Законы физики допускают путешествия во времени. Так почему же люди не стали хронологическими прыгунами?
В фильмах путешественники во времени обычно заходят внутрь машины и — пуф - исчезают. Затем они мгновенно появляются среди ковбоев, рыцарей или динозавров. То, что показывают эти фильмы, по сути, является телепортацией во времени.
Ученые не думают, что эта концепция вероятна в реальном мире, но они также не относят путешествия во времени к области безумия. На самом деле, законы физики могут допускать хронологические скачки, но дьявол кроется в деталях.
Путешествовать во времени в ближайшее будущее легко: вы делаете это прямо сейчас со скоростью одной секунды, и физики говорят, что эта скорость может меняться. Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, течение времени зависит от того, насколько быстро вы двигаетесь. Чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее проходят секунды. И согласно теории Эйнштейна, гравитация также влияет на часы: чем сильнее гравитация поблизости, тем медленнее течет время.
“Вблизи массивных тел - у поверхности нейтронных звезд или даже у поверхности Земли, хотя это незначительный эффект, — время течет медленнее, чем вдали”, - говорит Дэйв Голдберг, космолог из Университета Дрексела.
По словам Голдберга, если человек зависнет у края черной дыры, где гравитация огромна, для него может пройти всего несколько часов, в то время как для кого-то на Земле пройдет 1000 лет. Если бы человек, находившийся рядом с черной дырой, вернулся на эту планету, он бы фактически совершил путешествие в будущее. “Это реальный эффект”, - говорит он. “Это совершенно бесспорно”.
Однако путешествие назад во времени становится тернистым (более тернистым, чем оказаться разорванным в клочья внутри черной дыры). Ученые придумали несколько способов, которыми это могло бы быть возможно, и они десятилетиями знали о парадоксах путешествий во времени в общей теории относительности. Фабио Коста, физик из Скандинавского института теоретической физики, отмечает, что раннее решение проблемы путешествий во времени началось со сценария, написанного в 1920-х годах. Эта идея включала в себя массивный длинный цилиндр, который быстро вращался на манер соломинки, перекатываемой между вашими ладонями, и который искривлял пространство-время вместе с ним. Понимание того, что этот объект может действовать как машина времени, позволяющая путешествовать в прошлое, пришло только в 1970-х годах, через несколько десятилетий после того, как ученые обнаружили явление, называемое “замкнутые времениподобные кривые”.
“Замкнутая времениподобная кривая описывает траекторию гипотетического наблюдателя, который, постоянно перемещаясь вперед во времени со своей собственной точки зрения, в какой-то момент оказывается в том же месте и в то же время, откуда начал, создавая петлю”, - говорит Коста. “Это возможно в области пространства-времени, которая, искривляемая гравитацией, замыкается сама в себя”.
“Эйнштейн читал [о замкнутых времениподобных кривых] и был очень обеспокоен этой идеей”, - добавляет он. Тем не менее, это явление стимулировало последующие исследования.
Наука начала серьезно относиться к путешествиям во времени в 1980-х годах. Например, в 1990 году российский физик Игорь Новиков и американский физик Кип Торн совместно работали над исследовательской работой о замкнутых времениподобных кривых. “Они начали изучать не только то, как можно попытаться построить машину времени, но и то, как она будет работать”, - говорит Коста.
Однако не менее важно и то, что они исследовали проблемы, связанные с путешествиями во времени. Что, если, например, вы бросили бильярдный шар в машину времени, и он отправился в прошлое, а затем столкнулся со своим прошлым "я" таким образом, что это означало, что его нынешнее "я" никогда не сможет попасть в машину времени? “Это похоже на парадокс”, - говорит Коста.
С 1990-х годов, по его словам, интерес к этой теме периодически пропадал, но большого прорыва не было. Сегодня эта область не очень активна, отчасти потому, что каждая предлагаемая модель машины времени имеет проблемы. “У этого есть некоторые привлекательные особенности, возможно, некоторый потенциал, но затем, когда начинаешь разбираться в деталях, возникает своего рода препятствие”, - говорит Гаурав Ханна из Университета Род-Айленда.
Например, большинство моделей путешествий во времени требует отрицательной массы — и, следовательно, отрицательной энергии, потому что, как показал Альберт Эйнштейн, когда он открыл E=mc2, масса и энергия - это одно и то же. Теоретически, по крайней мере, точно так же, как электрический заряд может быть положительным или отрицательным, может быть и масса — хотя никто никогда не находил примера отрицательной массы. Почему путешествия во времени зависят от такой экзотической материи? Во многих случаях это необходимо для поддержания открытой червоточины — туннеля в пространстве-времени, предсказанного общей теорией относительности, который соединяет одну точку космоса с другой.
Без отрицательной массы гравитация привела бы к коллапсу этого туннеля. “Вы можете думать об этом как о противодействии положительной массе или энергии, которая хочет пересечь червоточину”, - говорит Голдберг.
Ханна и Голдберг согласны с тем, что маловероятно, что материя с отрицательной массой вообще существует, хотя Ханна отмечает, что некоторые квантовые явления обещают, например, отрицательную энергию в очень малых масштабах. Но это было бы “далеко не в том масштабе, который был бы необходим” для создания реалистичной машины времени, говорит он.
Эти проблемы объясняют, почему Ханна изначально отговаривал Кэролайн Маллари, в то время его аспирантку в Университете Массачусетса в Дартмуте, от участия в проекте по путешествиям во времени. Маллари и Ханна все равно пошли дальше и создали теоретическую машину времени, для которой не требовалась отрицательная масса. В упрощенной форме идея Маллари включает в себя две параллельные машины, каждая из которых сделана из обычной материи. Если вы оставите одну машину припаркованной, а другую увеличите с предельным ускорением, между ними образуется замкнутая временная кривая.
Просто, не так ли? Но хотя модель Маллари избавляет от необходимости в отрицательной материи, она добавляет еще одно препятствие: требуется бесконечная плотность внутри машин, чтобы они влияли на пространство-время способом, который был бы полезен для путешествий во времени. Бесконечная плотность может быть обнаружена внутри черной дыры, где гравитация настолько сильна, что сжимает материю в умопомрачительно маленьком пространстве, называемом сингулярностью. В модели каждая из машин должна содержать такую особенность. “Одна из причин, по которой не проводится большого количества активных исследований такого рода, заключается в этих ограничениях”, - говорит Маллари.
Другие исследователи создали модели путешествий во времени, которые включают червоточину или туннель в пространстве-времени из одной точки космоса в другую. “Это своего рода кратчайший путь через вселенную”, - говорит Голдберг. Представьте, что один конец червоточины разгоняется почти до скорости света, а затем отправляет ее обратно туда, откуда она появилась. “Эти две стороны больше не синхронизированы”, - говорит он. “Один находится в прошлом, другой - в будущем”. Пройди между ними, и ты путешествуешь во времени.
Вы могли бы добиться чего-то подобного, переместив один конец червоточины вблизи большого гравитационного поля — такого, как черная дыра, — удерживая другой конец вблизи меньшей гравитационной силы. Таким образом, время замедлилось бы на стороне большой гравитации, по сути, позволив частице или какой-либо другой массе оставаться в прошлом относительно другой стороны червоточины.
Источник: https://www.scientificamerican.com/article/is-time-travel-possible/
