Представьте, что вы нажимаете кнопку - и оказываетесь на концерте советской рок-группы "Зоопарк" в 1986-м (это я вам собственные предпочтения транслирую!:) сами выбирайте на свой вкус).
Или в будущем, где большинство товаров - бесплатны, ведь человечество достигло благоденствия! Заманчиво? Конечно. Но вопрос остаётся тот же: возможна ли машина времени?
Что вообще такое время с точки зрения науки
Современная физика относится ко времени не как к песочным часам, а как к координате — такой же, как длина, ширина и высота. В теории относительности время — это часть четырёхмерной конструкции: трехмерное пространство + время. Оно может искривляться, растягиваться, замедляться, но никогда не течёт ровно и одинаково для всех.
Пример: если один близнец улетит к звезде и вернётся, он может обнаружить, что брат на Земле уже пенсионер. Время для космонавта замедлилось. И это не абстрактная гипотеза, а научный факт, подтверждённый как на орбите, так и в ускорителях частиц.
Так что, строго говоря, путешествия в будущее — уже реальность. Просто пока — на доли секунды.
Теория Эйнштейна и путешествия во времени
Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна — не просто формулы, описывающие гравитацию.
Это сценарии, в которых возможно существование так называемых замкнутых времениподобных кривых. Это такие траектории, по которым объект может вернуться в свою же точку в прошлом.
Математика говорит: в теории — можно. Это возникает при ряде вариантов решений уравнений Эйнштейна.
Теория Эйнштейна прошла многократную проверку практикой и во многих случаях подтверждается - в гравитации, в искривлении пространства-времени и т д. Возможно, и реализация такого сценария с временной петлей - это, простите за каламбур, вопрос времени.
Модели Курта Гёделя или гипотетические червоточины (кротовые норы) описывают такие траектории.
Проблема — в «мелочах»: чтобы эти штуки работали, нужна материя с отрицательной энергией. И не где-то в лаборатории, а в масштабах тонн и мегаватт.
Червоточины и фантазии с математическим лицом
Червоточины — любимый приём фантастов. В научной теории — это тоннели между точками пространства и времени.
Если один конец червоточины «ускорить» или поместить рядом с чёрной дырой, может возникнуть разница во времени между входами. Выйдя в другой конец, вы попадёте в прошлое или будущее. Конечно же, теоретически.
Пока никто не нашёл червоточину. Но не исключено, что в дальнейшем мы их обнаружим и даже, возможно, научимся строить. Ведь когда-то физики предсказали черные дыры, а обнаружили - спустя 55 лет. Подробнее про червоточины - они же кротовьи норы - я ранее писал в статье.
Эффект Казимира показывает, что такие штуки возможны в квантовой физике, но только на нано-расстояниях и с усилием, которого хватит, разве что, чтобы подтолкнуть пылинку.
Почему в будущее слетать проще, чем в прошлое
В будущее можно попасть уже сегодня — с помощью большой скорости или мощного гравитационного поля. Правда без обратного билета.
Космонавты на МКС каждый день отстают от земного времени на 20–28 микросекунд. Скотт Келли, проведя год на орбите, стал моложе брата-близнеца на 5 миллисекунд.
Экономисты шутят: Пока путешествия возможны только в будущее... Но если долго не платить за ЖКХ — можно резко попасть в средневековье.
Спутники GPS вынуждены учитывать замедление времени из-за скорости и меньшей гравитации. Без постоянной коррекции они будут ошибаться на километры.
А вот попасть в прошлое - идея пока сомнительная. Тут уже начинаются парадоксы: если вы вернётесь и остановите рождение своего дедушки, как же вы тогда вернулись? Именно такие ситуации, по Хокингу, природа сама и блокирует.
И все же есть один любопытный пример, который разработали российские физики.
Вот что писали про это открытие в западной прессе:
«Русские научились перемещать объекты размером меньше атома в направлении, противоположном «стреле времени!», - пишет Daily Mail.
Эксперименты ученых из МФТИ представляют собой первую в мире "машину времени" на квантовом уровне, где движение частицы, а точнее — квантовое состояние электронных кубитов, удалось повернуть вспять.
В обычных условиях в квантовой системе этого не происходит. Информация распыляется, кубиты теряют "память" о начальном состоянии (кубит — это единица информации в квантовом компьютере). А нашим ученым удалось отмотать время назад: кубиты снова собрались в исходную конфигурацию, как будто время пошло вспять.
Подробнее я об этом ранее писал в статье.
У этого есть лишь один минус. В квантовом мире вообще много странностей - и телепортация, и "кот Шредингера", который одновременно и жив и мертв. Но все эти странности, увы, пока не удалось воспроизвести в макромире, хотя на уровне микрочастиц подобное происходит.
Реальные эксперименты
Квантовые симуляции времени уже идут полным ходом.
В Массачусетском технологическом институте (MIT) недавно провели эксперимент, аналогичный тому, что поставили наши физики.
Квантовые системы у них «откатывались» назад — частицы возвращались в предыдущее состояние. Это не перемещение в прошлое, но очень похоже. Систему назвали SATIN. Она уже помогает делать сверхточные часы.
А в ЦЕРН каждый день проверяют релятивистские эффекты времени — мюоны в ускорителе «живут» дольше обычного.
Но, как признают сами учёные, настоящей машины времени у них нет. Пока.
Космические струны и «честная» машина времени Джона Готта
Если червоточины — это пока больше выглядит фантастика с экзотической материей и лазерами, то идея физика Джона Готта выглядит почти прилично. Настолько прилично, что даже инженеры MIT пытались рассчитать, можно ли собрать машину времени на её основе. Спойлер: у них не получилось. Но давайте по порядку.
Джон Ричард Готт III — профессор Принстона, астрофизик и один из главных «вменяемых мечтателей» современности. В 1991 году он предложил математическую модель машины времени, которая не требует червоточин и отрицательной энергии. Только космические струны.
Космические струны — это гипотетические объекты, родом из самых первых секунд после Большого взрыва. Представьте себе нить толщиной меньше протона, но с массой, сопоставимой с целой планетой. Гравитация струны настолько сильна, что способна «рвать» пространство-время как старую простыню.
Они вполне могли появиться на заре существования Вселенной. Что-то типа шрамов или морщин в структуре пространства. Физически, они подобны трещинам во льду, если вода замерзает неравномерно. Готт вывел космические струны все из тех же уравнений Эйнштейна.
Готт предложил идею машины времени на базе космических струн. Если взять две такие струны и разогнать их до скоростей, близких к световой, а затем они пройдут мимо друг друга на близком расстоянии, то между ними может образоваться область, где пространство и время замкнуты в петлю. Если правильно пролететь через эту область, можно вернуться в своё же прошлое.
Математически - вполне реально. Заходишь с одной стороны — выходишь в своё же прошлое. Так, чтобы даже Эйнштейн не придрался.
Инженеры MIT с начала 2000-х всерьёз изучали: можно ли хотя бы теоретически это построить? Они рассчитали:
- Чтобы струны работали, их масса должна быть в миллиарды раз больше массы Солнца. При этом толщина — в миллионы раз меньше атома.
- Разогнать их нужно почти до скорости света и удержать в стабильной траектории друг относительно друга.
- Вся система должна быть настолько точной, что малейшее отклонение по энергии вызовет выброс, который испарит Солнечную систему за секунду.
И все-таки модель Готта пока выглядит одной из самых адекватных. Она не нарушает причинность. Ей не нужна экзотическая материя. Она укладывается в общую теорию относительности.
«Невидимая охрана времени»
Стивен Хокинг выдвинул идею: Вселенная не допустит нарушений причинности. Эта идея называется принципом хронологической защиты.
«Если бы путешествия во времени были возможны, мы бы уже встретили туристов из будущего», - сказал Хокинг.
По его мнению, любые попытки создать машину времени, ведущую в прошлое, будут автоматически «саботироваться» квантовыми флуктуациями и физикой самой Вселенной.
Хронологическая защита — это когда Вселенная сама ставит пароль от твоего детства.
Сюда же можно отнести и знаменитый Парадокс дедушки.
Представьте, что вы построили машину времени, отправились в прошлое и... случайно (или намеренно) помешали своему дедушке встретиться с вашей бабушкой. Что дальше?
Если дедушка не встретил бабушку — вас не существует.
Если вас не существует - вы не могли отправиться в прошлое.
Если вы не отправились - дедушка всё-таки встретил бабушку.
Но тогда… вы всё-таки существуете и снова можете его остановить.
И так по кругу. Это и есть парадокс дедушки: классический пример того, как попытка изменить прошлое рушит причинно-следственные связи.
Можно ли построить машину времени?
Если коротко: пока нет. Чтобы создать машину времени, нужно не просто обойти световую скорость, но и приручить отрицательную энергию, стабилизировать червоточину, не развалиться в петле времени и не вызвать парадокс.
Для этого нужно:
- Энергия, как у сверхновой звезды. Даже энергии одного нашего Солнца недостаточно,
- материалы, которых у нас нет. Экзотическая материя, например, которая не притягивает, а отталкивает. Ну или обнаружить космические струны,
- математическая уверенность, что вы не уничтожите причинно-следственную связь во Вселенной.
На сегодняшний день таких ресурсов в нашем распоряжении нет.
На практике: всё упирается в технологии. Мы умеем замедлять время, но не возвращать его вспять.
Давайте кратко подытожим:
Возможна ли машина времени?
Теоретически да — по уравнениям общей теории относительности. Практически — пока нет.
Можно ли попасть в будущее?
Да. С помощью большой скорости или гравитации. Эффект наблюдается на практике - например, на МКС и в спутниковых системах навигации.
А в прошлое?
Только в гипотетических сценариях. Слишком много технических препятствий.
Что мешает построить машину времени?
Недостаток энергии, отсутствие на нашем "земном складе" экзотической материи, нарушение причинности, законы термодинамики.
Что такое хронологическая защита?
Гипотеза Стивена Хокинга: Вселенная не позволяет создавать парадоксы и машины времени, ведущие в прошлое.