Парадокс дедушки — это лишь одна из сложных логических проблем, возникающих в связи с концепцией путешествий во времени. Но один физик утверждает, что он решил их.
Путешествия во времени долгое время считались невозможными, отчасти из-за печально известного «парадокса дедушки». Эта головоломка спрашивает, что бы произошло, если бы кто-то вернулся назад во времени и не дал своему дедушке завести детей, тем самым стерев существование путешественника. Однако новое исследование, возможно, решило этот вопрос.
Объединив общую теорию относительности, квантовую механику и термодинамику, исследование демонстрирует, что путешествия во времени могут быть осуществимы, не приводя к этим логическим противоречиям.
Физика временных петель
Наше повседневное понимание времени коренится в ньютоновской физике, где события развиваются линейно из прошлого в будущее. Но общая теория относительности Эйнштейна, завершенная в 1915 году, бросает вызов этому интуитивному предположению. Она показывает, что ткань пространства-времени может вести себя способами, которые бросают вызов здравому смыслу, о чем свидетельствуют такие явления, как черные дыры. Одним из самых захватывающих ее предсказаний является потенциальное существование замкнутых времениподобных кривых — путей через пространство-время, которые замыкаются на себя, теоретически позволяя путешественнику вернуться в прошлое.
«В общей теории относительности все формы энергии и импульса действуют как источники гравитации — а не только масса», — сообщил автор исследования Лоренцо Гавассино, физик из Университета Вандербильта. «Это означает, что если материя вращается, она может «тащить» за собой пространство-время. Хотя этот эффект незначителен для планет и звезд, что, если бы вращалась вся вселенная?»
Во вселенной, где вращается вся материя, пространство-время может стать настолько искривленным, что время фактически сгибается назад, образуя петлю. Космический корабль, движущийся по такой петле, теоретически может вернуться в исходную точку не только в пространстве, но и во времени. Хотя наша вселенная в целом, похоже, не вращается таким образом, вращающиеся массы — такие, как черные дыры — могут производить похожие эффекты, создавая потенциальные среды для замкнутых времениподобных кривых.
Парадоксы путешествий во времени
Одна из самых больших проблем путешествий во времени заключается в парадоксах, которые они создают. Парадокс дедушки — всего лишь один пример. Эти проблемы возникают, потому что мы предполагаем, что законы термодинамики, законы, управляющие теплом и энергией, будут нормально функционировать во временной петле.
«На самом деле, закон возрастающей энтропии — термодинамической величины, которая измеряет степень беспорядка в системе — единственный закон физики, который различает прошлое и будущее», — сказал Гавассино. «Насколько нам известно, энтропия — единственная причина, по которой мы помним прошлые события и не можем предсказывать будущие».
Энтропия управляет многими из наших повседневных переживаний, от того, как стареют наши тела, до того, как мы обрабатываем воспоминания. Даже простые действия, такие как ходьба, зависят от трения, которое само по себе увеличивает энтропию. Так как же эти процессы будут вести себя во временной петле?
Квантовое решение парадоксов
Исследование Гавассино, опубликованное 12 декабря 2024 года в журнале Classical and Quantum Gravity, предлагает интригующее решение. Черпая вдохновение из работы физика Карло Ровелли, он продемонстрировал, что поведение термодинамики фундаментально меняется на замкнутой времениподобной кривой. На такой петле возникают квантовые флуктуации, которые могут стереть энтропию — процесс, принципиально отличающийся от того, что мы испытываем в повседневной жизни.
Эти колебания могут иметь драматические последствия для путешественника во времени. Например, при уменьшении энтропии воспоминания человека могут исчезнуть, а старение обратится вспять. «Увеличение энтропии — причина, по которой мы умираем. Что происходит, когда вы инвертируете смерть?» — спросил Гавассино. Это явление может даже сделать необратимые события, такие как убийство дедушки, временными во временной петле, полностью аннулируя парадокс.
«Большинство физиков и философов в прошлом утверждали, что если существуют путешествия во времени, природа всегда найдет способ предотвратить противоречивые ситуации», — сказал Гавассино. «Был введен «принцип самосогласованности», предполагающий, что все должно согласовываться для создания логически связной истории. Моя работа представляет собой первый строгий вывод этого принципа самосогласованности непосредственно из устоявшейся физики. В частности, я применил стандартную структуру квантовой механики — без дополнительных постулатов или спорных предположений — и продемонстрировал, что самосогласованность истории естественным образом следует из квантовых законов».
Теоретические и практические выводы
Хотя открытия Гавассино предлагают убедительную теоретическую основу для путешествий во времени, остается вопрос: существуют ли на самом деле замкнутые времениподобные кривые в реальной Вселенной? Большинство физиков настроены скептически. Например, в 1992 году Стивен Хокинг выдвинул знаменитую «гипотезу защиты хронологии», предполагающую, что законы физики могут изначально препятствовать образованию временных петель. Это может включать в себя сингулярность пространства-времени — или его разрушение — непосредственно перед тем, как может образоваться петля.
Тем не менее, работа Гавассино ценна тем, что расширяет границы нашего понимания.
«Что мне кажется интересным в этой теме, так это то, как она заставляет нас задуматься о роли энтропии в формировании нашего восприятия Вселенной, что, вероятно, является моей любимой темой во всей физике», — сказал тогда Хокинг.
Даже если временные петли не существуют, их понимание и моделирование могут дать представление о реальных явлениях. Например, изучение того, как реальная энтропия развивается и ведет себя вдоль замкнутой траектории в субатомном масштабе, может дать захватывающее представление о поведении субатомных систем и их термодинамике.