Путешествия во времени возможны?

0

Путешествия во времени – лишь красивая фантазия человечества. Несмотря на это, ряд ученых всерьез занимаются этой проблемой, и история знает множество концепций перемещений во времени, каждая из которых способна вскружить голову. О самых известных и поговорим.

Для начала перечислим основные теоретически возможные способы путешествия во времени. Первый способ основан на следствиях теории относительности Эйнштейна. Второй вариант – нахождение в зоне сверхвысокой гравитации, например, вблизи горизонта событий черной дыры. Третий способ – квантовый, наиболее интересный и перспективный.

Кротовые норы Эйнштейна

Свою теорию относительности Альберт Эйнштейн обнародовал в 1915 г., чем произвел настоящую революцию в науке и в корне изменил взгляд людей на мироздание. До этого любые движения материальных объектов и механизмы их взаимодействия друг с другом описывались исключительно тремя законами Ньютона. В классической механике все опирается на существование неподвижной системы отсчета – абсолютных и универсальных категорий пространства и времени. Но Эйнштейн показал, что время не является неизменной и постоянной величиной. Он первым представил мир как три измерения пространства и одно измерение времени, объединенные в одно четырехмерное пространство-время. Он также установил, что гравитация – не что иное как проявление кривизны пространственно-временного континуума: чем больше масса тела, тем сильнее его гравитационное поле, а оно, в свою очередь, влияет на темп времени.

Единственная универсальная постоянная по Эйнштейну – это скорость света. Она равняется 299 млн. 792 тыс. 458 м в секунду. Ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света, а кроме того, он движется в вакууме всегда с одинаковой скоростью и независимо от наблюдателя.

Но ученый вывел и еще кое-что: он понял, что различные точки пространства-времени могут соединяться между собой короткими тоннелями. Физики называют их по-разному: мосты Эйнштейна–Розена, непроходимые червоточины Лоренца, червоточины Шварцшильда, но наиболее популярное название – кротовые норы. Чтобы понять, что такое кротовая нора, лучше всего взять простой лист бумаги и нарисовать на противоположных концах точки. Представьте, что лист – это целая галактика, и чтобы добраться от одной точки до другой по прямой, понадобятся тысячи лет. Но если мы сложим лист пополам так, чтобы точки соприкоснулись, расстояние между ними уменьшится. Микроскопический тоннель, образовавшийся между точками, – это и есть кротовая нора.

В космических масштабах кротовая нора – это переход сквозь ткань пространства-времени, соединяющий две удаленные точки космоса. Область возле самого узкого участка кротовой норы называется горловиной. В зависимости от того, можно ли соединить два входа в червоточину кривой линией, не пересекая горловину, кротовые норы делятся на внутримировые и межмировые. То есть, допускается, что червоточина может соединять не только два разных места во Вселенной, но и две разные Вселенные.

Наиболее интересны внутримировые кротовые норы, ведь именно с их помощью можно гипотетически совершать путешествия во времени. В теории это возможно, если один из входов в червоточину движется относительно другого или если он находится в сильном гравитационном поле, где течение времени замедляется. Ну а если совсем размечтаться, то с помощью кротовой норы можно было бы попытаться попасть из одной Вселенной в другую.

Беда лишь в том, что, хотя существование кротовин не противоречит общей теории относительности, оно до сих пор не доказано. Даже самые светлые ученые умы не знают, как создать искусственную кротовую нору, а если бы и знали, то не смогли бы этого сделать. Ведь для того, чтобы создать червоточину, сквозь которую мог бы пролететь космический корабль, потребуется энергия миллионов звезд. Кроме того, чтобы кротовая нора была стабильна, горловина должна быть заполнена материей с отрицательной плотностью энергии, которая создавала бы сильное гравитационное отталкивание и препятствовала схлопыванию норы.

Черные дыры Шварцшильда

Теория относительности Эйнштейна предполагает наличие во Вселенной еще одного любопытнейшего феномена – черных дыр. В отличие от кротовых нор, их существование доказано, и именно изучение черных дыр сегодня является одним из важнейших направлений в космологии и квантовой теории.

Теоретически возможность существования черных дыр следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна. Первое из них в 1916 г. было получено немецким астрономом и физиком Карлом Шварцшильдом. Это уравнение вполне точно описывает гравитационное поле уединенной невращающейся и незаряженной черной дыры, а также гравитационное поле снаружи от уединенного сферически симметричного массивного тела.

Считается, что черные дыры могут возникать при сжатии достаточно массивных звезд на конечной стадии их эволюции или при флуктуациях сверхплотной материи в ранней Вселенной. Черная дыра – это область пространства-времени, обладающая настолько сильной гравитацией, что, попав туда, ее не может покинуть никакая материя, энергия и информация (даже свет). Граница черной дыры, за пределы которой не может вырваться ни один объект, называется горизонтом событий. Таким образом, сторонний наблюдатель никак не может узнать, что происходит внутри черной дыры. А там, с точки зрения привычных нам законов физики, творится настоящее сумасшествие.

В центре черной дыры пространство-время сильно искажается и даже разрывается. Эти центры называют сингулярностями. Все физические величины здесь приобретают бесконечные значения. Кроме того, с помощью черных дыр гипотетически можно проникнуть в другие измерения. И здесь нам поможет квантовая механика. Итак, согласно квантовой механике, мы можем переместиться в параллельный мир, совершив скачок через сингулярность в центре вращающейся черной дыры. Там слои Вселенной пересекаются и, как бы накладываясь друг на друга (вспоминаем лист бумаги и точки), образуют подпространственный переход (тоннель), в конце которого находится так называемая белая дыра. Белая дыра – это теоретическая противоположность черной дыры. Вместо того чтобы притягивать материю и свет из-за своей огромной гравитации, она их выталкивает. Вещество и свет вырываются из нее наружу. Подобно тому, как ничто не может вырваться из горизонта событий черной дыры, ничто не может проникнуть за горизонт событий белой дыры.

Как полагают ученые, каждая черная дыра связана с белой дырой при помощи подпространственного перехода. Именно эти переходы и являются своеобразными машинами времени. При входе в сингулярность черной дыры пространство и время обращаются вспять, а при выходе через сингулярность белой дыры – вновь обретают свое привычное направление, но на этот раз мы оказываемся уже в ином времени – в прошлом или будущем, а то и вовсе в параллельном мире!

Теория струн и браны Хокинга

Проблема в том, что общая теория относительности никак не сочетается с квантовой физикой. Чтобы совершать путешествия во времени, нужна другая теория описания Вселенной, которая будет учитывать квантовую природу материи и позволит нам выйти за пределы фундаментальных законов физики. Поиском такой теории, объединяющей квантовую механику с эйнштейновской теорией гравитации, физики занимаются до сих пор. Одним из главных кандидатов на эту роль является известная многим теория струн (или М-теория). Она появилась в начале 1970-х гг., ее основателем считается итальянский физик-теоретик Габриэле Венециано. Согласно данной теории, в пространстве-времени существуют дефекты – плотные одномерные складки. Они сохранились еще со времен образования Вселенной – ткань пространства-времени как бы не до конца разгладилась, и некоторые из складок сохранились до наших дней, при этом они сильно растянулись и истончились, сосредоточив в себе колоссальную энергию (их плотность составляет около 1022 г на 1 см длины). Такие складки ученые также называют струнами.

Теоретически с помощью космических струн могут быть образованы поля замкнутых времяподобных кривых, позволяющих путешествовать во времени. Если приблизить одну струну к другой или подвести ее к черной дыре, в теории может образоваться целый массив замкнутых времяподобных кривых. Совершая тщательно рассчитанную восьмерку на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

Но самая интересная и, пожалуй, главная особенность теории струн состоит в том, что она не работает в трех и даже четырех измерениях: космические струны могут вибрировать только в 10 либо в 26 измерениях. Струна может вибрировать двумя способами – по часовой стрелке и против нее. Вибрируя по часовой стрелке, она занимает 10-мерное пространство, против – 26-мерное.
Как полагал ученый Эдвард Уиттен из Принстонского университета, развивший теорию струн, материя в форме частиц является модами струны (мода в физике – вид колебаний, возбуждающихся в сложных колебательных системах). Каждой моде вибрации струны соответствует отдельная частица. Ни один электронный микроскоп, даже самый совершенный, не в состоянии передать, что исследуемые нами частицы на самом деле являются тонкой вибрирующей струной. А поскольку струна движется в пространстве-времени, она имеет способность разбиваться на меньшие струны или, объединяясь с другими струнами, образовывать струны большей длины.

Важный вклад в теорию струн внес Стивен Хокинг. В 1990-х гг. он и его коллега Леонард Млодинов создали так называемую теорию всего, которая описывает всю нашу Вселенную. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран – многомерных мембран. Согласно Хокингу, все частицы нашего мира как бы собраны на четырехмерном листе в многомерной Вселенной и не могут его покинуть. Этот четырехмерный лист мы и называем браной. Это – та небольшая часть мультивселенной, которую мы можем наблюдать. Свойства бран объясняют все процессы в нашей Вселенной. Теория Хокинга также доказывает существование огромного числа вселенных, в которых действуют иные физические законы.

Некоторые ученые полагают, что, если мы научимся манипулировать космическими струнами – сближать, скручивать и сплетать их, то сможем управлять и пространством-временем вокруг них. Тогда нам станут доступны полноценные перемещения в прошлое и будущее.

Однако, несмотря на математическую строгость и целостность теории струн, экспериментально доказать ее пока невозможно.

Машины Торна и Типлера

Американские физики Кип Торн и Фрэнк Типлер представили, как могла бы выглядеть машина времени. К примеру, Торн утверждает, что при пользовании его машиной времени вес путешественника во времени не будет превышать его обычный вес на Земле, подпространственный переход не закроется во время путешествия, а само путешествие займет не больше 200 дней.
Давайте посмотрим, как устроена машина времени Торна. Представьте себе аппарат, состоящий из двух камер, в каждой из которых находится две параллельные металлические пластинки. Эти пластинки создают интенсивные электрические поля, которые разрывают пространство-время. В результате образуется коридор, соединяющий эти две комнаты, одна из которых находится на космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света, а другая – на Земле. Человек, оказавшийся на одном конце этого подпространственного перехода, мгновенно перенесется в прошлое или будущее. Единственная проблема заключается в том, что современные технологии пока не позволяют создать такой подпространственный переход.

Коллега Торна, Фрэнк Типлер, предложил другой подход. Его версия машины времени – это цилиндр, который вращается с большой скоростью и таким образом искривляет пространство-время. В машине времени Типлера объект проходит через черную дыру и возвращается в исходную точку в тот же момент времени, в который ее покинул. Физики называют это замкнутой времяподобной линией. Эта линия должна дважды пройти сквозь вращающуюся черную дыру. Машина времени Типлера делает движение путешественника во времени колебательным, благодаря чему он не разлагается на поток атомов во время прохождения через черную дыру.

Здесь важно отметить, что в модели с плоским пространством-временем необходимым условием путешествия во времени было движение со скоростью, превышающей скорость света. В искривленном пространстве-времени это условие отпадает. Кроме того, сегодня ученые подозревают, что в мире есть частицы (тахионы), которые движутся в пространстве быстрее света.
Все это пока лишь догадки, но, возможно, со временем они подтвердятся и помогут нам больше узнать о Вселенной.

Екатерина Соловьева, «Мир 24»

 

 

Share.

Comments are closed.