Путеводитель для "чайников". С чего начать будущим путешественникам во времени

Каждый человек, так или иначе, является путешественником во времени, с постоянной скоростью одна секунда в секунду. Многие подумают, что в таком путешествии нет ничего общего с передвижением в одном из трех пространственных измерений со скоростью, скажем, один метр в секунду. Но согласно теории относительности Альберта Эйнштейна, мы живем в четырехмерном континууме – пространстве-времени, в котором пространство и время взаимосвязаны, пишет Live Science.

Эйнштейн обнаружил, что чем быстрее человек движется в пространстве, тем медленнее он движется во времени. Иными словами, человек медленнее стареет. Одна из ключевых идей теории относительности заключается в том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света – около 300 тыс. км в секунду или один световой год.

Но можно подойти достаточно близко к этой отметке. Если бы космический корабль летел со скоростью 99% скорости света, то для наблюдателей на Земле он бы преодолел расстояние в световой год за один год.

В это же время, космонавты на борту вышеупомянутого корабля проведут всего 7 недель в путешествии. Это следствие теории относительности, называемое замедлением времени, которое по сути, сравнимо с прыжком во времени на 10 месяцев в будущее.

Путешествия на высокой скорости – не единственный способ замедлить время. Эйнштейн показал, что гравитационные поля имеют аналогичный эффект, даже относительно слабое поле на поверхности Земли.

Люди не замечают разницы, потому как проводят всю жизнь на поверхности планеты, но в 20 тыс. км над ней гравитация намного слабее, и время там течет быстрее. Примерно на 45 микросекунд в сутки быстрее. Даже такая незначительная разница важна, так как на этой высоте работает подавляющее количество спутников GPS, их часы должны быть точно синхронизированы с часами наземного базирования для правильной работы всей системы.

Таким образом, всякий раз, когда люди используют функцию GPS на смартфонах или автомобилях, возникает небольшой элемент путешествия во времени. Пользователи и их навигаторы путешествуют в будущее с немного разной скоростью.

Но для более впечатляющего эффекта стоит взглянуть на гораздо более сильные гравитационные поля, такие как у черных дыр. Они искажают пространство-время настолько, что оно закольцовывается.

В результате получается так называемая червоточина – концепция, известная по научно-фантастическим фильмам, но на самом деле берущая свое начало в теории относительности Эйнштейна.

По сути, червоточина – это кратчайший путь из одной точки пространства-времени в другую. Путешественник входит в одну черную дыру и выходит из совершенно другой. К сожалению, это не слишком практичное средство передвижения, как показывает Голливуд.

Во-первых, гравитация черной дыры разорвет любого путешественника на части, когда он подойдет достаточно близко. Во-вторых, поскольку речь идет о пространстве-времени, а не только о пространстве, выход из червоточины может произойти раньше, чем вход: это означает, что человек окажется в прошлом, а не в будущем.

Траектории в пространстве-времени, возвращающие в прошлое, получили техническое название "замкнутые времениподобные кривые". В разных академических журналах найдется множество ссылок на этот эффект, гораздо больше, чем на "путешествия во времени". Но, по сути, "замкнутые времениподобные кривые" – это и есть путешествия во времени.

Есть еще один способ создать замкнутую кривую, похожу на время, но без чего-то экзотического, как черная дыра или червоточина. Изобретателям машины времени понадобится простой вращающийся цилиндр из сверхплотного материала. Это так называемый цилиндр Типлера – гипотетический объект наиболее приближенный к машине времени. Но он, скорее академическая головоломка, чем жизнеспособный инженерный проект.

Тем не менее, даже в отсутствии подобных разработок, нет фундаментальной научной причины, которая говорила бы, что путешествия во времени невозможны. Именно данный факт не дает покоя ученым. Как любит говорить физик Митио Каку: "Все, что не запрещено, обязательно".

Он не имеет в виду, что путешествия во времени должны происходить повсюду и постоянно, но Каку предполагает, что Вселенная настолько обширна, что где-то это все же происходит. Возможно, сверхпродвинутая цивилизация в соседней галактике знает, как построить машину времени, или же замкнутые временноподобные кривые могут возникать естественными путем при определенных условиях.

В свою очередь, это поднимает проблемы иного рода, связанные с базовой логикой. Если путешествия во времени разрешены законами физики, появляется целый ряд парадоксальных сценариев. Некоторые из них кажутся настолько нелогичными, что трудно поверить в их реальность.

Подобные мысли посетили Стивена Хокинга, который всегда скептически относился к идее путешествия во время в прошлое. Он вывел "гипотезу о защищенности хронологии", согласно которой законы физики предотвращают путешествия во времени на всех масштабах, кроме субмикроскопических. Иными словами, гипотеза исключает существование замкнутых временных кривых.

Но это только гипотеза, и пока она не будет подтверждена доказательствами, остается лишь один вывод: путешествия во времени возможны.

Вечеринка для путешественников во времени

В путешествиях во времени Хокинга беспокоили логические парадоксы. В своей гипотезе он предположил, что физики со временем обнаружат изъян в теории замкнутых времениподобных кривых, который сделает их невозможными.

В 2009 году Хокинг провел забавный эксперимент. Он устроил вечеринку, которую рекламировали на Discovery Channel лишь после того, как она прошла. Идея Хокинга заключалась в том, что если машины времени в конечном итоге станут возможными, кто-то в будущем может узнать о вечеринке и вернуться в прошлое, чтобы ее посетить.

Но никто так и не пришел – Хокинг провел весь вечер в одиночестве. Его эксперимент не доказывает, что путешествия во времени невозможны, но предполагает, что они никогда не станут обычным явлением на Земле.

Стрела времени

Одна из отличительных черт времени заключается в том, что у него есть направление – от прошлого к будущему. Например, чашка горячего кофе комнатной температуры всегда остывает, но никогда не нагревается. Заряд на мобильном телефоне всегда снижается, но никогда не растет сам по себе.

Это примеры энтропии – мера необратимого рассеивания энергии или бесполезности энергии. Энтропия замкнутой системы всегда увеличивается, и это ключевой фактор, определяющий стрелу времени. Оказывается, энтропия – единственное, что вносит различие между прошлым и будущим.

В других разделах физики, таких как теория относительности или квантовая теория, время не имеет предпочтительного направления. Возможно, стрела времени применима только к большим сложным системам, но не в случае субатомных частиц.

Парадоксы путешествий во времени

Даже теоретические путешествия в прошлое приводят к ряду парадоксов, которые могут окончательно запутать. Ученые и философы долгое время ищут ответы на эти вопросы.

Убийство Гитлера

Путешественник во времени может вернуться в прошлое, чтобы убить Адольфа Гитлера в младенчестве. Если бы миссия была успешной, то Гитлер исчез бы из всех исторических документов. Отсюда рождается вопрос: как бы в таком случае путешественник из будущего узнал о существовании Гитлера в прошлом?

Убить своего дедушку

Вместо того, чтобы убить юного Гитлера, путешественник мог бы случайно убить одного из своих предков. Но тогда бы путешественник не родился, а значит не смог бы отправиться прошлое, чтобы убить родственника.

Замкнутый цикл

Предположим, что чертежи машины времени появились на столе ученого из ниоткуда. Он потратил некоторое время на создание устройства, а затем с его помощью отправил чертежи самому себе. Но откуда взялись эти чертежи? Ниоткуда – они просто идут по кругу во времени.