Машина времени: не нарушая правил физики

Научный факт: по мнению ученых, создать машину времени очень проблематично, но путешествия во времени не противоречат законам физики. На протяжении тысяч лет ученые и философы говорили о времени как о реке, в которую нельзя войти дважды, которая меняется с каждым днем. Но что если бы существовал способ плыть против течения, или бежать по берегу, опережая бег реки? Можно ли путешествовать во времени так же, как мы путешествуем в пространстве? Идея не так уж фантастична, как кажется поначалу, и возможности, которые открывают перед человечеством путешествия во времени, шокируют.

«Время течет словно река и мы находимся в этой реке. Однако время похоже на реку и в другом смысле - оно может ускоряться и замедляться и в этом содержится ключ к путешествиям во времени» - Стивен Хокинг

Со времен Эйнштейна ученые занимаются изучением трехмерного пространства и времени не как двух разных вещей, а как различных аспектов четырехмерного «пространственно-временного континуума». Специалистам по квантовой физике, изучающие мир субатомных частиц, часто легче объяснить события, если допустить, что время движется в двух направлениях, не только вперед, но и назад, хотя это и противоречит здравому смыслу. С другой стороны, космологи, рассматривающие события в масштабе вселенной, установили, что пространство и время могут искажаться под действием силы тяжести и скорости.

По мнению Стивена Хокинга для решения проблемы создания машины времени необходимо подключить такое понятие как «четвертое измерение» или чревоточина. Чревоточины по-прежнему остаются лишь теорией. Никто и никогде их не видел и если они реально существуют, то настолько малы, что через них не сможет пройти даже человек, не говоря о космическом корабле.

Еще в 1940 году немецкий математик Курт Гедель доказал, что если бы мы могли в достаточной степени искажать и скручивать пространственно-временной континуум – создавая, как он выразился, «замкнутые временеподобные линии» - мы могли бы проделывать туннели сквозь время. Но никто не знал, как можно «скручивать» пространство-время – до открытиячерных дыр. Гравитационное притяжение черных дыр настолько велико, что оно искажает саму ткань пространственно-временного континуума, образуя так называемую сингулярность – область пространства-времени, в которой кривизна пространственно-временного континуума обращается в бесконечность или разрывается. Когда выяснилось, что сингулярности могут вращаться, было доказано, что замкнутые временеподобные линии не только возможны – их возникновение неминуемо. Сингулярность образует в пространстве-времени нечто наподобие кольца, отверстие которого является воротами в некую точку пространства – или времени.

Туннели во времени

По мнению современной науки именно чревоточины являются реальной машиной времени, которая позволит заглянуть в прошлое и будущее. Чревоточины позволят космическому кораблю перемещаться из одной точки в другую быстрее скорости света. Теоретически чревоточины также позволят путешествовать во времени.

За последнее десятилетие или около того путешествия во времени стали если не популярной, то модной темой для обсуждения в определенных кругах мира физики. Немало этому способствовал астроном Карл Саган, который летом 1985 года писал научно-фантастический роман и обратился к физику-релятивисту Кипу Торну, из Калифорнийского технологического института, с просьбой придумать правдоподобное научнообразное «объяснение» для выдуманной им кротовины в пространстве, с помощью которой герои романа могли путешествовать по космосу.

Воодушевленный Торн решил посмотреть на уравнения общей теории относительности в новом свете и обнаружил, что в этих уравнениях нет ничего, что противоречило бы существованию таких кротовин (или червоточин). Через некоторое время он понял, что любой туннель в пространстве также является туннелем во времени. Путешествия во времени не противоречат законам физики.

Осознание этого факта имело два следствия. Когда роман Сагана, «Контакт», был опубликован в 1986 году, в нем был фрагмент, который читается как фантастика чистой воды, но который на самом деле является серьезным научным описанием кротовины – туннеля в пространстве-времени (хотя немногие читатели могли это понять в тот момент). Публикации Торном и его коллегами научных статей о машинах времени и путешествиях во времени сыграли роль камня, брошенного в тихий пруд, по поверхности которого немедленно разошлись круги – сотни доморощенных физиков рьяно принялись изучать пространственно-временной континуум.

Любопытно, что этот анекдот не описан в книге Поля Нахина, посвященной фактам и вымыслам о путешествиях во времени.

Научная фантастика

В настоящее время наука не может решить главной проблемы - стабильности чревоточин, которая позволила бы премещаться в заданную точку пространства-времени без риска для экипажа. На самом деле чревоточины находятся вокруг нас, однако они слишком малы, чтобы человек смог их зафиксировать и изучить.

Нахин – профессор электротехники в университете штата Нью-Гемпшир и автор нескольких опубликованных научно-фантастических романов, в некоторых из них рассматриваются загадкам и парадоксам путешествия во времени. Нахин рассказывает, как в десять лет он открыл для себя и буквально «пожирал» научную фантастику. Его книга написана с научной точки зрения, что доказывают 36 страниц примечаний, девять технических приложений и бесконечный список литературы.

Правда, в научном подходе Нахина есть два существенных недостатка. Меньший из них – откровенно слабое и несколько запутанное обсуждение черных дыр. Однако гораздо важнее то, что Нахин не в состоянии оценить, как многовариантная интерпретация квантовой механики позволяет путешественнику во времени вернуться в прошлое и изменить его без каких-либо проблем и последствий, предусмотренных знаменитым «парадоксом дедушки». Согласно самой известной версии парадокса, вы перемещаетесь в прошлое и убиваете своего дедушку до того, как он познакомился с вашей бабушкой, из-за чего вы не сможете появиться на свет и, следовательно, не сможете убить своего дедушку

Особенное значение приобретают черные дыры, так как именно около них время и пространство теряют свои привычные свойства. Пока человечество не в силах справиться с черной дырой, однако теоретически оно способно создать структуру, обладающую свойствами черной дыры.

Но в соответствии с многовариантной интерпретацией (самым активным популяризатором которой сегодня является Дэвид Дойч из Оксфорда) убийство дедушки создает новую реальность, поэтому когда вы перемещаетесь в будущее, вы находитесь уже не в своем мире, а в «соседней» вселенной. Это объясняет, например, некоторые интересные моменты в трилогии «Назад в будущее», которую Нахин комментирует, но совершенно не видит ее главную идею. Но, несмотря на недостатки, его книга все же очень интересна. Таким образом, многовариантная интерпретация квантовой механики свидетельствует о том, что никаких парадоксов путешествие во времени не вызовет, и что события просто развернутся иначе, когда вы попадете в прошлое.

Варианты машин во времени

Космические струны

Некоторые ученые предложили использовать для создания машины времени «космические струны». На данный момент это чисто теоретические объекты, которые представляют собой гипотетические реликтовые дефекты, представляющие собой гигантские складки на ткани пространства-времени. Космологи считали, что струны, имея линейную плотность в одну массу Земли на метр, возможно, были причиной образования скоплений галактик. Но недавние измерения космического микроволнового фонового излучения, оставшегося от Большого взрыва, исключили такое развитие событий. Черная дыра содержит одномерную сингулярность – бесконечно малую точку в пространственно-временном континууме.

Космическая струна, если она действительно существует, представляет собой двухмерную сингулярность – бесконечно тонкую линию, которая оказывает еще более странное воздействие на ткань пространства-времени. Хотя космические струны так и не были обнаружены, астрономы предположили, что ими можно объяснить странные явления, наблюдаемые в далеких галактиках.

Путем сближения двух космических струн – или сближения одной космической струны с черной дырой – теоретически можно создать целый ряд «замкнутых временеподобных линий». Для этого лучше всего с очень высокой скоростью направить две бесконечно длинные космические струны навстречу друг другу, а затем обойти их на космическом корабле по траектории восьмерки.

Теоретически, после этого вы можете оказаться в любом месте, в любое время…

Цилиндры Типлера

Цивилизациям, которые располагают технологией использования черных дыр, лучше оставить червоточины в покое и опробовать метод искажения времени, предложенный американским астрономом Фрэнком Типлером. У него есть простой рецепт для создания машины времени: взять материал в 10 раз тяжелее Солнца, сжать его и свернуть в длинный, тонкий, сверхплотный цилиндр, немного похожий на черную дыру, которая прошла через мясорубку. Затем цилиндр нужно вращать со скоростью до нескольких миллиардов оборотов в минуту и ждать, что произойдет.

По прогнозам Типлера, космический корабль, следующий тщательно выверенному курсу по траектории спирали вокруг такого цилиндра, немедленно окажется на замкнутой временеподобной линии. Пройдя через пространственно-временной портал, корабль выйдет из цилиндра за тысячи, даже миллиарды лет от начальной точки и, возможно, в совершенно другой галактике.

Однако в этом случае тоже не миновать проблем. Стивен Хокинг показал, что путешествия во времени с помощью цилиндра Типлера возможны только в том случае, если он будет обладать бесконечной длиной. Кроме того, вблизи краев цилиндра происходят странные вещи, и ваш космический корабль времени должен держаться от них подальше.

Однако, если вам все же удастся сделать бесконечно длинный цилиндр и не отклоняться от его центра, ваше путешествие во времени должно быть удачным…

Парадоксы

Что было бы, если бы нас могли посетить туристы из будущего? Если существование машины времени теоретически возможно, вполне вероятно, что кто-то в будущем уже изобрел ее. В конце концов, у наших потомков полно времени для воплощения даже самых крупных и фантастических инженерных проектов. Если людям это не по плечу, почему бы существам с других планет не попробовать?

Так почему же нас не осаждают гости из будущего? Это аргумент, используемый Стивеном Хокингом в «гипотезе защиты хронологии», которая запрещает путешествия во времени и тем самым «сохраняет историю для историков». Как и многих других ученых, Хокинга интересуют странные парадоксы, связанные с путешествием во времени. Он утверждает, что Вселенная просто не может позволить путешествовать во времени, потому что ее эволюция с момента Большого Взрыва необратима. Если бы Вселенная сокращалась вместо того, чтобы расширяться, спрашивает Хокинг, привело бы это к «обратной эволюции» человека в том же порядке, в котором происходила эволюция в течение миллионов лет?

Второе объяснение отсутствия в нашем мире гостей из будущего заключается в том, что ни одна из машин времени, которые могут представить современные ученые, не позволяет путешественнику переместиться во времени раньше, чем была создана машина. Так что можно расслабиться, поскольку никто еще не построил машину времени, нам не угрожает нашествие гостей из будущего.

Если не учитывать технические ограничения, теория многовариантности также решает большинство парадоксов путешествий во времени. Согласно этой теории, в каждый момент времени создает бесконечное число вселенных. В квантовой физике, когда у субатомных частиц есть выбор (многовариантность) (например, пройти через одно или другое отверстие), они выбирают наугад. Согласно теории многовариантности, каждый раз, когда частица «делает выбор», создается новая вселенная.

Теория многовариантности решает и другой знаменитый парадокс, связанный с путешествием во времени. Скажем, вы отправились в прошлое и убили вашего дедушку, прежде чем он встретил вашу бабушку. Вы изменили ход истории. Значит ли это, что вы не родитесь? Если бы вы не родились, то никогда бы не отправились в прошлое и не убили дедушку. Это означает, что вы «родились», чтобы «иметь возможность» отправиться в прошлое... Согласно теории многовариантности, когда вы отправляетесь в прошлое, вы на самом деле отправляетесь в другую вселенную, которая развивается параллельно с вашей.

Но как путешественнику во времени из бесконечного числа вселенных выбрать ту, из которой он пришел и вернуться домой?