В 1895 году английский фантаст Гербер Уэллс выпустил роман «Машина времени». В нем излагалась оригинальная идея: когда-нибудь ученые создадут устройство, позволяющее путешествовать в прошлое и будущее, возможно, даже вмешиваться в ход истории. С тех пор эта идея многим не дает покоя. И она уже привела физиков к открытию, которое без преувеличения можно назвать сенсационным.
Первые предпосылки к изучению теоретической возможности путешествий во времени появились после того, как Альберт Эйнштейн сформулировал положения специальной и общей теорий относительности. В первой из них утверждалась зависимость времени от скорости объекта: чем ближе к скорости света, тем время течет медленнее. Во второй — зависимость времени от гравитации: вблизи массивных тел время опять же течет медленнее.
Альберт Эйнштейн
Теории Эйнштейна произвели настоящую революцию в восприятии. Получалось, что машина времени «сконструирована» самой природой. К примеру, если корабль разогнать до околосветовых скоростей, то его экипаж унесется в далекое будущее. Для иллюстрации этого эффекта обычно используется «парадокс близнецов»: вернувшийся из полета к звездам космонавт будет моложе своего брата-близнеца, остававшегося на Земле.
Но куда эффектнее выглядят следствия из общей теории относительности. Получается, что ход времени можно изменить, искривляя пространство примерно таким же образом, как это делает гравитация. А если исхитриться и создать особое пространственное образование, называемое сегодня «кротовой норой» (или «червоточиной»), соединяющее удаленные точки пространства, то теоретически становится возможным нарушить причинно-следственную связь и оказаться на выходе из «норы» раньше, чем туда отправился.
Сам Эйнштейн отрицал существование «кротовых нор», поскольку, по его мнению, они должны сразу «коллапсировать». Однако позднее американский физик Кип Торн доказал, что для стабилизации «кротовых нор» может быть использована так называемая «экзотическая материя» (теоретический материал с отрицательной плотностью энергии), а вот невозможность ее наличия в реальности никем пока не доказана. Больше того, российские ученые Аркадий Попов, Сергей Сушков и Сергей Красников показали, что «экзотическую материю» в теории можно генерировать искусственно.
Получается, что никаких серьезных теоретических препятствий для создания машины времени нет. А если ее можно создать в теории, раньше или позже кто-нибудь обязательно додумается, как воплотить ее на практике. Почему же до сих пор мы не увидели ни одного путешественника во времени, который прибыл к нам из будущего? Или наша эпоха для них малоинтересна?
Кип Торн
Одна из гипотез, которая объясняет отсутствие таких путешественников, гласит, что перемещения во времени невозможны из-за нарушения причинно-следственных связей. В качестве иллюстрации можно привести классический парадокс «убитого дедушки». Если, допустим, путешественник во времени по какой-то причине захочет убить своего деда до зачатия своего отца и выполнит задуманное, то он сам исчезнет и не сможет убить деда.
То же самое можно сказать о любом серьезном вмешательстве в дела прошлого: нарушение причинно-следственных связей неизбежно разрушит Вселенную. Поэтому природа должна накладывать ограничения на такие нарушения. Тот же парадокс «убитого дедушки» можно разрешить при условии, что в какой-то момент у агрессивного путешественника во времени что-то пойдет не так и он не сумеет реализовать план убийства.
Другую гипотезу выдвинул известный астрофизик Карл Саган. Он полагал, что создатели машины времени достаточно могущественны, чтобы отслеживать причинно-следственные связи, поэтому, хотя они тайно находятся среди нас, им удается обходиться без вмешательства в исторический процесс.
Карл Саган
Чтобы доказать невозможность построения машины времени, американский физик Стивен Хокинг провел забавный эксперимент. Он разместил в газетах объявление с призывом ко всем пришельцам из будущего посетить его дом в ночь на ближайшее Рождество.
Он исходил из предположения, что в будущем кто-нибудь обязательно прочтет его приглашение и захочет навестить, воспользовавшись персональной машиной времени. Но никто к нему на Рождество так и не явился. Что же помешало совершить путешествие сквозь время? Стивен Хокинг считал, что возможны два варианта.
Первый вариант- пессимистический. Машина времени никогда не будет построена, либо ее построят и попытаются использовать, в результате чего произойдет некая глобальная катастрофа, которая поставит крест на развитии этой технологии.
Стивен Хокинг
И в самом деле, расчеты показывают, что для проникновения в прошлое по схеме, предложенной Кипом Торном, необходимы энергии, сопоставимые с энергией всей Вселенной и даже превышающие ее. Понятно, что вряд ли даже в отдаленном будущем мощь цивилизации поднимется до высот, позволяющих управлять подобными силами.
Второй вариант — оптимистический. Цивилизация будущего может изменить некую локальную область Вселенной так, что даже при использовании минимальных энергий путешествия во времени внутри этой области станут реальны. Стивен Хокинг назвал такую машину «финитной», то есть конечной как в пространстве, так и во времени.
В этом случае первые пришельцы из будущего появятся среди нас только после того, как глобальная машина времени Хокинга будет построена и запущена. Но ведь мы не сделали пока ничего похожего. Соответственно, можно успокоиться и не пытаться сегодня искать пришельцев среди нас.
Сет Ллойд
Пожалуй, самое удивительное открытие сделал другой американский физик Сет Ллойд, специализирующийся на квантовых вычислениях. Возможность построения машины времени он вывел, исследуя замкнутые временоподобные кривые (closed timelike curve) — мировые линии, которые приводят материальную частицу в исходную точку. В хитроумном эксперименте Сету Ллойду с коллегами удалось за счет квантовой телепортации скорректировать замкнутую кривую так, чтобы состояние фотона передавалось не в пространстве, а во времени.
Прежде всего, выяснилась интересная деталь: оказывается, передаваемое в прошлое квантовое состояние фотона в принципе не может повлиять на ее современное состояние, то есть природный запрет на возникновение парадокса «убитого дедушки» был доказан прямым опытом. Успех же эксперимента подтвердил, что квантовые состояния, которые, по сути, являются уникальной информацией, передавать в прошлое вполне возможно. Информационная машина времени построена.
Впрочем, в таком случае возникает новый парадокс, который получил название «недоказанной теоремы». Сет Ллойд сформулировал его так: допустим, некто читает доказательство теоремы в учебнике, после чего отправляет это доказательство в прошлое математику, написавшему учебник, еще до появления самой теоремы. Математик включает доказательство в книгу, которую в будущем прочтет его визави. Вопрос: откуда взялось доказательство?
Ллойд разрешает парадокс фантастическим способом: квантовый мир устроен так, что «содержит» в себе все возможные доказательства теоремы, поэтому то из них, которое появится в учебнике, предопределено будущим, а не прошлым.
Как перенести законы квантового мира на пространство больших материальных объектов, ученые пока не знают. Впрочем, в этом нет особой нужды. Главное — придуман способ преодолеть барьер времени. И когда-нибудь наука сделает следующий шаг — создаст передатчик, способный связываться с прошлым.
Возможно, физики из будущего уже пытаются связаться с нами и рассказать что-то важное. Только мы еще не сумели построить приемник, расшифровывающий подобные послания. Сумеем ли? Будущее покажет.
published on according to the materials
Комментарии (0)