Ang sinuman na makapag harness sa kapangyarihan ng mga bituin ay maico consider tayong mga primitibo o sinaunang nilalang. Imaginin mo na lang ang mga kaibigan mo na napadaan sa bahay ng mga langgam. Sa tingin mo ba magsasayang ba sila ng oras sa mga langgam para turuan sila magbasa, pag-aralin ang mga langgam, at gawin silang mga doctor, bigyan ng mga maliliit na libro at alahas? O baka nga di man lang nila pansinin yung mga langgam kahit matapakan pa nila, ganun siguro kaliit yung tingin sa atin ng mga nilalang galing sa future.

So, I therefore conclude na kung isang araw man sa buhay mo ay may kumatok sa inyong pintuan at sinabing siya ang iyong pinaka apo apo apo sa paa tuhod balikta ulo, patuluyin mo. Dahil baka nga totoo ang sinasabi nya. At malalaman mo na ang sikreto sa future at time travel.

SAAN NANGGALING ANG MATTER?

 Sinasabi, at tama nga naman, na ang Cosmology ay ang branch ng Physics na nagtatanong ng pinakamalufet na katanungan. Pagtapos ng lahat, may mangilan-mgilan na katanungan ang kasingbigat sa impact ng tanong na: “Saan nanggaling ang universe?” o “Anong mangyayari sa universe/ano ang tadhana nito?” o “Saan nanggaling ang matter na bumubuo sa ating katawan?”

       Ngunit datapwat subalit mas nakakaexcite pang sagutin ang mga katanungang ito kaysa sa tanungin lang natin pero wala naman tayong kapangyarihan para sagutin ito, pwera na lang kung maglalaan tayo ng panahon para sa masusing pag-aaral dito.

Antimatter 

Quarks

          Karamihan sa atin ay natutunan nung high school pa tayo na ang matter ay binubuo ng atoms at ang atoms naman ay binubuo ng protons, neutrons, and electrons. Ang hindi natin alam at di masyadong napag-aralan nung High School ay sa bawat particle ng matter ay meron pang isang particle, ang “anti-particle,” na halos kapareho ng particle na yun ngunit may opposite electric charge. 

       Dahil dito, ang negatively charged electron ay merong “anti-electron,” na tinatawag na positron, na merong positive electric charge; ang proton ay merong anti-proton, and so on. At tumungo naman tayo sa interesadong part ng ating topic. Ayon sa laws of particle physics, ang matter at antimatter ay dapat lumulutang sa universe na may equal amounts. At sa kabila nun, meron tayong malawak na observational evidence na, at least sa napakalaking volume na nakapaligid sa atin at nag-eextend far beyond our galaxy, ay mas maraming matter kaysa sa antimatter.

       Kapag ang particles ay nagcollide sa kanilang anti-particles, ang epekto ay devastating; sila pareho ay magdudulot ng electromagnetic radiation, ang kanilang energy ay nagcacarried away sa neutral particles na tinatawag na photons.  Sa madaling salita, kung magkasingdami nga ang antimatter at matter sa universe, wala tayo dito para magtanong ng malulufet na katanungan. Ang universe ay sa ibang pagkakataon ay hindi balanse, mas marami ang existence ng matter sa antimatter. Isa sa mga greatest challenges sa modernong kosmolohiya ay ang isiwalat ang ugat ng sinasabing cosmic imperfection.

Pagdating naman sa scientific explanation, kailangan natin ng ilang “basic ingredients,” isang kakarampot na piraso ng kaalaman kung saan tayo ay makakabuo ng mga representasyon sa pamamagitan ng mga modelo. Ang unang ingredient na kailangan natin ay ang Big Bang model of cosmology. Ayon sa model na ito, ang maliit na fraction ng oras (o segundo) pagkatapos ng “simula,” maraming uri ng particles at ang kanilang anti-particles, sa equal na amounts, ay naglibot at nagkabanggaan sa isa’t isa at nababad sa napakataas na temperatura, na parang isang kumukulong lugaw pangkalawakan na gawa sa magma.

            Sa loob nitong outer space oven, maraming iba’t ibang uri ng particles ang naluluto, not necessarily ang pamilyar na quarks (ang bumubuo sa protons at neutrons) or electrons. Sa patuloy na paglapad at paglamig ng universe, isang uri ng selection mechanism na hindi lang pabor sa pagkabuo ng maraming bilang ng quarks at electrons kumpara sa ibang uri ng particles, at ito rin ay nag-generate ng sobra pang bilang ng particles kumpara sa anti-particles. Nang makaligtas sa isang malaking pagsabog ang mga particles na ito kasama ang kanilang pinsan na mga antimatter, ang mga excess particles ay nag-evolve patungo sa pagiging isang complex structures, hanggang sa maging atoms, karamihan dito ay hydrogen, na nabuo nung ang universe ay 300,000 years old pa lang. Ngunit, kung ating susuriin, paano natin maiintindihan at paano ipapaliwanag ng Physics upang ito ay ating paniwalaan?

 

    Sa una, ang pagsagot sa tanong na ito ay parang imposible. Paano nga ba natin maiintindihan ang mekanismo na pumili sa existence ng matter na mas higit ang dami kesa antimatter noong mga unang stages pa lang ng evolution ng universe? Noong 1968, si Andrei Sakharov, kilalala sa pagiging “father” ng Soviet bomb, ay nagproposed ng formula upang makapag-generate ng mas maraming matter kesa antimatter sa isang universe na patuloy na nag-eexpand.      

                   Noong 1964, si J. H. Christenson and tang kanyang mga alagad ay nakahanap ng experimental evidence na ang interactions sa pagitan ng mga baryons ay umaayon sa minungkahing formula ni Sakharov.

       Ito ay nagpapahiwatig na para bang ang Nature ay may sariling paraan ng pagpili, at pagkakataong ito ay sa pagkakaroon ng maraming baryons. Kung ito man ay may napatunayan sa isang eksperimento sa laboratoryo, walang duda na ito rin ay maaaring totoo at mapapatunayan sa sinaunang pagkalikha ng ating universe. Ang pagkakabuo ng mga sobrang matter kumpara sa antimatter ay hindi na ganun kahirap isipin gaya nung una. Subalit, hindi pa dito nagtatapos ang kwento. Isa pang challenge ang natitira, na may kinalaman sa physics ng maiinit na bagay (hot systems), na kilala rin sa katawagan na thermodynamics.  

       Isa sa mga katangian ng  sobrang init  na bagay (hot systems) ay ang pagiging makakalimutin sa nakaraan o wala silang natitirang memory ng kanilang past. For example, merong isang kutsarita na hindi mainit at ilubog mo ang isang dulo sa sobrang init na kape, anong mangyayari? Kahit na sa umpisa yung part lang ng kutsarita na nakalubog sa kape ang mainit, pagkalipas ng ilang saglit, pantay pantay na rin ang init ng buong part ng kutsarita. Pag tinanggal mo na yung kutsarita sa tasa ng sobrang init na kape, hindi mo na masasabi kung aling part ba ung nilubog mo unless tiningnan mo; the system (coffee spoon and hot coffee) lost its “memory.” Ang iba pang term na ginagamit para tukuyin ang pagkawala ng memorya na ito ay thermal equilibrium. Kung ang early universe ay nasa thermal equilibrium, anumang sobrang baryons ay madedelete na; sa equilibrium, ang bilang ng baryon number ay zero. Upang mapanatili ang bilang ng baryon bias habang ang universe ay patuloy na lumalamig, kailangang siguraduhin na ang universe ay hindi magkakaroon ng “memory loss” at hindi madedelete ang mga bagong baryons. Kaya, kailangan pa natin ng pangatlong kondisyon.

Kailangan natin ang mga kondisyon na tinatawag na “out of equilibrium”. Para mapanatili o ma-“freeze” ang bilang ng baryons na nabuo sa unang dalawang kondisyon, maaari nating sabihin na ang early universe ay maaaring hindi lagi nasa thermal equilibrium.  Pamilyar tayo sa mga “systems” na out of thermal equilibrium sa ating pang araw-araw na buhay.  Isang example ay ang condensation ng steam. Mas specific na example ay ang container na puno ng mainit na steam na nakalubog sa malaking container na may malamig na tubig. Ang steam, na mas mataas ang temperatura o sobrang init kumpara sa malamig na tubig, ay out of thermal equilibrium. At para maabot ang sinasabing equilibrium, ito ay kinakialngang sumailalim sa isang phase transition; ang steam ay kailangan munang lumamig at dumaan sa proseso ng condensation, mula sa pagiging gas phase patungo sa pagiging liquid phase. At kapag ito ay naganap na, ating oobserbahan ang patak ng tubig na dadami at magsasama-sama. Ang phase transition ay magtatapos kapag ang steam ay completely converted na into water.

       Paano naman ito maiaapply sa kalagayan n gating sinaunang universe? Weird man itong pakinggan, ang universe ay dumaan din sa phase transitions. Ang particles—at ang kanilang properties—ay sensitibo rin sa temperatura. Ang standard model ng particle physics ay matagumpay na dinescribe kung paano ang particles ay nag-iinteract sa enerhiya higit pa sa ikasanlibong beses ng dami kesa nuclear energies. Ayon sa modelong ito, sa pinakamataas na temperature ang lahat ng particles maliban sa isa, ang kilala rin sa tawag na Higgs particle, has no mass, habang sa mababang temperatura sila ay nakakapag-acquire ng mass sa pamamagitan ng kanilang interactions sa Higgs particle. Sinasabi nating ang matter ay may dalawang magkaibang “phases,” sa mataas at mababang temperatura kung saan ang mga particles tulad ng quarks at ng electron ay nakakapag-acquire ng mass.        Kaya, kung ang temperature ng ating early universe ay bumaba, ito ay sumailalim sa isang phase transition, at ang mga particles ay nakapag-gain ng kanilang mass.  Gaya ng mga patak ng tubig na nanggaling sa steam, ang mga droplets na galing sa low temperature (massive) phase na nagpapakita sa loob ng high temperature (massless) phase, ay patuloy na dumarami at nagsasanib pwersa, sa isang typical na out-of-equilibrium phase transition. At dahil nga sa high temperature phase kaya ng baryons ay nalikha ng mas marami kesa anti-baryons (recall that the first two conditions apply only at high temperatures), ang mga sobrang baryonic particles ay magpe-penetrate sa droplets ng massive phase, gaya ng mga viruses na nag-iinvading sa mga cells, na nagiging iba pang bilang ng baryon sa low temperature phase. Habang ang mga baryon ay dumarami at nagsasama-sama, ang buong universe ay nagging isang napaka-massive, at kumumpleto sa phase transition. Ayon sa ating kasalukuyang modelo ng “baryogenesis,” ang pagkabuo ng excess baryons ay nag-occur nung ang universe ay one thousandth of a billionth of a second old pa lamang. Ang protons at neutrons na bumubuo sa atin ay ang mga fossils lamang ng sinaunang pangyayari sa ating universe.

       Ngunit dito na nga ba nagtatapos? Nasagot nab a ang katanungan sa ating isip kung saan nagmula ang matter? Malayo pa. Ang napaksimpleng particle physics models na meron tayo ay hindi nakapag- generate ng obserbasyon sa sobrang daming bilang ng matter higit sa antimatter. Mas malala pa, ang tunay na pagkakaintindi natin sa kumplikadong dynamics ng mga phase transitions ay kulang pa, na nag-iwan pa ng marami pang katanungan sa ating isipan. Marami tayong eksplanasyon sa pagkabuo ng matter sa ating universe, ngunit ang mga detalye ay mahirap intindihin at paniwalaan.