Путешествия во времени: возможны ли?

0

Чтобы получить власть над временем, нужно всего лишь приручить пространство

Любой из нас каждые сутки совершает перемещение примерно на 24 часа вперед. Другое дело, что движение это остается таким же ненамеренным, как и неизбежным. В отличие от пространства, мы не можем по собственному желанию встать и переместиться на столько-то «шагов» в прошлое или будущее… или можем?

Только вперед
Представление о потоке времени как о чем-то неизменном, постоянном, вечном и равномерном сидит где-то очень глубоко в нашей психике. Мы измеряем его секундами, часами, годами, но продолжительность этих промежутков может меняться. Как речной поток, который в самом деле часто сравнивают с потоком времени, может то ускоряться на резких перепадах, то замедляться, разливаясь широко, время само подвержено изменениям. Это открытие стало ключевым в той научной революции, которую в 1905–1915 гг. совершили работы Альберта Эйнштейна.
Непостоянство времени берет начало в его сложных отношениях с пространством. Три пространственных измерения и одно временное образуют единый, нераздельный континуум – ту сцену, на которой разворачивается все происходящее в нашем мире. Сложные переплетения и взаимодействия этих четырех измерений друг с другом дают надежду, что путешествия в прошлое и будущее все-таки возможны. Чтобы получить власть над временем, надо всего лишь приручить пространство.

Как это возможно?
Для простоты давайте представим, что континуум вселенной включает не четыре, а только два измерения: одно пространственное и одно временное. Каждый объект движется по континууму с постоянной скоростью. Что он ни делает, пересекает ли галактику или отвечает на вопросы журналистов, сидя на стуле, общая скорость движения остается неизменной – упрощая, можно сказать, что сумма скоростей, с которой перемещается объект, всегда равна скорости света. Если объект по пространству не перемещается, вся энергия его движения уходит в перемещение по оси времени. Если фотон движется по пространству со световой скоростью, то на время у него энергии не остается, и для этих частиц время не движется вовсе.
Можно сказать, что перемещение в пространстве «крадет» перемещение у времени. Если объект ускорится – сядет в самолет и на скорости около 900 км в час пересечет Атлантику, то замедлит свое движение во времени и окажется где-то на 10 наносекунд в «будущем» — в том времени, которое для его внутренних часов еще не наступило. Текущий рекордсмен пребывания в космосе Геннадий Падалка за 820 дней на МКС, в течение которых он двигался на скорости около 27,6 тыс. км/ч, переместился в будущее на несколько десятков миллисекунд. При достижении скорости в 99,999 проц. световой — за год можно переместиться в будущее на 223 «обычных» земных года.
Это перетекание движения из пространства во время и обратно стоит расширить и на гравитацию. В описании Общей теории относительности гравитация – это деформация пространственно-временного континуума, и в окрестностях черной дыры (да и любого другого гравитирующего объекта) «искривляются» все четыре измерения, причем тем сильнее, чем сильнее притяжение. Время у поверхности Земли течет медленнее, чем на орбите, и сверхточные часы спутников убегают примерно на 1/3 миллиардной доли секунды в сутки. Куда заметнее это перемещение в будущее для тел, находящихся близ более массивных объектов.
Сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики весит около 4 млн. Солнц, и если мы начнем нарезать круги поблизости, то спустя некоторое время – когда на нашем космическом корабле пройдет всего несколько дней – можем оказаться во вселенной на несколько лет старше нас. Опять же, в будущем. Формулы Эйнштейна с легкостью допускают такие перемещения, хотя на практике они сложны настолько, насколько сложно набрать скорость, близкую к световой, или выжить в окрестностях сверхмассивной черной дыры. Но как быть с прошлым?

Назад и вверх
По большому счету, путешествие во времени назад устроить еще проще, чем вперед: достаточно взглянуть на звездное небо. Диаметр Млечного Пути составляет около 100 тыс. световых лет, а свет более далеких звезд и галактик может идти к нам и миллионы, и миллиарды лет. Оглядывая ночной небосвод, мы видим вспышки прошлого – Луну, какой она была около секунды назад, Марс – примерно 20 минут назад, Альфу Центавра почти четырехлетней давности, соседнюю галактику Туманность Андромеды – 2,5 млн. лет назад.
Самый дальний предел, доступный такого рода «перемещению» во времени, составляет более 10 млрд. лет: картину той невероятно далекой эпохи можно увидеть в микроволновом диапазоне, как следы реликтового излучения вселенной. Но, конечно, нас такими путешествиями не удовлетворишь; в них чудится что-то «ненастоящее» в сравнении с тем, как такие перемещения выглядят в фантастике. Выбираешь нужную эпоху на экране, нажимаешь кнопку – и…
Интересно, что уравнения Эйнштейна не накладывают ограничений и на такие целенаправленные путешествия в прошлое. Некоторые теоретики предполагают, что при движении на скорости, большей скорости света, время в этой системе отсчета будет течь в обратном относительно остальной вселенной направлении. С другой стороны, такое движение эйнштейновские теории все же запрещают: масса при достижении световой скорости станет бесконечной, а чтобы разогнать бесконечную массу хотя бы еще чуточку быстрее, понадобится бесконечная энергия. Но, главное, введение таких машин времени способно нарушить не менее фундаментальный причинно-следственный принцип.
Представьте, что вы решили вернуться в прошлое и изменить его, чтобы Вторая мировая война никогда бы не разразилась. Если бы это сработало, то каким образом вы бы вообще узнали об этой войне и её причинах? Эти парадоксы хорошо раскрывает культовая серия фильмов «Назад в будущее», а многие ученые считают, что парадоксы делают путешествия в прошлое принципиально невозможными. С другой стороны, рассуждать и фантазировать мы можем всегда.

Сквозь кольцо
Приближение к какой-нибудь достаточно крупной черной дыре приводит к замедлению времени. Падение внутрь – вряд ли вариант: это занятие чересчур опасно и не позволит сохранить в целости и вас, и вашу машину для перемещений во времени. Однако существует вариант, при котором черная дыра может оказаться вполне подходящим порталом в прошлое. На него указали расчеты, проведенные еще в 1960-х физиком Роем Керром, изучавшем гравитационное поле вращающихся черных дыр.
В самом деле, если обычное сферическое тело сжимается до критического радиуса и образует сингулярность черной дыры, масса вращающегося тела испытывает влияние центробежных сил. Момент импульса не позволяет образоваться обычной точечной сингулярности, и вместо нее появляется сингулярность очень необычная – в виде кольца нулевой толщины, но ненулевого диаметра. И если сингулярности обычной черной дыры не избегнет любой, кто дерзнет приблизиться к ней слишком близко, то наблюдатель, сближающийся с кольцеобразной сингулярностью, вполне может проскочить ее – и оказаться по ту сторону.
Некоторые ученые предполагают, что эти свойства могут делать керровские черные дыры своего рода антиподами обычных – где-то, в ином пространстве-времени они не поглощают, а напротив, выбрасывают из себя всё, что попало в них в нашем. Счастливчик, избегнувший полной дезинтеграции в кольцеобразной сингулярности, окажется где-то совершенно в ином месте и времени. Где? Увы, и тут никакого управления пока не предусматривается: как повезет. Пока что мы не уверены даже в существовании сингулярности такой подходящей формы, не говоря уже о том, чтобы контролировать их возникновение и то, какие именно участки пространственно-временного континуума они соединяют. Вам это что-то напоминает?

Норы и струны
Если мы вспомним об упрощенном двумерном континууме, содержащем всего одно временное измерение и одно пространственное, нам будет легко представить, как его ткань не только деформируется и изгибается, но и рвется – как в окрестностях массивных тел и в сингулярности черной дыры. Но куда приводят такие разрывы? Видимо, опять же, – в иную часть континуума, как если б мы взяли плоскую двумерную простыню и сложили пополам, пробив дырки с одной поверхности на другую. Ни одна теория не запрещает существование и в нашем четырехмерном пространстве-времени таких дыр – объектов, широко известных как кротовые норы.
Практически физики нигде и никогда их не наблюдали, но существует ряд моделей, описывающих такие кротовые норы, причем к числу их авторов относятся весьма авторитетные фигуры, включая американца Кипа Торна и покойного британца Стивена Хокинга. Последний считал, что кротовые норы существуют лишь на планковских масштабах, в «квантовой пене» виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и аннигилируют в вакууме пространства-времени. Вместе с ними рождаются и рассыпаются бесчисленные туннели кротовых нор, на крошечную долю секунды – случайным образом – соединяющие совершенно разные области пространства-времени, и потом снова исчезающие.
Чтобы использовать такие норы, их следует стабилизировать и увеличивать в размерах. Увы, расчеты показывают, что для этого понадобятся колоссальные количества энергии, непредставимые в обозримой перспективе.
Поэтому несколько большую надежду на свободные перемещения во времени дает другая полуфантастическая концепция, развитая во второй половине ХХ в. Томасом Кибблом, Яковом Зельдовичем и Ричардом Готтом – речь идет о космических струнах.
Не стоит путать их с суперструнами из другой известной теории: космические струны в представлении Готта – весьма плотные одномерные складки пространства-времени, возникшие еще на заре существования вселенной. Упрощенно говоря, ткань пространства-времени в ту эпоху еще не разгладилась, и некоторые из тогдашних складок сохранились до сих пор. Они растянулись до десятков парсек, но по-прежнему необычайно тонки (порядка 10–31 м) и несут огромную энергию (плотность порядка 1022 г на см длины).
Тоньше атома, космические струны пронизывают пространственно-временной континуум, проявляя мощнейшую, хотя и локально ограниченную, гравитацию. Зато если мы научимся ими манипулировать, сближать, скручивать и сплетать, сможем как угодно «настраивать» и пространство-время вокруг. Такие сверхспособности обещают уже вполне полноценные перемещения в прошлое и будущее по желанию. Если только на это не существует фундаментальных запретов. Помните про «Назад в будущее»?

Парадоксы и их разрешение
Нарушение причинно-следственных связей при путешествии в прошлое способно поставить в тупик не только философов, но и любые разумные физические и математические выкладки. Известный пример – парадокс убитого дедушки, впервые описанный в научной фантастике еще в 1940-х. В книге французского писателя Рене Баржавеля рассказывается, как неосторожный путешественник во времени убил собственного деда, так что впоследствии убийца не смог появиться на свет, совершить перелет в прошлое и убить дедушку… Тут начинает сбоить любая логика: возникает разорванная цепь причин и следствий, которую не приемлет ни наука, ни повседневный опыт.
Одним из решений парадокса может быть постселекция событий самой вселенной. Иначе говоря, оказавшись в прошлом, путешественник не сумеет сделать ничего, что нарушило бы правильный ход причин и следствий. Пистолет не сработает, или потомок не отыщет своего дедушку, или случится тысяча других случайностей, но течение вещей не позволит сбить вселенную с размеренного хода. Но вообще трудно представить какое-либо действие в прошлом, не имеющее далеко идущих последствий.
Вспомним еще один пришедший из фантастики термин – эффект бабочки, который указывает на свойство некоторых систем усиливать незначительное влияние до больших и непредсказуемых последствий. Возможно, постселективное решение парадоксов времени все равно не позволит нам путешествовать по нему.
Впрочем, существует и другой подход, куда более многообещающий. Согласно популярной сегодня гипотезе мультивселенной, в мироздании может реализовываться любой возможный (и невозможный) вариант, просто все они расходятся по разным параллельным вселенным. Можно переместиться в прошлое и застрелить своего дедушку, и он действительно не родит вашего отца, а тот – вас, но в другом, параллельном мире. Так же, как где-то существуют миры, населенные зелеными мыслящими медузами или вообще подчиняющиеся иным законам физики.
Путешествие во времени парадоксальным образом приводит нас к проблемам фундаментального устройства пространственно-временного континуума. Проблемам, окончательно решить которые поможет разве что первый опыт настоящего перемещения в прошлое – жаль, что в нашем мире этого невероятного события придется подождать еще неопределенное время.

Сергей Васильев, naked-science.ru

Поделиться.

Комментарии закрыты