Каждый раз, когда кто-то заявляет, что путешествия во времени — это удел сценаристов Голливуда и авторов бульварной фантастики, хочется взять уравнения общей теории относительности и вежливо ткнуть этого человека носом в математику, которую он, очевидно, прогулял. Потому что вот в чём штука: современная физика не просто допускает возможность путешествий во времени — она описывает конкретные механизмы, при которых вы можете вернуться в прошлое и пожать руку собственному прадедушке. Другой вопрос, хватит ли у человечества ресурсов и технологий, чтобы реализовать эти механизмы, но сама физика, в отличие от вашего скептически настроенного дядюшки, не против.
И нет, это не какая-то маргинальная теория одинокого безумца из подвала. Это следствие уравнений, которые работают каждый день — от GPS в вашем телефоне до предсказания орбит спутников. Добро пожаловать в мир замкнутых времениподобных кривых — пространственно-временных петель, где будущее плавно перетекает в прошлое, а причинно-следственная связь превращается в философскую головоломку.
Время — это не река, а что-то гораздо более странное
Давайте начнём с неудобной правды, которую большинство людей предпочитает игнорировать: наше интуитивное понимание времени — полная чушь. Мы представляем время как реку, которая течёт из прошлого в будущее с постоянной скоростью, унося нас, беспомощных пассажиров, вперёд и только вперёд. Красивая метафора. Абсолютно неправильная.
Время — не река. Время — это измерение, такое же как длина, ширина и высота. Мы не "плывём" по времени — мы существуем в нём. И вот тут начинается самое интересное: это измерение, как выяснилось, можно гнуть, растягивать и даже закручивать в петли.
Пространство-время — единая ткань реальности, которую Эйнштейн описал в своей общей теории относительности — ведёт себя как резиновый лист. Положите на него что-нибудь массивное — звезду, чёрную дыру, вашу тёщу с её вечными претензиями — и ткань прогнётся. Чем больше масса, тем сильнее искривление. А теперь внимание: искривляется не только пространство, но и время.
Это не умозрительная теория. Это экспериментально подтверждённый факт. Часы на спутниках GPS тикают чуть быстрее, чем часы на поверхности Земли, потому что гравитация нашей планеты замедляет время внизу. Разница мизерная — микросекунды в день — но без её учёта ваш навигатор показывал бы положение с ошибкой в километры. Каждый раз, когда вы используете GPS, вы полагаетесь на релятивистскую физику, которая утверждает: время — штука гибкая.
Эйнштейн подложил нам всем свинью
Альберт Эйнштейн, этот патентный клерк с дикой причёской, совершил одну из самых жестоких интеллектуальных диверсий в истории человечества. Он взял уютную ньютоновскую вселенную — с абсолютным временем, абсолютным пространством и предсказуемыми законами — и разнёс её в клочья.
В 1915 году, представив миру общую теорию относительности, Эйнштейн показал, что гравитация — это не сила притяжения между объектами, а искривление пространства-времени массой. Объекты не "притягиваются" друг к другу — они движутся по геодезическим линиям, кратчайшим путям в искривлённом пространстве-времени. Луна не падает на Землю и не улетает прочь — она катится по желобу, который Земля продавила в ткани реальности.
И вот что по-настоящему тревожит: уравнения Эйнштейна — это не догма, а инструмент. Они описывают, как масса и энергия искривляют пространство-время, но они не запрещают любые искривления. Они говорят: "Вот как это работает", но не добавляют мелким шрифтом: "Только не закручивайте время в петли, пожалуйста". Это открыло ящик Пандоры, который физики до сих пор пытаются захлопнуть.
Буквально через несколько месяцев после публикации теории австрийский физик Курт Гёдель — да, тот самый Гёдель, который сломал математику своими теоремами о неполноте — нашёл решение уравнений Эйнштейна, описывающее вращающуюся вселенную, в которой путешествия в прошлое математически неизбежны. Эйнштейн был в ужасе. Его друг только что доказал, что его собственная теория разрешает путешествия во времени.
Замкнутые времениподобные кривые — дыра в логике вселенной
Теперь давайте разберёмся с термином, который звучит как заклинание из учебника по квантовой некромантии: замкнутые времениподобные кривые, или CTC (от английского closed timelike curves). Чтобы понять, что это такое, нужно сначала понять, что такое "времениподобная кривая" без всякой замкнутости.
В пространстве-времени каждый объект движется по траектории, называемой мировой линией. Для объектов с массой — людей, камней, космических кораблей — эти траектории должны быть "времениподобными", то есть объект всегда движется медленнее скорости света. Это ограничение скорости вселенной, которое, к счастью или к сожалению, пока никто не отменял.
В обычном, нормальном, психически здоровом пространстве-времени ваша мировая линия — это кривая, уходящая из прошлого в будущее. Вы родились, прожили жизнь, умерли — конец истории, начала и конец не пересекаются. Но в некоторых экзотических конфигурациях пространства-времени мировая линия может изогнуться настолько сильно, что вернётся в свою начальную точку. Вы движетесь вперёд — всегда вперёд! — но пространство-время вокруг вас так перекручено, что "вперёд" оказывается "назад".
Это не магия и не фантазия — это легитимное решение уравнений поля Эйнштейна. Проблема в том, что для создания таких петель требуются совершенно безумные условия: бесконечно длинные вращающиеся цилиндры, червоточины, стабилизированные экзотической материей с отрицательной плотностью энергии, или космические струны, несущиеся сквозь вселенную. Физика говорит "можно", а инженерия отвечает "удачи, приятель".
Но отсутствие практической реализации — это не то же самое, что теоретическая невозможность. И именно этот нюанс сводит с ума философов и физиков уже сто лет.
Машина Типлера и прочие инженерные изыски
В 1974 году физик Фрэнк Типлер опубликовал работу, от которой у многих его коллег случился приступ академической мигрени. Он математически доказал, что если взять бесконечно длинный цилиндр из сверхплотной материи и раскрутить его до скорости, близкой к световой, пространство-время вокруг него закрутится так, что появятся замкнутые времениподобные кривые.
Цилиндр Типлера — это не машина времени в духе Уэллса с бархатным креслом и латунными рычагами. Это астроинженерный проект уровня "боги бы позавидовали". Вам нужен объект плотнее нейтронной звезды, бесконечной длины, вращающийся с чудовищной скоростью. Если подлететь к такому цилиндру по правильной траектории, можно выйти из маневра раньше, чем вы в него вошли. Буквально.
Конечно, бесконечно длинный цилиндр — это инженерный кошмар. Но позднейшие расчёты показали, что конечный цилиндр тоже может работать, хотя и с ограничениями. Проблема в другом: для создания такого объекта потребуется материя с отрицательной энергией — так называемая экзотическая материя, — существование которой в макроскопических количествах остаётся под вопросом.
А ещё есть кротовые норы — или, если угодно, червоточины. Эйнштейн и Натан Розен описали их ещё в 1935 году как "мосты" между удалёнными точками пространства-времени. Теоретически, если один конец такого моста движется с высокой скоростью или находится в сильном гравитационном поле, время на нём течёт медленнее. Войдите в червоточину здесь и сейчас — выйдете там и тогда. Звучит восхитительно, пока не осознаёшь, что для стабилизации червоточины опять нужна та самая экзотическая материя.
Квантовая механика, впрочем, намекает, что такая материя может существовать. Эффект Казимира демонстрирует, что в определённых условиях вакуум может иметь отрицательную плотность энергии. Но от лабораторного эксперимента с двумя металлическими пластинами до стабильной проходимой червоточины — дистанция космического масштаба.
Парадоксы, которые не так парадоксальны, как кажутся
Тут, конечно, любой нормальный человек должен воскликнуть: "А как же парадокс дедушки?!" Вы возвращаетесь в прошлое, случайно убиваете своего деда до рождения вашего отца, и — упс! — вы никогда не родились, а значит, не могли вернуться в прошлое, чтобы убить деда. Логический коллапс, вселенная схлопывается от возмущения.
Физики, однако, не так наивны. Существует несколько изящных решений этой проблемы, и ни одно из них не требует вмешательства бородатого мужика на облаке.
Первое решение: принцип самосогласованности Новикова. Российский физик Игорь Новиков предположил, что вселенная просто не допустит парадоксов. Если вы вернётесь в прошлое с намерением убить дедушку, что-то вам помешает. Пистолет заклинит, вы поскользнётесь на банановой кожуре, дедушка окажется чемпионом по боксу — неважно. Законы физики в присутствии замкнутых времениподобных кривых просто не позволят парадоксальным событиям произойти. История — это самосогласованная петля.
Второе решение: многомировая интерпретация. Когда вы возвращаетесь в прошлое, вы оказываетесь не в своём прошлом, а в параллельной ветви реальности. Убив дедушку, вы предотвращаете своё рождение в этой ветви, но ваша исходная ветвь остаётся нетронутой. Парадокса нет — есть только умножение вселенных.
Оба решения математически состоятельны. Оба вызывают философскую изжогу. Но физика не обязана быть комфортной.
Почему машины времени всё ещё нет в расписании отпусков
Если физика разрешает путешествия во времени, почему мы всё ещё торчим в скучном линейном настоящем, платим налоги и ждём пятницы? Ответ прозаичен и разочаровывает: энергетические требования чудовищны.
Чтобы создать значимое искривление пространства-времени, нужны массы порядка звёздных. Чтобы раскрутить цилиндр Типлера, потребуется энергия, которую человечество не произведёт за миллионы лет. Чтобы стабилизировать червоточину, нужна экзотическая материя, которую мы даже не уверены, что можем получить в макроскопических количествах.
Есть и теоретические ограничения. Стивен Хокинг предложил гипотезу защиты хронологии: квантовые эффекты могут автоматически разрушать любые попытки создать машину времени. Виртуальные частицы, циркулирующие по замкнутой времениподобной кривой, накапливают энергию до бесконечности и уничтожают саму петлю. Вселенная, согласно этой гипотезе, активно сопротивляется путешествиям во времени.
Но гипотеза Хокинга — именно гипотеза, а не доказанная теорема. Она основана на полуклассических расчётах, которые могут оказаться неточными в экстремальных условиях. Для окончательного ответа нам нужна квантовая гравитация — теория, объединяющая общую относительность и квантовую механику. А её у нас пока нет.
Так что вопрос открыт. Физика не запретила путешествия во времени — она только показала, насколько это трудно. Разница принципиальная.
Что всё это значит для нас, застрявших в настоящем
Можно, конечно, пожать плечами и сказать: "Ну и что? Мы всё равно не доживём до машины времени". И это, вероятно, правда. Но есть кое-что более глубокое.
Существование замкнутых времениподобных кривых как математических решений уравнений Эйнштейна говорит нам кое-что важное о природе реальности: наше интуитивное понимание времени, причинности и свободы воли может быть фундаментально неверным. Мы живём во вселенной, где прошлое, настоящее и будущее — не чётко разделённые категории, а переплетённые нити единого полотна.
Это не означает, что завтра кто-то постучит в вашу дверь и представится вашим праправнуком из 3025 года. Но это означает, что вселенная устроена значительно страннее, чем нам хотелось бы думать. Время — не неумолимый поток, несущий нас к могиле. Время — это геометрия, которую можно, хотя бы теоретически, обойти.
И знаете что? Это, возможно, самая вдохновляющая мысль из всех. Мы живём во вселенной, которая математически допускает путешествия во времени. Не в скучном механистическом космосе Ньютона, где всё предопределено и неизменно, а в гибком, пластичном пространстве-времени Эйнштейна, где достаточно массы, энергии и инженерной наглости, чтобы согнуть саму реальность.
Быть может, через тысячу лет потомки прочитают эту статью и посмеются над нашей примитивностью. А быть может, кто-то из них уже читал её — в нашем прошлом, которое для него было путешествием в будущее. Если замкнутые времениподобные кривые существуют, то такой сценарий не противоречит ни единому уравнению. И эта мысль, признаюсь, не даёт мне спать по ночам.