Когда изобретут машину времени: факты, теории, разработки

Что такое машина времени

Машина времени — это устройство, с помощью которого, в теории, можно было бы путешествовать во времени.

Однако ученые понимают под ней не физическую машину или механизм, как в кино, а искривленное пространство-время [1]: например, в виде «червоточины» или «пончика». Внутри нее можно перемещаться из одной точки пространства-времени в другую, за счет сфокусированных гравитационных полей. Но такие поля должны быть супермощными, а управлять ими нужно с максимальной точностью.

Есть также версии, что машина времени — это экзотическая материя с отрицательной плотностью. Если ее толкнуть, она будет двигаться в направлении, обратном нормальному. Однако ничего похожего пока открыть не удалось.

Можно ли путешествовать во времени?

В фантастических фильмах вроде «Звездного пути» или «Назад в будущее» герои просто садятся в машину или другой транспорт и оказываются в прошлом или будущем. На деле все гораздо сложнее, и единого мнения на этот счет пока нет.

Альберт Эйнштейн первым описал время как «четвертое измерение» [2]. Он считал, что оно движется только вперед, но, при этом, относительно: то есть может течь с разной скоростью в разных условиях. Если вы будете двигаться со скоростью света (то есть 299 792 км/сек), то для вас оно замедлится — в сравнении с теми, кто стоит на месте. Но, согласно расчетам физика, ваша масса при этом должна быть бесконечной, а длина — нулевой.

Эйнштейн также утверждал, что гравитация может менять время: сверхмассивные объекты, вроде черных дыр, как бы искривляют время вокруг себя. Это тоже удалось доказать — с помощью GPS-спутников и сверхточных часов. Путешествия через черные дыры — пожалуй, самый популярный способ, описанный в фильме «Интерстеллар». Вблизи дыры или ее модели, за горизонтом событий, время движется в два раза медленнее, а то и вовсе останавливается.

Стивен Хокинг, написавший книгу «Краткая история времени», поддерживал теории Эйнштейна относительно черных дыр, а также — «червоточин» или «кротовых нор», которыми пронизана вся Вселенная. Однако он не верил, что можно путешествовать в прошлое.

В доказательство он провел эксперимент: организовал в 2009 году вечеринку и разослал приглашения уже после того, как она закончилась. Но никто из приглашенных в будущем так и не пришел на нее. Однако Хокинг не исключал, что машину времени построят уже после его смерти [3].

Основываясь на теориях Эйнштейна, NASA предположило, что можно путешествовать через «червоточины» или «кротовые норы» пространства-времени [5]. Это что-то вроде туннелей, пройдя через которые, мы окажемся в другом измерении. Но такие «червоточины» почти моментально схлопываются, и пройти через них смогут только сверхмалые частицы.

Еще одна гипотеза — «бесконечный цилиндр Типлера». Астроном Фрэнк Типлер предложил механизм, внутри которого вещество величиной в десять масс Солнца, свернутое в бесконечно длинный и очень плотный цилиндр. Если он будет вращаться со скоростью миллиарда оборотов в минут, космический корабль, пройдя по спирали, попадет внутрь цилиндра и окажется в «замкнутой времениподобной кривой» — мировой линии, где все возвращается в исходную пространственно-временную точку.

Теория струн в рамках квантовой механики предполагает наличие 11 измерений [6]. В одном из них как раз и может существовать портал для путешествий во времени.

Космические струны — тончайшие сгустки энергии, проходящие через всю длину Вселенной и обладающие огромной массой. Их диаметр тоньше атомного ядра, при этом они очень плотные: 1 тыс. км такой струны весят как Земля. Следовательно, они, как и черные дыры, тоже могут искривлять пространство и время вокруг себя. Есть теория, что такие струны бесконечны и образуют замкнутые петли — «складки» пространства-времени. Внутри них также можно путешествовать во времени.

В чем главные проблемы создания машины времени?

• В обозримом будущем ни один из объектов, созданных человеком, не может приблизиться к скорости света.
• Человек не сможет находиться вблизи объектов с гигантской гравитацией, как у черных дыр: он сразу погибнет.
• Гипотетические условия для путешествий во времени — такие, как бесконечная или сверхмалая масса, нулевая длина и другие — тоже недостижимы.
• Деформация пространства-времени может вызвать мощный поток радиации, который уничтожит все живое.

Есть отдельные теории — например, у физика Ричарда Мюллера [7] — о том, что вернуться назад невозможно, так как Вселенная постоянно расширяется, как в пространстве, так и во времени. Другими словами, в прошлом времени было как бы меньше, а в будущем его, наоборот, больше. И мы не можем, в нашем нынешнем состоянии, оказаться в нужной точке прошлого или будущего — в обеих случаях это будут совсем другие миры, с которыми у нас нет никакой связи. Чтобы такое путешествие стало возможным, нам сначала нужно уменьшить или увеличить объем пространства-времени.

И тем не менее люди веками пытаются создать машины времени или хотя бы воссоздать условия, при которых такие путешествия возможны.

Что будет, если изменить прошлое?

Этот вопрос чаще всего возникает в книгах и фильмах — вроде «Терминатора», «Эффекта бабочки» или «Назад в будущее». Ученые называют его «парадоксом убитого дедушки» [8]: когда путешественник во времени возвращается в прошлое, убивает своего дедушку в юности и в результате исчезает — потому что никогда не рождался.

Противники теории утверждают, что это невозможно: отправиться в прошлое можно только по замкнутой кривой, внутри которой все события закольцованы друг с другом. В качестве наглядного подтверждения приводят бильярдный шар, который движется через червоточину по заданной траектории и никак не может помешать сам себе.

Британский математик и философ Джеральд Джеймс Уитроу считал, что, если бы путешествия в прошлое были возможны, мы бы помнили о них еще до отправления.

Кто уже пытался изобрести машину времени

Еще в конце XIX века писатели-фантасты — среди них Энрике Гаспар и Римбау, а также Герберт Уэллс — описывали первые прототипы машин времени. Однако научные обоснования появились в начале XX-го, с появлением теорий Эйнштейна.

В 1948-м австрийский математик и философ Курт Гедель нашел решение для уравнений Эйнштейна, касающихся гравитации и вращающейся Вселенной. В ней свет тоже вращается вместе с другими объектами, из-за чего последние движутся по замкнутым траекториям и в пространстве, и во времени.

Гедель также писал, что в каждой точке пространства есть световой конус прошлого и конус будущего. Внутри каждого из них находится мировая линия — непрерывная кривая в пространстве-времени, которая состоит из событий. На каждой мировой линии время течет по-своему.

Если наклонить конусы под определенным углом, внутри получится окружность — это и есть машина времени. Нужно только создать такое гравитационное поле, или искривление, при котором конусы наклонятся под нужным углом. Гедель предполагал, что такая Вселенная уже где-то существует, но пока мы ничего о ней не знаем.

В 1943-м был проведен эксперимент на базе ВМС США в Филадельфии. В рамках него вокруг эсминца «Элдридж» создали специальный электромагнитный экран, который отражал сигналы радаров. Некоторые свидетели утверждали, что после этого корабль якобы исчез, а потом появился на расстоянии в сотни километров в штате Виргиния. Но спустя годы моряки, участвовавшие в эксперименте, опровергли это.

В 1988-м американский физик и астроном Кип Торн рассчитал, при каких условиях машина времени Геделя будет работать и насколько это возможно. Для этого нужно запустить машину времени, разогнать один конец «кротовой норы» до околосветовой скорости, притормозить, потом разогнать в обратном направлении, снова притормозить, нырнуть в нору, выскочить на другом конце и уже снаружи, как можно быстрее, домчаться до обратного конца. Так появится временная петля между прошлым и будущим.

Впоследствии модель усложнили, рассматривая ее в четырех и пяти измерениях, где добавляются новые слои и условия. В итоге окончательной «рабочей» версии пока что не существует, но многие в своих расчетах по-прежнему опираются на гипотезу Геделя.

В 2017-м ученые из США и Канады создали свою математическую модель машины времени — TARDIS (англ. Traversable Acausal Retrograde Domain in Spacetime). Она выглядит как «пузырь» или «ящик», который движется по кругу, проходя насквозь через пространство-время вдоль «кротовых нор».

Чтобы они возникли, необходимо искривление пространства-времени определенным образом. При этом появление черных дыр, о которых говорил Хокинг, необязательно. TARDIS будет перемещаться по замкнутой кривой, чтобы люди внутри испытывали постоянное ускорение. Те, кто будет наблюдать за этим снаружи, увидит две версии события: в одной время движется нормально, а в другой — в обратном направлении.

В начале этого года астрофизик Рон Маллет рассказал, что можно повернуть время вспять. Он также опирался на теории и уравнения Эйнштейна и предложил использовать кольцевой лазер с беспрерывно циркулирующими лучами, который сможет набрать нужную скорость и создать портал в прошлое. Это те самые «червоточины», о которой мы писали выше. Профессор уже разработал прототип такого устройства и проводит испытания. Однако у его будущей машины времени есть серьезное ограничение: с ее помощью можно вернуться не дальше, чем в тот момент, когда она была включена.

Выводы о машинах времени

Мнения и эксперименты в современной науке можно свести к трем направлениям:

1. Путешествия во времени невозможны, так как порождают непреодолимые парадоксы или просто технически.
2. Путешествия возможны, но не так, как мы их себе представляем: нельзя отправиться в определенную точку в прошлом или в будущем.
3. Путешествия возможны, надо только найти подходящую Вселенную и искривленное пространство-время в ней.

5 парадоксов путешествия во времени, от которых закипят мозги

Есть две группы ученых, которые спорят о самой структуре времени: одни считают, что, вернувшись в прошлое и изменив хоть что-то, можно поменять будущее, причем самым непредсказуемым образом. Другие же полагают, что время представляет собой замкнутый цикл, который постоянно повторяется, и одни события не влияют на другие, так как существуют в разных временных плоскостях. Согласно этим теориям были порождены парадоксы, о которых мы тебе расскажем.

1. Парадокс предопределения

Этот парадокс возникает, когда человек, путешествующий во времени, становится частью прошлых событий и его действия в конечном счете приводят к тому событию, на которое он пытается повлиять или предотвратить. Благодаря ему создается временной цикл причинности, в котором Событие 1 в прошлом влияет на Событие 2 в будущем (имеется в виду путешествие во времени в прошлое), которое и стало причиной События 1. Создается некий круговорот циклов, который гарантирует, что история не изменится, так что любые путешествия во времени и попытки изменить прошлое приведут к самой причине, а не исправлению этих действий. Данный парадокс предполагает, что все в любом случае случится так, как должно, и ничто этого не изменит.

2. Онтологический парадокс

В этом парадоксе говорится о том, что любой объект, человек или часть информации, которые будут отправлены назад во времени, приведут к бесконечному циклу, в котором данный объект не имеет видимого происхождения, или даже не создавался. Иначе этот парадокс можно объяснить на примере молодого человека, который отправился назад в прошлое и там охмурил дамочку, с которой затем переспал. Через 3 месяца он вернулся в свое время, не зная, что эта женщина беременна. Ее ребенок растет, и становится, – угадай кем – да, путешественником во времени, который возвращается назад и встречает женщину, и так далее по бесконечному кругу.

Этот парадокс подразумевает, что прошлое, будущее и настоящее не определены, из-за чего ученые не могут понять, как определить происхождение чего угодно, если оно может и не существовать вовсе. Уравнение поля Эйнштейна допускает возможность существования подобных циклов, так что нет ничего не возможного.

3. Парадокс дедушки

И он чертовски интересен! Этот парадокс предполагает «самосогласованное решение», потому что если ты отправляешься в прошлое и убиваешь своего деда, то ты никогда не родишься и не сможешь отправиться в прошлое. Парадокс! Предположим, ты решил убить своего деда, потому что он создал династию, которая уничтожила мир и превратила его в горящее пепелище. Принято решение убить его перед тем, как он встретит бабушку, так что таким образом вся ваша семейная линия исчезнет, включая и тебя. Такой подход порождает 2 гипотезы.

Множественная гипотеза вселенных: ты вернулся во времени и застрелил своего деда, так что дело сделано. Но в «настоящем» сталкиваешься с тем, что ты никогда здесь не существовал. Все воспоминания, факт жизни – стерто. Убив деда, ты создаешь временную шкалу, в которой ты никогда не существовал. Ученые считают, что таким образом можно создать альтернативную временную шкалу или параллельную вселенную.

4. Парадокс убийства Гитлера

Подобно парадоксу деда, который может предотвратить собственное рождение, парадокс Гитлера стирает саму причину того, чтобы вернуться назад во времени и убить. Кроме того, убийство деда имеет ограниченный «эффект бабочки», а убийство злобного немца приведет к последствиям, которые отразятся на всем мире. Сам парадокс возникает в первую очередь из-за того, что вряд ли бы кто-то столь успешный, имеющий в распоряжении машину времени, стал бы путешествовать с целью уничтожения Гитлера, ведь сегодня он на коне, зачем что-то менять. С другой стороны, если бы ты убил фюрера, то он не совершил бы ни одного действия, которое вызвало бы желание сделать это.

5. Парадокс Полчинского

Американский физик-теоретик Джозеф Полчинский предложил сценарий временного парадокса, в котором бильярдный шар входит в червоточину и появляется в прошлом как раз в тот момент, чтобы столкнуться с младшей версией себя и остановить вхождение. Парадокс Полчинского воспринимается физиками очень серьезно благодаря теории относительности Эйнштейна, которая предполагает возможность путешествовать во времени.

Когда Джозеф предположил свой парадокс, то вложил в него принцип Новикова, который подтверждает возможность путешествия во времени, но запрещает временные парадоксы. Благодаря этому были сформированы решения, которые помогут избежать временных парадоксов, а значит, и изменений в прошлом. Возьмем наш бильярдный шар: шар, который появится из червоточины, ударит искомую версию и изменит направление ее движения, но недостаточно, чтобы помешать ей войти в червоточину.

Спасибо, интересно! Мне близки ваши взгляды на то, каким образом природа устраняет парадоксы путешествия во времени. Хотел ещё добавить кое-какие мысли. Для преодоления парадоксов необходимо принять, что ход событий предопределён. Но полная предопределённость противоречит нашему опыту. По-видимому, есть определённая картинка будущего, но она размыта — известна только в общих чертах. А есть некоторые ключевые события, которые запрограммированы достаточно жёстко. Так вот, принимая те или иные решения, мы можем в деталях менять будущее, при этом изменить ключевые события практически невозможно. Будущее — это тонкий, глубинный план бытия. Если человек сможет изменить себя достаточно сильно на таком глубинном уровне, он сможет повлиять на гораздо более важные и отдалённые события. Т.е. предопределённость событий существует, но может различаться по степени жёсткости, по возможности повлиять на них. Чаще всего в повседневном опыте мы этого не замечаем, идём, так сказать, по накатанной колее, и думаем, что мы сами творим будущее. Но в какие-то редкие моменты жизни, иногда в критических ситуациях, я замечал, что как будто включается фатализм, что за тебя уже всё решено. Хотя, например, смягчить последствия какой-то неприятной ситуации зачастую всё же можно, а вот совсем убрать — практически невозможно при внешней простоте такого решения. Этими рассуждениями я подвожу к тому, что прошлое устроено так же, как будущее. Отправляясь в прошлое, мы можем свободно менять второстепенные события, практически не встречая сопротивления природы — событийный ряд всё равно потом сойдётся к намеченной линии. А вот на чем более ключевые события мы будем покушаться, тем сильнее будет включаться фатализм, который не позволит нам изменить историю. Чаще всего это не будет выглядеть как, например, пистолет, раз за разом дающий осечку (хотя возможно и такое), это будет выглядеть как странные, непонятные стечения обстоятельств, которые отведут нас от самой возможности взять в руки пистолет. Причём механизм этот будет действовать настолько виртуозно, что мы не сразу заметим фатализм во всём происходящем.