Где существует машина времени

Когда изобретут машину времени: факты, теории, разработки

Машина времени — это устройство, с помощью которого, в теории, можно было бы путешествовать во времени.

Однако ученые понимают под ней не физическую машину или механизм, как в кино, а искривленное пространство-время [1]: например, в виде «червоточины» или «пончика». Внутри нее можно перемещаться из одной точки пространства-времени в другую, за счет сфокусированных гравитационных полей. Но такие поля должны быть супермощными, а управлять ими нужно с максимальной точностью.

Есть также версии, что машина времени — это экзотическая материя с отрицательной плотностью. Если ее толкнуть, она будет двигаться в направлении, обратном нормальному. Однако ничего похожего пока открыть не удалось.

Машина времени: мифы и реальные факты о возможности путешествия во времени

О чем мечтает человек, если его голова не занята войной и меркантильными амбициями? Он мечтает о своем будущем, о звездах, о благополучии для окружающих. Наиболее красочно в наших краях этот факт отражался во времена существования Советского Союза, когда госпропаганда в рамках холодной войны и космической гонки убедила людей, что наука – двигатель прогресса. И в этом не было ничего плохого.

Увидев успехи человечества в освоении космического пространства, а также достижения в других областях науки, люди начали мечтать о том, что раньше казалось только фантастикой. Например, о вечной жизни и молодости, вечном двигателе, путешествии к звездам и другим галактикам, пониманию языка зверей, левитации и даже о машине времени. Впрочем, в дело опять вмешалась наука, которая раз за разом подрезает крылья мечтателям своими формулами, которые доказывают, что некоторые мечты несбыточны:

• Создание вечного двигателя первого рода невозможно в рамках закона сохранения энергии. Первое начало термодинамики запрещает нам это делать, поэтому нам лишь остается ждать очередной прорывной теории в области физики и математики.

• Понимание языка птиц и зверей по вполне понятным причинам до сих пор является фантастикой. Ученые находятся лишь на ранней стадии расшифровки звуков, издаваемых животными. Наибольших успехов удалось добиться в расшифровке языка дельфинов, но и это пока что больше похоже на призрачное будущее.

• Жить вечно у нас пока не получится, ведь наши клетки запрограммированы умереть. Адекватных теорий о перепрограммировании пока нет и не предвидится, поэтому жизнь человека можно лишь продлить на неопределенный срок.

Разбивать мечты человечества о скалы науки можно бесконечно, однако есть вещи, которые наукой не запрещены. Например, путешествие во времени. Одна из самых безумных, на первый взгляд, идей, оказывается реальной, потому что не идет вразрез с современными законами физики.

Физика реальных хронопутешествий Как попадать в прошлое и будущее без вреда для себя и окружающих

21 октября 2015 года Марти Макфлай и Док Браун, согласно сюжету кинотрилогии «Назад в будущее», прибудут к нам в гости — прямиком из 1985-го. Возможны ли путешествия во времени и изменение прошлого а-ля Макфлай с точки зрения современной физики? Как следует вести себя хронопутешественникам и в какие миры они попадают?

Когда во II веке нашей эры основатель жанра научной фантастики Лукиан Самосатский описал путешествие на Луну, Венеру и межпланетные войны, он и сам вряд ли верил в то, что ближайшие небесные тела столь густо населены разумными существами. Однако самолеты, вертолеты, полеты в космос, телевидение и даже видеочат были предсказаны в XIX веке именно фантастами, а Игорь Сикорский называл свой вертолет попыткой перенести в реальную жизнь вымысел Жюля Верна.

Те же фантасты XIX века описали и машину времени, однако она до сих пор не только не создана, но и сама ее принципиальная возможность по-прежнему вызывает горячие споры. Почему же бурный прогресс науки не прояснил этот вопрос?

Вестник апокалипсиса «Путешественники во времени» рассказывают о страшном будущем. Им никто не верит

Путешествия во времени — излюбленный сюжет у писателей-фантастов и предмет мечтаний их поклонников. Однако есть и те, кто уверяет, что на самом деле прибыл из будущего — кто спасаясь от спецслужб, кто в попытках предупредить человечество о грядущей беде. «Лента.ру» рассказала истории самых одиозных гостей из будущего.

Первые мысли человечества о путешествии во времени

Установить, когда же человек впервые подумал о том, чтобы вернуться в прошлое или отправиться в будущее – невозможно. Скорее всего, эта мысль посещала многих на протяжении всего времени существования нашего рода. Другое дело отказ от обычных мечтаний и попытка описать идею путешествий во времени в рамках относительности временных отрезков. И первыми на это обратили внимание не ученые, а писатели-фантасты. Творческие люди не скованы научными рамками, поэтому могут дать волю своей фантазии. К тому же оказалось, что большинство пророчеств писателей относительно нашего будущего сбылись.

В литературе путешествия во времени описывались в зависимости от эпохи, в которую жили их творцы. Например, в романах 18 века, когда религия еще сохраняла свой вес в обществе и превалировала над остальными фактами, все необычное писатели связывали с божественным вмешательством.

• Первой фантастической книгой о перемещении во времени принято считать роман Сэмюэля Мэддена «Воспоминания о ХХ веке. Письма о государстве, управляемом Георгом VI… Получены в виде откровения в 1728 г. В шести томах». В книге, которая была написана в 1733 году, главный герой получал письма с описанием событий из конца 20 века, которые ему приносил настоящий ангел.

В дальнейшем в литературе авторы все чаще стали использовать тему путешествия во времени. Чарльз Диккенс, Марк Твен и другие писатели увидели перед собой огромный простор для фантазии, чем не преминули воспользоваться.

В чем главные проблемы создания машины времени?

• В обозримом будущем ни один из объектов, созданных человеком, не может приблизиться к скорости света.
• Человек не сможет находиться вблизи объектов с гигантской гравитацией, как у черных дыр: он сразу погибнет.
• Гипотетические условия для путешествий во времени — такие, как бесконечная или сверхмалая масса, нулевая длина и другие — тоже недостижимы.
• Деформация пространства-времени может вызвать мощный поток радиации, который уничтожит все живое.

Есть отдельные теории — например, у физика Ричарда Мюллера [7] — о том, что вернуться назад невозможно, так как Вселенная постоянно расширяется, как в пространстве, так и во времени. Другими словами, в прошлом времени было как бы меньше, а в будущем его, наоборот, больше. И мы не можем, в нашем нынешнем состоянии, оказаться в нужной точке прошлого или будущего — в обеих случаях это будут совсем другие миры, с которыми у нас нет никакой связи. Чтобы такое путешествие стало возможным, нам сначала нужно уменьшить или увеличить объем пространства-времени.

И тем не менее люди веками пытаются создать машины времени или хотя бы воссоздать условия, при которых такие путешествия возможны.

Появление «Машины времени»

Первое упоминание некого рукотворного механизма, который позволял перемещаться во времени, появилось лишь в конце 19 века. В 1881 году в одном из научных журналов Нью-Йорка появился рассказ американского журналиста Эдварда Митчелла «Часы, которые шли назад». В нем говорится о молодом человеке, который смог отправиться в прошлое с помощью обычных комнатных часов.

• Эдвард Митчелл считается одним из родоначальников современной научной фантастики. Он описал в своих книгах множество изобретений и идей задолго до того, как они появились на страницах других фантастов. Он рассказал о путешествиях со сверхсветовой скоростью, человеке-невидимке и многом другом раньше других.

В 1895 году произошло событие, которое перевернуло мир фантастической прозы. В английском журнале «The New Review» редактор решает опубликовать рассказ «История Путешественника во Времени» — первое крупное фантастическое произведение Герберта Уэллса. Название «Машина времени» появилось не сразу, и было принято лишь через год. Писатель развил идею рассказа «Аргонавты времени», написанного в 1888 году.

«Идея возможности путешествия во времени возникла у него в 1887 году после того, как некий студент по фамилии Хэмилтон-Гордон в подвальном помещении Горной школы в Южном Кенсингтоне, где проходили заседания «Дискуссионного общества», сделал доклад о возможностях неэвклидовой геометрии по мотивам книги Ч. Хинтона «Что такое четвёртое измерение»

Отличительной особенностью романа является то, что некоторые моменты путешествия главного героя во времени были описаны с помощью предположений, которые впоследствии появились в общей теории относительности Альберта Эйнштейна. На момент написания рассказа ее даже не существовало.

Машина судного дня

Одно из ключевых возражений против путешествий в прошлое сформулировал четверть века назад физик Стивен Хокинг: «Если путешествия во времени возможны, то где в таком случае путешественники?» Оппоненты быстро указали на концептуальное сходство этого возражения с известной поговоркой насчет ума и денег: множество гениев умерло в бедности, но это вовсе не означает, что создатель геометрии Лобачевского был неумен.

Конечно, Хокинг включил в свою гипотезу о защите хронологии не только этот тезис. По его мнению, путешествия в прошлое для макроскопических объектов (например, человека) невозможны, поскольку этому препятствуют физические законы. Он предложил рассматривать путешествие во времени как замкнутую времениподобную кривую (прошлое — будущее — прошлое —. ). Та область в пространстве, где она работает, ограничена, а на ее границе должен возникать горизонт событий, чем-то сходный с горизонтом событий черной дыры. Одна беда: по такой замкнутой времениподобной кривой должны перемещаться замкнутые лучи света, бесконечно наворачивающие круги по этой кривой. Бесконечно вращающиеся виртуальные частицы в такой ситуации не исчезают со временем, накапливаясь и доводя плотность энергии на горизонте событий машины времени до бесконечности. «Выходит, что человек или космический зонд, который попробует пересечь горизонт и попасть в машину времени, будет полностью уничтожен завесой излучения», — резюмирует Хокинг.

Стивен Хокинг читает лекцию. Фото: Valentin Flauraud / Reuters

Но главная проблема гипотезы Хокинга в том, что полноценной теории, учитывающей и гравитацию, и квантовые эффекты (которые, по Хокингу, уничтожат путешественника во времени), пока нет. Теория квантовой гравитации еще не построена — прежде всего потому, что две физические теории, которые она пытается связать воедино (квантовая механика и общая теория относительности) опираются на разные наборы принципов. Первая описывает временнУю эволюцию физических систем на фоне внешнего пространства-времени, которого в ОТО нет вовсе (точнее, оно является динамической переменной теории). Иными словами, хотя большинству физиков импонирует идея о невозможности безопасного движения назад во времени, на данный момент никаких твердых данных, противоречащих такой возможности, нет.

Хуже того: в ряде случаев попытки применить варианты хокинговской гипотезы ведут к ужасающим заключениям. Например, пузырь Алькуберре, в силу сверхсветового перемещения действующий как машина времени, может накапливать колоссальную энергию и, прибывая в ту или иную область пространства-времени, эту энергию высвобождать. Такая машина времени, даже без путешественника на борту, при торможении уничтожит всю ту область, куда она отправилась. Если бы нечто подобное было возможно, мы все могли бы моментально исчезнуть в ослепительной вспышке сразу после первого же эксперимента по путешествию во времени.

Что будет, если изменить прошлое?

Этот вопрос чаще всего возникает в книгах и фильмах — вроде «Терминатора», «Эффекта бабочки» или «Назад в будущее». Ученые называют его «парадоксом убитого дедушки» [8]: когда путешественник во времени возвращается в прошлое, убивает своего дедушку в юности и в результате исчезает — потому что никогда не рождался.

Противники теории утверждают, что это невозможно: отправиться в прошлое можно только по замкнутой кривой, внутри которой все события закольцованы друг с другом. В качестве наглядного подтверждения приводят бильярдный шар, который движется через червоточину по заданной траектории и никак не может помешать сам себе.

Британский математик и философ Джеральд Джеймс Уитроу считал, что, если бы путешествия в прошлое были возможны, мы бы помнили о них еще до отправления.

Феномен Эйнштейна

С древних времен человек воспринимал окружающее его пространство, как значение трех измерений: длину, ширину и высоту. Разговоры о времени были уделом философов, лишь в 17 веке ввели понятие времени в науку, как физической величины, однако ученые, в том числе и Ньютон, воспринимали время как нечто неизменяемое, прямолинейное.

Ньютоновская физика предполагала, что часы, которые будут расположены в любой части Вселенной, всегда покажут одинаковое время. Ученых устраивало текущее положение дел, ведь проводить расчеты по таким данным гораздо проще.

Все изменилось в 1915 году, когда за трибуну встал Альберт Эйнштейн. Доклад о Специальной теории относительности (СТО) и Общей теории относительности (ОТО) поставил ньютоновское восприятие времени на колени. В его научных работах время существовало неразрывно с материей и пространством и не было прямолинейным. Оно могло менять свой ход, ускоряться или замедляться, в зависимости от условий.

У сторонников ньютоновской вселенной опустились руки. Теория Эйнштейна была крайне логичной, все основные законы физики продолжали работать в ней безупречно, поэтому научному сообществу осталось принять ее, как данное.

«Воображение важнее, чем знания. Знания ограничены, тогда как воображение охватывает целый мир, стимулируя прогресс, порождая эволюцию».

Альберт Эйнштейн

В своих уравнениях ученый представил искривления пространства-времени, вызванные гравитационной составляющей материи. В них учитывались не только геометрические особенности объектов, но также плотность, давление и другие факторы, которыми они обладают. Особенность уравнений Эйнштейна в том, что их можно читать как справа-налево, так и слева-направо. В зависимости от этого будет изменяться восприятие окружающего нас мира и взаимодействие пространства-времени.

Парадокс Гитлера

Есть и другие основания, по которым физики настороженно относятся к идее хроноскачков — и это прежде всего причинность.

Представим себе ситуацию: совестливый изобретатель машины времени делает первой своей миссией убийство фюрера. Если он выполнит поставленную задачу, цель его путешествия моментально исчезнет: Вторая мировая будет принципиально иной, фамилия Гитлер ничего никому не будет говорить уже ко времени рождения изобретателя. Причина убьет следствие, а это должно убить причину — и что же произойдет в такой ситуации на практике, не очень понятно.

Что хуже всего, влияние Гитлера на историю планеты слишком велико, и любой мыслимый изобретатель, убивший его, с высокой вероятностью просто не родится. Если Вторая мировая и случится, то в другое время и вызовет другие демографические последствия: мать и отец гитлероубийцы, скорее всего, никогда не встретятся, что делает парадокс Гитлера еще и разновидностью парадокса убийства дедушки.

Даже если предположить, что хронопутешествия будут сразу монополизированы государством или организацией с идеальными возможностями контроля, получается, что придется постоянно вмешиваться в ход развития человечества, либо защищая его от путешественников-одиночек, намеревающийся «убить Гитлера», либо меняя время в «нужном» направлении самостоятельно. И тот и другой вариант превращают историю в древнегреческий театр, где логика и причинность заменены спонтанным вмешательством deus ex machina, причем таким, которое мы не можем ни контролировать, ни предсказать.

Всех не перевешать

И все же часть физиков в условиях отсутствия твердых доказательств гипотезы о защите времени попробовали доказать, что и без нее такие путешествия не ведут к вышеописанным сокрушительным последствиям. В 1991 году Дэвид Дойч (David Deutsch) предложил такое решение: в момент начала путешествия любая система распадается на две подсистемы. Одна из них — замкнутая времениподобная кривая B, а вторая — внешняя по отношению к ней подсистема А (например, путешественник). По расчетам Дойча, если мы сможем описать все отличия системы А от В одной унитарной матрицей, мы автоматически переводим происходящее в представление Шредингера. Возникнет сразу множество возможных решений, у одного из которых будет наибольшая энтропия. В нем изменение произойдет (мир изменится), но во всех остальных локально ничего не поменяется.

Параллельные Вселенные. Изображение: space.mit.edu

То есть убьет кто-либо Гитлера или нет, для сохранения принципа причинности не так важно. Даже если у убийцы все получится, мир, в котором фюрер не пришел к власти, станет не нашим, а частью параллельной Вселенной (многомировая интерпретация). Как видим, этот вариант куда оптимистичнее уничтожения человечества при попытке первого запуска машины времени. Правда, если он верен, то никаких последствий деятельности хронопутешественников мы никогда не заметим. Все их титанические усилия просто приведут к образованию еще одной параллельной Вселенной, не связанной с нашей.

Хокинг в стране парадоксов

За прошедшие со знаменательной вечеринки годы Стивен Хокинг высказал несколько новых замечательных идей, связанных с космологией и гравитацией, черными дырами и другими вселенными. Быть может, он действительно что-то скрывает, и на празднике в 2009 году ученый встретил самого себя из будущего и подсказал себе самому пару свежих мыслей? Здесь мы встречаем первый парадокс.

Представим, что Стивен Хокинг из будущего узнал суть «Теории всего» из публикации, скажем, в Nature, а потом отправился в прошлое и рассказал ее себе. Тогда спустя какое-то время Хокинг из наших дней сообщит о грандиозном открытии в Nature, где в будущем и прочтет о нем. Но тогда откуда взялось само открытие? Кто его совершил и как? Ведь Хокинг из будущего просто узнал о нем из журнала, а Хокинг из прошлого услышал от самого себя.

Все станет еще намного хуже, если у Стивена Хокинга из будущего случится конфликт с собой прошлым и он попытается себя убить. Кто тогда сконструирует машину времени и, переместившись в ней на вечеринку, совершит убийство? Да никто. Но тогда ученый благополучно доживет до будущего, сядет в машину времени, попадет на вечеринку и убьет самого себя в прошлом. Это настоящий король всех темпоральных парадоксов, и для разрешения его придумано несколько возможностей.

Одна из этих возможностей была сформулирована в 1990 году Игорем Новиковым в рамках известного «принципа самосогласованности». Он говорит, что нарушить естественное течение вещей во временной петле невозможно, поскольку вероятность любых событий, которые ведут к этому, быстро стремится к нулю. Иначе говоря, «что было — то уже состоялось», и все уже вписано в историю Вселенной. Даже если Хокинг из будущего решит уничтожить самого себя в прошлом, у него ничего не получится по самым разным — любым — причинам. Сама суть вещей не позволит ему совершить убийство, нарушающее законы не только человеческие, но и физические.

Другой вариант предлагает теория о существовании бесчисленных «параллельных» вселенных, в которых реализуются все возможные сценарии. Время бесконечно ветвится в каждом вероятностном событии, и все они происходят на самом деле, только в разных мирах. В некоторых из этих вселенных Стивен Хокинг лично участвует в создании машины времени и посещает свою вечеринку в 2009 году. Где-то он конфликтует с собой прошлым, а где-то подсказывает себе идею «Теории всего». Жаль, что случилось это, видимо, не в нашем мире. Или.

Моральный кодекс хронопутешественника

В 1970-х не менее оригинальное объяснение парадоксов времени предложил известный астрофизик Игорь Новиков. Принцип Новикова прост: в нашей Вселенной локально могут происходить только такие хронопутешествия, которые глобально самосогласованы, то есть не являются взаимоисключающими. Любая попытка радикально переделать прошлое в нашем мире (а не в одной из параллельных Вселенных) может закончиться лишь провалом. Например, отправившись в прошлое и убив своего деда, вы, вернувшись, обнаружите, скажем, что вы, как и несколько процентов всех детей на Земле, —плод внебрачной связи, из-за чего убийство предположительного дедушки вообще ни на что не повлияло.

Фактически Новиков предполагает, что свобода воли всех путешественников во времени жестко ограничена предложенным им физическим принципом. То есть условный аналог закона сохранения энергии — своего рода закон сохранения причинности — не позволяет изменить то, что так или иначе повлияло на возникновение субъекта. Также как сила тяготения не дает взлететь без самолета, принцип самосогласованности не даст убить Гитлера.

Если же кажется, что путешественник вопреки всему все же изменил прошлое, то, скорее всего, перед нами просто видимость. В известной сцене из первой части фильма «Назад в будущее» Марти Макфлай в 1955 году исполняет хит Чака Берри Johnny B. Goode. Присутствующий при этом чернокожий гитарист немедленно звонит своему кузену (Чаку Берри) и предлагает ему ознакомиться с «новым саундом» по телефону. На первый взгляд, это довольно грубое вмешательство в историю: Чак Берри — один из самых влиятельных музыкантов раннего рок-н-ролла, а Johnny B. Goode сочинен им лишь в 1958 году. Изменение прошлого? Пересмотрите эту сцену еще раз: Марвин дает своему кузену послушать Марти, лишь когда тот закончил петь и перешел к жесткому гитарному соло, достаточно свежему даже для 1980-х, и абсолютно нетипичному для рок-н-ролла. Ничего из того, что мог заимствовать Берри, он так и не услышал.

Но некоторые моменты действия принципа Новикова неясны. Представим, что, изобретя машину времени, мы отправились в прошлое и решили поведать жителям XIX века о существовании такого устройства. Очевидно, что это будет колоссальным вмешательством в историю, после которой жизнь земных государств может существенно измениться. Уведомить любого жителя прошлого о существовании такой машины (до того, как ее изобретение будет освещено в прессе) для хрононавта физически невозможно. Все, что вы можете сделать, прилетев в XIX век, — купить документы на имя Герберта Уэллса и выпустить какой-нибудь роман на эту тему.

Выводы о машинах времени

Мнения и эксперименты в современной науке можно свести к трем направлениям:

Создание собственного пространственно-временного тоннеля

Чем шире фантазия современного ученого, тем больших высот он может достичь в своей работе. Пока скептики отрицают любую возможность существование моста Эйнштейна-Розена, сторонники этой теории предлагают выход из ситуации. Если мы не способны обнаружить червоточину в непосредственной близости от нас, значит ее можно создать самим! Тем более, что наработки для этого уже есть. Пока эта теория находится в области фантастики, однако, как мы уже успели убедиться, большинство предсказаний фантастов сбылись.

Кип Торн вместе со своими сторонниками продолжает работать над теорией кротовых нор. Ученый смог рассчитать, что спровоцировать рождение червоточины можно с помощью так называемой «темной материи» — таинственного строительного материала во Вселенной, который не удается обнаружить напрямую, но по предположениям физиков, из нее состоит 27% нашей вселенной. К слову, на долю барионной материи (той, из который мы с вами состоим и можем увидеть) приходится всего 4,9% от общей массы вселенной. Темная материя обладает удивительными свойствами. Она не испускает электромагнитного излучения, не взаимодействует с другими формами материи кроме как на гравитационном уровне, но ее потенциал поистине огромен.

По словам Торна, с помощью темной материи можно создать обратимую кротовую нору достаточных размеров, чтобы через нее мог пройти космический корабль. Проблема лишь в том, что для этого нужно накопить столько темной материи, что ее масса будет соразмерна с массой Юпитера. Человечество же пока не в состоянии заполучить даже грамм этого вещества, если к нему вообще применимо понятие «грамма». К тому же, необходимость путешествия со скоростью света никто не отменял, а это значит, что несмотря на все достижения человечества в области науки, мы до сих пор находимся на пещерном уровне развития, и до настоящих прорывных открытий нам очень далеко.

Идеи по изобретению настоящей машины времени, которая позволила бы нам открыть загадки прошлого и увидеть свое будущее, пока несбыточны. Впрочем, это не отменяет факта, что теория относительности, разработанная Эйнштейном, продолжает работать относительно каждого из нас. Например, найти настоящего путешественника во времени не составит труда даже сейчас. Чем быстрее движется человек, тем медленнее для него идет время, а это значит, что он медленно, но верно перемещается в будущее. Пилоты авиалайнеров, истребителей и в особенности космонавты, работающие на орбите – настоящие путешественники во времени. Пусть и на сотые доли секунды, но они опередили нас, людей, живущих на Земле.

Беспричинные люди

На первый взгляд кажется, что принцип Новикова даже без непроверяемой многомировой интерпретации снимает все темпоральные парадоксы. Увы, все не так просто. Вспомните анекдотический сюжет цикла «Терминаторов»: пытаясь бороться с Коннором, Скайнет невольно ознакомил юношу с самой возможностью путешествия во времени. В итоге тот, повзрослев, отправил в прошлое своего отца, родившегося позже самого Коннора. Итак, самосогласованность по Новикову налицо, однако налицо и парадокс: сын Сары Коннор становится продуктом существования замкнутой времениподобной кривой, вне которой его возникновение с данным набором генов невозможно.

Кадр: Warner Bros / Courtesy Everett Collection

На деле вся научная фантастика насыщена такими примерами, и иногда («Стальная крыса» Гаррисона) возникают даже существа, которых вообще никто не зачинал и не рождал, попадающие из собственного будущего в собственное прошлое по кругу. Они переживают свой жизненный цикл бесконечное количество раз, как персонаж «Дня сурка». Вот только, в отличие от последнего, у них нет ни малейших шансов что-либо изменить в своей жизни.