Современные космонавты, как известно, уже делают это. Правда, путешествуют они пока только в будущее. И на доли секунды. Но кто знает – может быть, однажды нам удастся улететь на годы или даже века вперёд или, наоборот, потрепать за чуб нашего 5-летнего деда? Но начнём по порядку.
Остановись, мгновенье!
Время в пустом пространстве космоса и на Земле летит неодинаково. Это известно каждому школьнику. Чем сильнее гравитация какого-нибудь объекта, тем медленнее течёт время в его окрестностях. Это происходит из-за того, что посредством гравитации искажается "ткань" четырёхмерного пространства-времени. С другой стороны, Эйнштейн показал, что чем выше скорость – тем больше масса. Поэтому для всех объектов, которые движутся на очень высоких скоростях, время тоже замедляется. Скорость МКС – более 27 тыс. км/ч. Российский космонавт Сергей Крикалёв, к примеру, провёл на орбите в общей сложности 803 дня 9 часов и 39 минут. Таким образом, он живёт во времени, на целую 1/50 секунды опережая нас.
Машина времени
Теория относительности говорит нам о том, что машину времени, которая перенесёт нас в будущее, создать можно. Вы входите в неё, ждёте. Выходите и обнаруживаете, что на Земле прошли века. Технологий для этого пока нет, но науке известно – это возможно.
Впрочем, для этого придётся разогнаться до скорости, близкой к скорости света. Стоит ли удивляться, что машина времени представляет собой не что иное, как космический корабль, ведь, согласно Общей Теории Относительности, время и пространство неразрывно взаимосвязаны (вопрос о том, каким образом при разгоне до такой бешеной скорости сохранить в целости ваше тело и сам корабль, пока не стоит). Но сможет ли человек, совершивший такое путешествие, вернуться обратно в прошлое?
Первые намёки на то, что законы физики позволяют людям путешествовать в прошлое, появились в 1949 году, когда математик Курт Гёдель нашёл новое решение уравнений Эйнштейна, а по сути – новую структуру прост ранства-времени, которая вполне допустима с точки зрения ОТО. Однако, исходя из уравнений Гёделя, Вселенная должна вращаться как целое, и не расширяться с ускорением – что, как выяснилось с тех пор, не соответствует действительности.
В последние годы учёные предлагали другие пути для потенциальных путешествий во времени – искривления пространства-времени. Однако анализ микроволнового фона и другие данные показывают, что Вселенная никогда не была искривлена настолько, чтобы такие путешествия стали возможны. Впрочем, есть и обходной манёвр.
Что есть прошлое?
Согласно ОТО, не существует не только какой-то единой для всех наблюдателей, универсальной меры времени, но и при определённых обстоятельствах нет нужды даже в том, чтобы наблюдатели сошлись во мнении о единой очерёдности тех или иных событий. Допустим, что время на Альфе Центавра движется с той же скоростью, что и на Земле (планета, на которой живут инопланетяне, имеет ту же массу и движется с той же скоростью). В 2014 году состоялась Олимпиада в Сочи. Допустим и то, что в 2015 году состоится открытие Междупланетного шахматного турнира на Альфе Центавра. Какое из событий произошло раньше?
С точки зрения землян – Олимпиада. С точки зрения "центаврианцев" – турнир. Ведь свет от Земли до Альфы Центавра будет идти 4,3 года. Двигаясь быстрее света, вы смогли бы побывать на Олимпиаде и вылететь на турнир, а затем вновь вернуться на Землю... до начала Олимпиады. Естественно, в теории – если найти способ перемещения быстрее скорости света.
Двигаться быстрее скорости света, исходя из теории относительности, как известно, невозможно. По мере приближения к "световому барьеру" для разгона объекта требуется всё больше и больше энергии. В один прекрасный момент – при теоретическом достижении скорости света – её понадобилось бы бесконечное количество. Кроме того, и тело, которое достигло бы такой скорости, должно приобрести бесконечную массу.
Кротовые норы
Вот тут-то и возможен обходной манёвр. Он заключается в потенциальной возможности деформировать пространство-время. Например, так, чтобы открылся короткий путь от Олимпиады к шахматному турниру. Вы не будете двигаться быстрее скорости света – но в пространстве переместитесь быстрее.
В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен написали работу, в которой доказывали, что ОТО допускает существование таких пространственно-временных мостов, смычек – "кротовых нор".
Мосты Эйнштейна-Розена, так называемые "кротовые норы" / ©Alamy
Поддержание целостности кротовой норы требует огромной энергии, и теория предсказывает, что они не могут существовать достаточно долго, чтобы через них мог пройти космический корабль или другой макроскопический объект. Такой мост может "схлопнуться", и корабль пропадёт где-то в сингулярности.
Правда, учёные допускают мысль, что технически развитая цивилизация могла бы держать подобную нору открытой и нужное время. Но как этого можно добиться, вопрос пока совершенно неясный.
Здесь стоит сказать, что вся материя, к которой мы привыкли, обладает положительной плотностью энергии, что придаёт пространству-времени положительную кривизну, напоминающую сферу. А для деформации пространства-времени, которая позволила бы нам путешествовать в прошлое, нужна материя с отрицательной кривизной – то есть, с отрицательной плотностью энергии. Квантовая механика, как известно, существование такой отрицательной плотности энергии допускает (при условии, если эта "отрицательность" компенсируется "положительностью" в других областях), и допускает теоретическую возможность деформировать пространство-время.
Представить такое непросто. Чтобы сделать это, астрофизики часто приводят пример с холмом. Если вы копаете большую яму и выбрасываете землю из неё на край ямы, в конце концов у вас получится не только яма, но и холм. В этом случае холм и будет метафорой этой положительной энергии, а яма – отрицательной.
Чёрные дыры и не только
Учёные осторожно предполагают, что своеобразными аналогами кротовых нор, возможно, могут оказаться чёрные дыры. Дело в том, что большая часть пространства-времени почти плоская. Оно сильно деформировано только в чёрных дырах. Чёрная дыра настолько искажает пространство-время вокруг себя, что образует некую "воронку", "дыру" конической формы.
Гравитация в ближайших окрестностях чёрной дыры настолько огромна, что пространство-время в ней, по сути, перестаёт существовать, либо искажается настолько, что время практически останавливается. Кроме того, некоторые чёрные дыры вращаются на околосветовой скорости. В результате пространство-время "сворачивается" в дыре практически в "трубку". Может быть, проникнув в чёрную дыру, мы могли бы пройти через её узкий тоннель и оказаться... в прошлом, или, например, в другой Вселенной?
Самый знаменитый физик-теоретик современности – Стивен Хокинг – уверен, что это невозможно. Даже если космическому кораблю каким-то невероятным способом (преодолев целым и невредимым действие огромной гравитации) удастся попасть в самый центр чёрной дыры, он окажется в сингулярности и попросту перестанет существовать.
Однако многие другие учёные считают, что, попав в чёрную дыру, при определённых условиях можно, всё-таки, уцелеть, и даже ищут способы это сделать. Конечно, это выглядит чудачеством. Но истории науки известно немало примеров, когда такие чудаки изобретали самолёт или отправлялись на Луну.
Профессор астрофизики из Принстонского университета Ричард Готт (Richard Gott) – энтузиаст путешествий во времени. Он создаёт свой теоретический проект машины времени и даже утверждает, что нашёл решение для путешествий в прошлое. Вслед за некоторыми астрофизиками, Готт считает, что естественная машина времени – это центр быстро вращающейся чёрной дыры. Но он тоже понимает сколь ненадёжным может оказаться такой "транспорт".
Впрочем, Готт нашёл потенциальный менее опасный аналог центра чёрной дыры – явление, которое называют космическими струнами. Космические струны – это гипотетически существующие складки пространства-времени, тонкие нити энергии, оставшиеся после Большого взрыва. Их ширина меньше атомного ядра, зато они обладают феноменальной плотностью. Такая струна длиной всего 1 м обладала бы большей гравитацией, чем Земля целиком, и породила бы грандиозное искривление. Готт обнаружил, что взаимодействие таких быстро движущихся струн может приводить к появлению естественной машины времени.
Расчёты Готта пока не подтверждены наблюдениями, но учёный пытается доказать, что эти струны существуют. Впрочем, даже он говорит, что найти две такие струны, которые прошли бы друг напротив друга, практически невозможно. Поэтому Готт обращает внимание на другую теоретическую структуру, на космические кольца, которые могли бы формировать замкнутые струны. Несмотря на отсутствие доказательств их существования, прямых просчётов в теории Готта нет. Кроме того, что внутри такого "кольца" окажется... снова чёрная дыра. И вообще, чтобы управлять системой с такой грандиозной гравитацией, понадобились бы энергетические ресурсы целых галактик.
Вернуться в прошлое нельзя остаться
Но допускает ли квантовая теория путешествия во времени нашего – макроскопического – масштаба? Стивен Хокинг говорит, что, на первый взгляд, допускает. Об этом свидетельствуют фейнмановские интегралы по траекториям (суть фейнмановских интегралов в том, что они замещают определение уникальной, единственно возможной траектории движения любой элементарной частицы полной суммой бесконечного множества возможных траекторий её движения). Ведь они охватывают все возможные сценарии, а, значит, допускают и существование такого искажения пространства-времени, которое необходимо для путешествий в прошлое. Поэтому говорить о том, что такие путешествия невозможны в принципе, нельзя.
Тяжёлые частицы, которые разгоняют в коллайдерах в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) или в Национальной лаборатории им. Ферми в США, достигают скорости, равной 99,99% скорости света. Однако сколько бы ни наращивалась мощность установки, превысить световой барьер не удастся.
Ау, гости из будущего!
Но если так, почему же нас ещё не посетили гости из будущего? Популярна точка зрения, что цивилизация будущего настолько "продвинута", что считает нецелесообразным раскрывать тайну путешествий во времени таким неразумным существам, как мы. Что, если какой-нибудь современник-энтузиаст захочет вернуться в прошлое и раскрыть нацистам секрет атомной бомбы?..
Такая разная история
Может оказаться, что история представляет из себя строго фиксированную цепочку событий, поэтому даже если вы вернётесь в прошлое, то будете обречены делать всё то же самое, что делали до того. Иначе, вернувшись в своё будущее, вы можете даже обнаружить, что вас... просто не существует, или нет ваших близких, или нет страны, в которой вы живёте, и т.д. Подобная драма хорошо описана в знаменитом научно-фантастическом рассказе Рэя Брэдбери "И грянул гром", главный герой которого, совершая путешествие в прошлое, случайно раздавил бабочку – а вернувшись, обнаружил, что его близкие пишут на другом языке, и у власти вместо президента-либерала стоит диктатор. В естественных науках этот термин так и называется – эффект бабочки: незначительное влияние на хаотичную систему может иметь большие и непредсказуемые последствия где-нибудь в другом месте и в другое время.
Другой возможный способ решения парадоксов путешествий во времени можно обозначить, как гипотезу альтернативной истории. Когда путешественники во времени возвращаются в прошлое, они попадают в альтернативные истории, которые отличаются от той, которая им известна. Многие учёные сегодня говорят о возможном существовании Мультивселенной, в которую могут входить все эти – и бесконечное число других – варианты прошлого, ветвящиеся в бесконечном множестве миров...
На первый взгляд, эта гипотеза напоминает Фейнмановские квантово-механические уравнения. Но между ними существует и неразрешимое противоречие. В интегралах Фейнмана каждая траектория полностью включает в себя пространство-время и все, что в нём находится. И, как мы выяснили, в рамках такого представления ракета через искривленное пространство-время могла отправиться даже в прошлое. Но ведь сама ракета при этом осталась бы в том же "своём" пространстве-времени, а, значит, и в той же истории. Поэтому фейнмановские интегралы, скорее, говорят в пользу гипотезы фиксированного прошлого.
Современная наука в возможности путешествий в прошлое сомневается. Но, всё-таки, не советуем спорить с кем-то на этот счёт: вдруг этот кто-то спорит, зная будущее наперёд?..
Источник: naked-science
Комментариев нет:
Отправить комментарий