Возможность путешествовать во времени давно увлекает как писателей-фантастов, так и ученых. Но сможем ли мы когда-нибудь построить такую машину, на которой нырнем в далекое прошлое или будущее?
Британский научно-фантастический телесериал “Доктор Кто”, продолжающийся с перерывами с 1963 года, пожалуй, одна из самых известных историй о путешествиях во времени.
Вместе с “Машиной времени” Герберта Уэллса и культовой кинотрилогией “Назад в будущее” сериал исследует искушения и парадоксы возможности попасть в прошлое или будущее.
Герой сериала Доктор путешествует во времени на “Тардисе” – усовершенствованном корабле, который может отправиться в любое время и пространство. “Тардис” противоречит нашему пониманию физического пространства: оно больше внутри, чем кажется снаружи.
Но возможно ли это в реальном мире? Сможем ли мы когда-нибудь построить машину времени и отправиться на ней в далекое прошлое или вперед, чтобы увидеть наших пра-пра-правнуков?
Ответ на этот вопрос требует понимания того, как действительно работает время – в чем физики до сих пор далеко не уверены. Пока мы можем с уверенностью сказать, что путешествие в будущее достижимо, но путешествие в прошлое либо очень сложное, либо совершенно невозможное.
Начнем с теории относительности Альберта Эйнштейна, описывающей пространство, время, массу и гравитацию. Основной ее вывод заключается в том, что течение времени не является постоянным. В зависимости от обстоятельств время может ускоряться или замедляться.
“Это то, что дает научно обоснованную лазейку для путешествия во времени и имеет реальные последствия”, – говорит Эмма Осборн, астрофизик из Йоркского университета в Великобритании.
К примеру, время замедляется, если вы перемещаетесь на очень высокой скорости, хотя для того, чтобы эффект был заметным, вам придется приблизиться к скорости света.
Это описывает известный парадокс близнецов, когда один из них становится астронавтом и улетает в космосе со скоростью, близкой к скорости света, а второй остается на Земле.
Астронавт будет стареть медленнее его близнеца на Земле. Близнецы Скотт и Марк Келли воплотили этот хрестоматийный пример в действительности. Скотт провел много месяцев в космосе, хотя он и не летал со скоростью света.
Так же время замедляется, если вы находитесь в интенсивном гравитационном поле, например черная дыра.
“Ваша голова стареет быстрее, чем ваши ноги, потому что гравитация Земли сильнее у ваших ног”, – говорит Эмма Осборн.
Это феномен также обыграли в десятом сезоне “Доктора Кто”, когда Доктор и его друзья оказываются в ловушке на космическом корабле возле черной дыры.
В передней части корабля ближе к черной дыре время течет медленнее, чем в задней части. Это означает, что небольшая группа киборгов в задней части корабля способна превратиться в огромную армию, с точки зрения Доктора, в считанные минуты.
Это влияние гравитации на время также изображено в фильме “Интерстеллар”.
По теории относительности Альберта Эйнштейна, время может сжаться, если вы путешествуете с большой скоростью относительно тех, кто рядом
В нашей повседневной жизни этот эффект слишком ничтожен, чтобы его можно было заметить. Но он влияет на спутники, используемые для глобальной системы позиционирования (GPS).
“Часы выше щелкают быстрее, чем часы на Земле”, и их нужно постоянно регулировать, говорит Осборн. “Если бы мы этого не делали, карты Google ошибались бы примерно на 10 км каждый день”.
Относительность означает, что путешествия в будущее, по крайней мере, теоретически возможны.
Нам даже не нужна машина времени. Нужно только научиться летать практически со скоростью света либо выживать в насыщенном гравитационном поле. В теории относительности эти два действия по существу эквивалентны.
В любом случае для вас пройдет немного времени, тогда как для остального мира пройдут десятилетия или даже столетия. Если вы хотите увидеть, что произойдет через сотни лет, так это и можно сделать.
Впрочем, вернуться назад во времени выглядит гораздо более сложной задачей.
“На самом деле мы точно не знаем, возможно ли это вообще, – говорит Барак Шошани, физик-теоретик из Университета Брока в Канаде. – Наших нынешних знаний для этого просто недостаточно”.
Теория относительности предлагает несколько вариантов путешествий во времени, но на этот раз они гораздо более гипотетичны.
Кэти Мак, теоретический космолог из Института теоретической физики Периметр в Ватерлоо, Канада.
Один из способов состоит в том, чтобы создать так называемую петлю времени: путь через пространство и время, вращающееся назад само по себе. Человек, который идет по этому пути, наконец оказывается в то же время и в том же месте, откуда он начал.
Математически такой путь описал учёный Курт Гедель в исследовании 1949 года, а затем и другие исследователи.
Однако это не выглядит перспективным по нескольким причинам.
“Мы не знаем, существует ли такое где-то во Вселенной, – говорит Влатко Ведрал, исследователь квантовой физики из Оксфордского университета. – Это лишь гипотеза, никаких доказательств у нас нет”.
“Даже если бы у нас было гораздо большие технологические возможности, чем сейчас, кажется маловероятным, что мы могли бы создать замкнутые кривые времени”, – говорит Эмили Адлам, философ из Университета Чепмена в Калифорнии, США.
“Возможно, нам бы это и не понравилось, ведь в таком случае нам пришлось бы снова и снова повторять то же самое”, – говорит он.
Доктор использует похожую схему в одном из эпизодов сериала, когда он проживает те же несколько часов снова и снова в течение миллиардов лет.
Однако в его случае это не замкнутая кривая времени, а скорее – многократное использование телепорта.
Если вам удастся попасть в интенсивное гравитационное поле, например черная дыра, время для вас замедлится.
В исследовании 1991 года физик Ричард Готт изложил математическое описание странного сценария, когда две “космические струны” двигаются друг мимо друг друга в противоположных направлениях. По его расчетам, это создало бы замкнутые временные кривые, вращающиеся вокруг струн.
Раздается удобно, но где взять пару космических струн? Это гипотетические явления, которые, по некоторым теориям, могли сформироваться на очень раннем этапе Вселенной.
Никаких доказательств их существования нет.
“Есть еще одно явление, которое, как кажется, допускает теория относительности – кротовины. Теоретически пространство и время можно составить как лист бумаги, соединив две точки на большом расстоянии. “Кротовины теоретически возможны в общей теории относительности”, – говорит Ведрал.
Впрочем, и с ними не все просто. Во-первых, у нас нет доказательств того, что кротовины действительно существуют. “Математически их существование доказано, но это не значит, что они физически”, – говорит Осборн.
Но даже если они и возможны, время их существования было бы очень коротким.
“Кротовины описывают как две черные дыры, соединившиеся друг с другом, – говорит Осборн. Это означает, что в ней будет невероятно интенсивное гравитационное поле, и она сразу же развалится под действием собственной силы тяготения”.
Настоящие кротовины также были бы микроскопически крошечными. Ни человек, ни даже бактерия не уместились бы в них.
Многие гипотезы о путешествиях во времени, основанные именно на теории относительности. А как насчет другой великой теории Вселенной: квантовой механики?
Если теория относительности описывает поведение больших объектов, таких как люди и галактики, квантовая механика описывает очень маленькие – в частности, частицы меньше атомов, таких как электроны и фотоны. В таких микроскопических масштабах физика действует не так, как мы могли бы предположить интуитивно.
Одним из особых наблюдений квантовой механики есть явление, которое называется “нелокальность”. Оно состоит в том, что изменение состояния частицы в одном месте может мгновенно повлиять на другую “связанную” с ней частицу в другом месте. Эйнштейн назвал это явление “жутким действием на расстоянии”.
Он был неоднократно доказан экспериментально в исследованиях, получивших Нобелевскую премию, говорит Эмили Адлам.
“Многим физикам не нравится теория нелокальности”, – говорит Адлам. Ведь для того, чтобы эффект был мгновенным, информация должна передаваться с места на место со скоростью выше скорости света. А это вроде бы невозможно.
В ответ на некоторые физики предложили альтернативные способы интерпретации экспериментов. Эти интерпретации опровергают нелокальность, но при этом мешают нашему пониманию времени.
“Вместо того чтобы получить мгновенный нелокальный эффект, вы можете отправить свой эффект в будущее, а затем в какой-то момент он обернется и вернется в прошлое”, – говорит Адлам.
Он будет казаться мгновенным, но на самом деле совершит путешествие в будущее и обратно.
Кажется, эта интерпретация вводит понятие “ретрокаузальность”, то есть ситуацию, когда события в будущем влияют на прошлое.
Это противоречит нашей интуиции: мы представляем происходящие события по прямой линии, от прошлого до настоящего и до будущего. Но в этих специальных квантовых установках информация может путешествовать в будущее, а потом обратно в прошлое.
Впрочем, далеко не все физики признают такое объяснение. Многие утверждают, что теория ретрокаузальности так же тревожна, как и теория нелокальности, или даже хуже.
В квантовой физике эффект, возникающий в одном месте, может изменить состояние чего-то в другом – и это довольно жутко.
Даже если ретроказуальность возможна, она, по всей вероятности, не поможет нам стать обладателями времени.
“Ретроказуальность – это не совсем то же, что путешествие во времени”, – говорит Адлам.
Во-первых, все наши наблюдения нелокальности касаются крохотного количества частиц. Масштабирование к человеку или даже чему-то меньшему, чем лист бумаги, было бы огромным вызовом.
Даже сообщение невозможно отправить в прошлое, говорит Адлам. “Ретроказуальность скрыта в способе своей реализации”.
Чтобы понять это, представьте эксперимент. Предположим, что Адам производит измерения в лаборатории. Однако результат, который он получит, зависит от измерения, которое Бет произведет позже.
Иными словами, эксперимент Бет в будущем контролирует результат эксперимента Адама в прошлом. Однако это сработает только в том случае, если эксперимент Бет уничтожит всю информацию о том, что делал и видел Адам.
“Вы в известном смысле посылаете сигнал в прошлое, но при этом уничтожаете всю информацию обо всем, что произошло”, – говорит Адлам.
“Но парадокс в том, что вам тоже обязательно придется уничтожить и информацию о том, что вы послали сигнал”.
Итак, согласно нашему нынешнему пониманию Вселенной, мы потенциально могли бы путешествовать в будущее, но прошлое точно для нас закрыто.
Единственная лазейка заключается в том, что теории, на которых эти выводы основываются, неполны.
Теория относительности и квантовая механика очень хорошо работают для некоторых аспектов Вселенной, но они также несовместимы. Это говорит о том, что нам нужна более глубокая теория, которая объединяет эти две теории, но, несмотря на десятилетия вложенных усилий, мы до сих пор ее не имеем.
“Пока у нас нет такой теории, мы не можем дать окончательного ответа”, – говорит Барак Шошани.
Конечно, есть другой взгляд. За то время, пока вы читали эту статью, вы уже путешествовали примерно на семь минут в будущее. Добро пожаловать.
