Что позволяет физика путешественникам во времени
Усилиями кинематографистов словосочетания «кротовая нора», «парадокс убитого дедушки» и «горизонт событий» вошли чуть ли не в лексикон повседневного общения. Когда Кристофер Нолан работал над «Интерстелларом» и «Доводом», его консультировал нобелевский лауреат Кип Торн — значит ли, что современная физика уже разрешила путешествия во времени, и их реализация лишь вопрос технического прогресса? А как же быть с известными временными парадоксами и нарушенными причинно-следственными связями?
Путешествия во времени это сложная, но в данный момент умозрительная концепция, которая волнует фантастов, философов — и физиков-теоретиков. Пока одни ищут красивые (и хотя бы в первом приближении самосогласованные) истории, вторые решают вопросы свободы воли в условиях причинно-следственных петель, физики пытаются путешествия во времени либо окончательно запретить, либо наоборот, согласовать их с научной парадигмой. В ведущих научных журналах регулярно выходят статьи, так или иначе связанные с возможностью сложных перемещений во времени и попытками согласовать их с базовыми принципами классической и квантовой физики.
Теоретическая возможность путешествий во времени — следствие общей теории относительности. Решение уравнения Эйнштейна, допускающее перемещения во времени, в 1949 году нашел Курт Гёдель. Он обнаружил, что в четырехмерном пространстве-времени могут существовать замкнутые времениподобные кривые. Поскольку общая теория относительности связывает гравитационное притяжение с деформацией пространства-времени, то и оправдание (или запрет) перемещений во времени для физиков фактически сводится к решению задач дифференциальной геометрии на Лоренцевых многообразиях. С математической точки зрения — это решение уравнения Эйнштейна, тензорного уравнения для описания гравитационного поля, которое связывает геометрические параметры пространства-времени (то есть как именно оно искривляется) с перераспределением в нем материи (и, соответственно, гравитационного поля).
В рамках общей теории относительности перемещение тела рассматривается в четырехмерном пространстве-времени: три координаты (x, y и z) у тела пространственные, а четвертая, ct — временнaя (время умножают на скорость света, чтобы у всех координат были одинаковые размерности). Точки в пространстве-времени обозначают разные физические состояния объекта и разделены пространственноподобными или времениподобными интервалами. Перемещения объектов во времени и пространстве можно описать в виде кривой, которая связывает «влияющее прошлое» с «подверженным влиянию будущим», — поскольку опыт подсказывает нам, что причина любого события должна находиться в прошлом, а не будущем. Вселенная считается предсказуемой из ее текущего состояния. При этом причинно-следственная связь между событиями в прошлом и будущем определяется принципом причинности и скоростью передачи информационного сигнала.
В классической физике одно событие может повлиять на другое, только если первое происходит раньше второго. В специальной теории относительности к этому условию добавляется еще одно: оно включает скорость света как максимально возможную скорость передачи сигнала. По идее, в том же виде условие причинности переходит и в общую теорию относительности, но Гёдель показал, что и замкнутые времениподобные кривые можно получить на основании одного из решений уравнения Эйнштейна. Поскольку кривая замкнутая, то объект по ней перемещается не только вперед во времени, но и назад — так, собственно, и были легитимизированы путешествия во времени.
Врeменные парадоксы
Но ведь только что мы говорили про принцип причинности — кажется, что для таких замкнутых времениподобных кривых он соблюдаться не может. Действительно, принцип причинности нарушается, и потому мы получаем целый ряд хорошо известных временных парадоксов. Эти парадоксы активно эксплуатируют и писатели-фантасты, и голливудские режиссеры. Самый известный из этих парадоксов — парадокс убитого дедушки. Это умозрительный эксперимент, в котором человек возвращается в прошлое, где убивает своего дедушку до рождения своих родителей, делая невозможным свое рождение и, соответственно, путешествие в прошлое. Об этом парадоксе нем постоянно вспоминает герой Роберта Паттинсона в фильме «Довод», предостерегая от главного героя от непосредственного контакта со своим прошлым. В «Доводе» сам парадокс реализован не был, а самый хрестоматийный пример (хоть и без убийства родственников) из популярной культуры всем знаком по первой части трилогии «Назад в будущее», в которой Марти Макфлай едва не препятствует знакомству своих родителей и, следовательно, собственному рождению.
Другой известный временной парадокс — передача информации из будущего в прошлое. Таким примером будет, например, создание машины времени по чертежам, которые изобретателю передали из будущего. Получается причинно-следственная петля, в которой машина времени появляется сама собой из ниоткуда. Так, например, происходит в сериале «Тьма»: путешественник во времени передает книгу с теоретическими основами концепции путешествий во времени ее будущему автору. Автор с удивлением книгу читает, после чего слово в слово списывает у себя самого и публикует.
Парадоксы — это интересно, но нехорошо. Да, феномены квантового мира — корпускулярно-волновой дуализм, передача информации со сверхсветовой скоростью между запутанными частицами и тому подобное — тоже контринтуитивны. Но эту парадоксальность мы приняли только после того, как у нас появилось достаточное число экспериментальных свидетельств реальности происходящего с элементарными частицами. Успешного эксперимента, подтверждающего реальность путешествий во времени, у нас нет. Поэтому разумнее не расставаться с привычной и проверенной картиной мира просто потому, что теория что-то позволяет, а предположить, что парадокс реален, но при этом «безопасен». Такие объяснения у нас есть.
Ограничивающие принципы
Чтобы как-то состыковать существования замкнутых времениподобных траекторий с временными парадоксами, ученые в разное время либо предлагали вводить дополнительные ограничивающие принципы фундаментального характера, либо уточняли условия, при которых эти траектории могут существовать.
Перечислим самые известные из этих ограничений.
1) Путешествия во времени возможны только на субмикроскопическом масштабе.
В 1992 году Стивен Хокинг предложил ограничить масштабы, на которых возможны путешествия во времени. Он сформулировал гипотезу хронологической защищенности, которая предполагает, что замкнутые времениподобные кривые могут существовать только на субмикроскопических масштабах. При этом ограничения на масштаб могут работать и в обратном смысле: например, вращающийся цилиндр Типлера — одно из решений уравнений Эйнштейна, допускающих замкнутые времениподобные кривые, — должен для этого, наоборот, иметь бесконечную длину. Без введения отрицательной энергии для цилиндров Типлера любой конечной длины никакого вращения оказывается не достаточно для появления времениподобных замкнутых кривых. Частично ограничения на масштаб подкрепляются, например, теорией струн, которая считается одним из кандидатов на место универсальной теории квантовой гравитации.
2) Любая замкнутая времениподобная кривая проходит через горизонт событий, что делает нарушение принципа причинности незаметным для наблюдателя.
Этот принцип в 1969 году под названием «гипотеза космической цензуры» сформулировал нобелевский лауреат по физике 2020 года Роджер Пенроуз, чтобы как-то решить проблему существования гравитационных сингулярностей. Принцип утверждает, что сингулярности существуют только в тех областях пространства-времени, которые недоступны для внешнего наблюдателя (например, за горизонтом событий черной дыры). Только в этих невидимых снаружи областях пространства-времени, согласно гипотезе, должны оказаться и все замкнутые времениподобные кривые. То есть если путешествия во времени и возможны, их никто не сможет увидеть.
Стоит, конечно, сказать, что справедливость этого принципа ученые постоянно ставят под сомнение. Физики-теоретики многократно пытались показать что эта гипотеза должна нарушаться, но потом вновь подтверждали изначальный постулат. Один из последних примеров — прошлогодняя работа Уильяма Иста, который опроверг предыдущие сомнения и показал, что все сингулярности и времениподобные кривые действительно оказываются под горизонтом событий.
3) Путешествия во времени возможны, но только если они не нарушают принцип причинности
Принцип самосогласованности был сформулирован Игорем Новиковым в 1991 году. Согласно гипотезе, замкнутые времениподобные кривые в принципе могут существовать, но связывают они глобально «самосогласованные» события. Тогда действия путешественника во времени могут привести только к локальным изменениям, а вероятность действия, изменяющего более раннее событие на той же кривой фактически нулевая. Иллюстрацией этого принципа в каком-то смысле может служить сюжет фильма «12 обезьян», в котором любые попытки героя Брюса Уиллиса изменить прошлое ни к чему не приводят.
Несмотря на то, что все эти принципы позволяют разрешить каким-то образом возникающие противоречия, все они, в общем-то, остаются скорее постулатами. Их теоретическая база до сих пор вызывает много вопросов и остается предметом спора. Некоторые физики считают, что проблему замкнутых времениподобных кривых решит теория квантовой гравитации, в которой, например, могут появиться какие-то фундаментальные запреты на их существование, а не только условия их возникновения или наблюдения.
Современное состояние
Но универсальной теории квантовой гравитации пока нет, и существование замкнутых времениподобных кривых все еще считается возможным. И чтобы не отменять из-за каких-то сомнительных кривых всю общую теорию относительности целиком, но при этом не создавать дополнительных надстроек в виде новых постулатов и запрещающих гипотез, ученые пытаются оправдать существование этих кривых на основе фундаментальных законов и принципов самой теории. В том, что такие кривые в общей теории относительности иногда могут возникать, сомнений нет, но вот когда и в каком виде теория позволяет им появляться, чтобы не противоречить ее базовым принципам, все еще неясно — и пока эти условия возможно сузить.
В 2019 году физики из Австрии, Австралии и Швейцарии смогли в рамках детерминистической парадигмы показать, что идея путешествий во времени (и даже взаимодействия объекта со своим прошлым «я») при определенных условиях не содержит внутренних противоречий и может решить внутренние причинные парадоксы. В сентябре этого года австралийские физики расширили подход от одного частного случая к более общей ситуации, в которой замкнутые кривые остаются совместимыми с детерминизмом и локальной свободой выбора (то есть фактически вписывает путешествия во времени в компатибилистскую картину мира), правда, с широким спектром возможных сценариев.
Чтобы понять суть работы, придется еще немного углубиться в формальную методологию. С математической точки зрения, пространство-время, в котором возможно существование замкнутых времениподобных линий — не глобально гиперболично. То есть точки этого пространства-времени (в отличие от более понятного пространства-времени с причинной связью) могут оказываться на краю — в сингулярности или бесконечности. В таком пространстве-времени нет поверхности Коши, на которой можно было бы задать начальные условия, однозначно предопределяющие все дальнейшие физические процессы.
В глобальном пространстве-времени, содержащем эти самые замкнутые временные траектории, ученые выделили несколько локальных областей, между которыми происходит обмен сигналами. Все локальные области, хоть и существуют в не глобально гиперболическом пространстве-времени, ничем не отличается от тех, которые были бы в глобально гиперболическом пространстве, то есть все события предопределены причинно-следственной связью.
Каждая область устроена следующим образом. Внутри нее находятся агенты — какие-то объекты или силы, — которые получают на границе области в прошлом какое-то классическое состояние в качестве исходных данных, совершают с ним набор последовательных и связанных друг с другом действий и превращают его таким образом в будущее, которое и выдают на границу этой же области с другой стороны. Внутри самой области замкнутых времениподобных кривых нет, но они могут проходить через нее.
Ученые рассмотрели структуру функций, описывающих передачу сигналов между четырьмя различными областями пространства-времени. Им удалось показать, что в пространстве-времени могут существовать невырожденные процессы, действительно изменяющие состояние физической системы, которые при этом совместимы с существованием замкнутых времениподобных кривых. При этом при одинаковых начальных условиях возможно много различных процессов — а, значит, свобода выбора у наблюдателя остается. В системе возможно существование нескольких наблюдателей, на действия которых накладываются нестрогие ограничения по местоположению, логической последовательности действий и свободе выбора, которые позволяют избежать временных парадоксов.
Несколько упрощая, можно свести вывод ученых к следующей схеме. Путешествовать во времени можно между любым количеством пространственно-временных областей, но при определенном условии: их будущее не изменится. Внутри области можно делать все что угодно, что не противоречит фиксированной «реперной точке» на выходе из этой области, а вот изменить ее не получится никак. Получается, что в каком-то смысле можно и дедушку убить, и выжить, и не наплодить при этом парадоксов — но для этого сам дедушка и его жизнь не должны влиять на состояние в неизменяемой реперной точке. То есть поступающая в область информация из прошлого должна оставаться независимой от исходящей из области информации в будущем. Условия для появления путешественника во времени должны возникнуть так или иначе — и без участия дедушки представить такую ситуацию все-таки вряд ли возможно.
Согласно теории, от фиксированного будущего на выходе две из всех связанных областей освобождены, но эти две обязательно должны быть связаны между собой и обязательно в строго определенной последовательности. Ученые отмечают, что их работа показывает лишь абстрактную возможность существования таких процессов, но не проверяет это для конкретных геометрий пространства-времени. Для описания частных некаузальных сценариев в конкретных геометриях нужны дальнейшие исследования. Разумеется, выводов даже об абстрактной возможности путешествий во времени из этих работ сделать нельзя, но они так или иначе ограничили довольно широкий диапазон условий, при которых вся эта система не содержит внутренних противоречий.
В ожидании запрета
Другой возможный подход для разрешения нестыковок между нарушением принципа причинности и законами физики основан не на формальном рассмотрении причинно-следственных взаимосвязей, а на модификации квантовой теории. Квантовая физика и общая теория относительности принципиально не согласуются друг с другом, поскольку исходят из разных посылок: в квантовой физике пространство-время рассматривается как среда, в которой происходит изменение квантовой системы, в то время как в общей теории относительности само это пространство-время — изменяющаяся переменная, которая не требует квантования. Создание согласованной теории квантовой гравитации без внутренних противоречий — одно из активных направлений современной теоретической физики.
Чтобы согласовать существование сложных времениподобных траекторий с квантовой механикой, физики-теоретики предлагают небольшие изменения для квантовой теории, внося в нее нелинейные эффекты. Например, в 2013 году ученые из того же Квинслендского университета показали, что существование замкнутых времениподобных кривых, на которых не происходит непосредственного взаимодействия со своим прошлым, приводит к нарушению принципа неопределенности Гейзенберга и позволяет одновременное измерение пары связанных квантовомеханических параметров. Основная сложность этого подхода состоит в том, что модификации придется вводить вообще во все пространство-время, а не только те его области, через которые проходят эти пресловутые кривые.
Многие физики, однако, считают, что все математические ухищрения, связанные с поиском подходящих условий для путешествий во времени, как и формулировка ограничивающих их принципов, — лишь временные «костыли» или «затычки» в теории, вышедшей за границы своей применимости. Поскольку при достижении горизонта Коши общая теория относительности теряет свою предсказательную способность, не дает однозначных решений и приводит к возникновению парадоксов и несогласованностей, то в конечном счете все попытки согласовать разные части теории сводятся к поиску этих самых границ применимости общей теории относительности и формулировке запроса на создание универсальной теории. Вполне вероятно, что любые машины времени в новой теории будут попросту невозможны.
Источник
Меню
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Последние новости
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - ...
Последние аномальные новости

Британский экстрасенс перепугал всю страну

Граф Монте-Кристо. Реальная история мести

Де Бренвилье. Маркиза Дьявола

Древний мегалит разыскивают в Щекинском районе

Женщина, которая умерла от рака и вернулась

ИИ научили определять фейки на видео

ИИ научили предупреждать конфликты в переписке

Инопланетяне, которые вступят с нами в контакт, будут вдвое старше

Как Илон Маск видит будущее Марса

Как можно уничтожить астероид

Как человечество отреагирует на открытие инопланетной жизни

Красные спрайты заметили над Францией

Кто уничтожил суперземли Солнечной системы

Люди овладеют телепатией и телекинезом

Мама развешивала бельё, когда неваляшка задвигалась

Мы 15 лет вместе с сериалом Сверхъестественное

Найден простой и недорогой способ обратить вспять старение

Нашли древний жертвенный алтарь со следами мистических обрядов

О чем говорится в средневековом дьявольском манускрипте

Первый человек, который проживет 1000 лет, уже родился

Перевал Дятлова. Власть или погода

Плоская и бесконечная Вселенная

Почему люди верят в Бога

Почему нужно смотреть сериал Перевал Дятлова

Предсказания Нострадамуса на 2021 год

Ренн-ле-Шато и тайна проклятого золота

Сенситивы обещают море огня

Сняли существо из Сайлент Хилл

Тайны каменных подземелий

Ядерные двигатели и астероиды стоимостью в триллионы долларов

Как создать сайт с профессиональной помощью

Азотная атмосфера Титана сохранилась благодаря слабой активности Солнца

Алмаз создали за считанные минуты при комнатной температуре

Астероид пролетел рядом с МКС

Билл Гейтс пообещал плохие новости о коронавирусе

Блогер обнаружил загадочный заброшенный особняк

В происхождении коронавируса снова усомнились

Вода может существовать в нескольких жидких состояниях

Дикая обезьяна помогла постирать одежду

Жизнь в космосе скрывают подледные океаны

За пределами галактики нашли необъяснимо много света

Загадочное свечение в небе над Кубанью

Звуки, которые слышит марсоход во время полета

Инопланетные чудовища и вирусы

Люди, которые нуждаются в секс-роботах

Меркурий самая близкая к Земле планета

Неизвестная болезнь бушует в Сенегале

Неопубликованные тексты Толкина о Средиземье выйдут в 2021 году

Очень странный монстр из лесов Западной Вирджинии

Пауэрлифтер отжал от груди семью

Ранее неизвестные созвездия обнаружили в египетском храме

Рецепт идеального коктейля от похмелья

Роботов научили преследовать людей

Россия заинтересовалась добычей ресурсов в космосе

Самые человечные роботы - самые пугающие

Сколько должно быть жира, чтоб остановить пулю

Сотовые телефоны действительно способствуют развитию рака

США разберут радиотелескоп Аресибо

Тайны быстрых радиовсплесков

ФБР наняли роботов для работы с документацией

Чем мы будем питаться в случае Апокалипсиса

Богачи со всего мира скупают подводные лодки

В детстве по ночам мы играли с феями

В марсианском гулаге я видел певца Робби Уильямса

Все, что надо знать о Перевале Дятлова

Гадалка за миллион сняла порчу и венец безбрачия

Действительно ли коронавирус пришел из Уханя

Древние подземные туннели охватывают всю Землю

Женщина с огромным ртом показала его вместительность

Загадочный воздуховод обнаружен в Антарктиде

Искусственный интеллект установили на световой чип

Коронавирус исчезнет до 5 апреля

Метеорит упал в океан

Мистический парк появился в Приморье

На Венере жизни нет

На чем люди полетят в дальний космос

Наши сны связаны с путешествиями во времени

Необычная оптическая иллюзия

НЛО, во много раз больше Земли, покидает Солнце

Новейшие подтверждения теории Дарвина

Новый минерал может стать основой для батарей будущего

Обнаружили крысу, которая всю жизнь прожила без мозга

Огромный астероид летит к Земле

Оккультные корни НАСА

Поклонник татуировок хочет вырезать у себя на голове число 666

Прогнозы знаменитого польского ясновидящего на 2021 год

Проект космического телескопа ARIEL одобрен

Робот-пылесос шпионит за вами

Сущность не видимая человеческому глазу

У мужчины развилась электромагнитная сверхчувствительность

Школьники создали ИИ, пересказывающий содержание текстов и видео

Астероид победит на выборах в США

Билл Гейтс - носить маски должны все

Вещество, из которого зародилась жизнь

Врачи обнаружили у пациентки блуждающую селезенку

Жители села Ханколь раскрыли правду о призраке девушки

Загадка Ветцелей

Загадочная дорога Бимини

Идеальная для долголетия продолжительность сна

Исследователь паранормального разоблачил мошенников

Китай готовится к запуску возвращаемой миссии на Луну

Когда будет коронован Машиах

Мужчина утверждает, что его девушка одержима

НЛО - засекреченные шпионские аппараты

Норки причастны к возникновению пандемии

Обзор сериала о перевале Дятлова

Паранормальная жизнь канадского премьер-министра

Пентагон испытает взаимодействие роботов с людьми

Подросток узнал, что он гермафродит и забеременел

Полицейские завершили проверку села с призраком

Приложение для видеозвонков превращает пижаму в костюм

Россиян пригласили взглянуть на русский Стоунхендж

Связь гибели группы Дятлова с крушением НЛО

Сигарообразный НЛО в небе над Флоридой

США призывают к созданию концентрационных CovID-лагерей

США собирались бомбить Землю гигантскими стрелами

Тамбовчанин запечатлел в небе НЛО

ТНТ подаст в суд на адвоката возмутившегося сериалом Перевал Дятлова

Упавший с неба метеорит сделал мужчину миллионером

Фотограф из Кировска снял на видео НЛО

Чечевичные облака в небе над Уралом

Аномальное явление объяснили загадочными частицами

Асаны для раскрытия шестой чакры-Аджны

Блогер снял проект про перевал Дятлова

Врата в Ад

Гора мертвых на Урале

Град сокровенный

Динозавры не собирались вымирать до падения астероида

Заколдованный остров и следы Гипербореи

Запретные книги Всевластья

Копия Чужого есть на Земле

Куда исчез Тунгусский метеорит

Лучевое оружие применено в конфликте Индии с Китаем

Маленькие черные гуманоиды из Техаса

Маску инопланетянина нашли в Болгарии

Мир ждет голод библейских масштабов

Может ли в подледниковых озерах Марса существовать жизнь

Огромный телескоп хотят построить на Луне

Погода на Юпитере и Сатурне отличается от земной

Рейтинг самых суеверных городов России

Рыцари-призраки замка Франгокастело

Сгинувшая деревня

Сказочная башня в лесах Аляски

Скоро начнется война

Тайная история летающей тарелки из Краснодара

Таинственные пирамиды Шотландии

Таинственный объект промчался мимо МКС

Тайны старинных канализаций Лондона

Феномен увечья скота произошел в Оклахоме

Что такое Третий глаз

Шамана наказали за оккультизм

Почему нержавеющий металлопрокат сохраняет долголетнее лидерство

Почему нужно заказать бытовую химию оптом у поставщика Сияние чистоты

Астероид Апофис может столкнуться с Землей в 2068 году

Вернули к жизни мужчину, сердце которого небилось 45 минут

Истории о призраках казахстанских трасс

Как мертвая мать спасла своего ребенка

Копы увидели бигфута на дороге

Микроорганизмы земного типа могут жить на Марсе

Наличие у планеты соседок может быть условием возникновения жизни

Находки, которые стали возможны благодаря картам Google

Объяснили появление жизни в темных межзвездных облаках

Падение метеорита в небе Алабамы

Подводный город Йонагуни

Полиция Казахстана разбирается с пугающим сельских жителей призраком

Самый известный случай самовозгорания

Светящийся шар парит над лесом Мексики

Сериал про перевал Дятлова пополнит ряды неправдоподобных работ о трагедии

Сигнал инопланетян оказался повторяющимся

Средняя температура тела племяни цимане снизилась на полградуса за 16 лет

Тайны нацистской ратуши в Целле

Ученые создают материалы будущего

Юристы объяснили невозможность закрыть сериал Перевал Дятлова

Националистическое правительство с 1928 по 1937 год в Китае

База пришельцев в Пуэрто-Рико

Генератор для аэротакси прошел наземные испытания

Гибридный близнец

Долгожители животного мира

Жуткая заброшенная фабрика Красный Луч

Загадочное чёрное болото

Загадочные места Владимирской области

История Эдди Пейджа

Как избавиться от психологии бедности

Как понять, о чём предупреждает сновидение

Как правильно просить денег у высших сил

Камера МКС зафиксировала флот инопланетян

Подписка на новости
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика