|
Шрамы Вселенной откроют путь к путешествиям во времени
|
|
|
|
За несколько мгновений до Большого взрыва наша Вселенная была горячей, плотной и обладала чрезвычайно высокой энергией. Все изменилось, когда Вселенная взорвалась 13,8 миллиардов лет назад. Быстрая инфляция разделила единую “сверхсилу” на четыре фундаментальных взаимодействия, известных нам сегодня: гравитацию, электромагнитное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие (ответственное за радиоактивный распад) и сильное ядерное взаимодействие (которое удерживает атомные ядра вместе). Были созданы элементарные частицы. И, в конце концов, танец космических вспышек оставил после себя шрамы на ткани пространства-времени. Физики называют их космическими струнами.
|
|
|
|
Ученые полагают, что космические струны, подобно растяжкам, оставленным на коже, которая слишком быстро расширялась, или трещинам, образовавшимся в замерзающем льду, являются артефактами того, как Вселенная выглядела в те моменты, когда она быстро переходила от высокоэнергетической среды к низкоэнергетической. Эти струны примерно такой же толщины, как протон, чрезвычайно плотные и имеют длину в световые годы.
|
|
|
|
Ученые полагают, что космические струны пассивно перемещаются по Вселенной, занимаясь своими делами. Но, по мнению некоторых физиков, их активное изучение может раскрыть тайны нашей ранней Вселенной и даже может стать ключом к одной из форм путешествий во времени. Путешествие назад во времени по реликтам ранней Вселенной может показаться лженаукой, но эта идея поддерживается теорией космических струн. По крайней мере, теоретически.
|
|
|
|
|
|
|
Кен Олум, доктор философии, профессор-исследователь физики и астрономии в Университете Тафтса, говорит, что две бесконечные параллельные космические струны, проходящие мимо друг друга, могли бы создать машину времени, искривив пространство-время. В результате, если вы пройдете по траектории вокруг этих строк, вы вернетесь в исходную точку в более раннее время, чем покинули ее.
|
|
|
|
Но хотя математика, объясняющая это путешествие во времени с помощью космических струн, подтвердилась, Олум советует не слишком волноваться. В дополнение к практическим соображениям, связанным с машиной времени, работающей на космических струнах, есть еще одна небольшая проблема: ученые еще ни разу не наблюдали космические струны.
|
|
|
|
В 1991 году физик из Принстона Дж. Ричард Готт предложил самую популярную идею путешествия во времени на космических струнах. В своей модели Готт исследует, как две бесконечные параллельные космические струны, проходящие мимо друг друга — подобно двум автомобилям, движущимся по бесконечному двухполосному шоссе, - могут искривлять пространство—время, создавая траекторию во времени, называемую замкнутой времениподобной кривой. По сути, это петля во времени, которая возвращает путешественника во времени в исходную точку до того момента, как он ее покинул.
|
|
|
|
Что особенно интригует в теории Готта, так это то, что такого рода временная петля является общепринятым решением общей теории относительности Эйнштейна. В двух словах, эти теории говорят нам о том, что массивные объекты могут искажать пространство-время, что допускает возможность того, что можно сократить время, уплотнив пространство. Замкнутые времениподобные кривые также объясняют, как теоретически работают червоточины.
|
|
|
|
Математические выкладки, лежащие в основе теоретической супермагистрали из космических струн, вполне обоснованны, но это не обязательно означает, что мы приблизились к реализации этой модели путешествий во времени. Во-первых, путешествие на околосветовой скорости, необходимое для ее осуществления, невероятно сложно (и, возможно, даже невозможно). Согласно теории относительности Эйнштейна, чем быстрее движется объект, тем больше энергии ему требуется для продолжения ускорения. Проще говоря, пока не существует метода, который мог бы производить огромное количество энергии, необходимой для разгона космического аппарата до таких невероятных скоростей.
|
|
|
|
Но это не единственная проблема, говорит Олум. Если предположить, что ученые будущего будут планировать построить машину времени, основанную на этой идее, вместо того, чтобы ломать голову над существующими космическими струнами, бесконечная природа струн Готта не имеет значения. “Никто не может создать такую ситуацию, потому что никто не может создать что-то бесконечно длинное”, - говорит он. “Так что эта точная идея бесполезна”.
|
|
|
|
Однако, по сравнению с другими теоретическими способами перемещения во времени, такими как червоточины, Генри Тай, доктор философии, почетный профессор физики Корнеллского университета, говорит, что он больше убежден в возможностях космических струн. На самом деле, Тай и его студент также исследовали свою собственную модель, используя космические струны.
|
|
|
|
“Путешествие во времени маловероятно, но я бы не сказал, что невозможно", - объясняет Тай. “В научной фантастике, когда люди путешествуют быстрее скорости света, мне трудно с этим смириться, но когда люди путешествуют назад во времени, я чувствую, что это маловероятно, но еще не исключено полностью”.
|
|
|
|
Но прежде чем мы сможем начать мечтать о реальных машинах времени, ученым необходимо выполнить важную задачу, которую они должны выполнить в своем списке дел: на самом деле открыть космические струны.
|
|
|
|
К счастью, их открытие может быть ближе, чем когда-либо прежде, благодаря Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav), совместной работе астрономов, которые обнаруживают низкочастотные гравитационные волны путем измерения сигналов, излучаемых звездами типа пульсаров. Измеряя временные колебания миллисекундных импульсов пульсара, НАНОГрав может обнаруживать едва заметное растяжение и сжатие пространства-времени. До сих пор ученые наблюдали гравитационные волны с помощью таких экспериментов, как NANOGrav и LIGO, которые возникают из-за поведения черных дыр, но в 2020 году группа наблюдала сигнал, который отличался от этой модели.
|
|
|
|
“Это совсем не похоже на сигнал, который мы ожидали бы получить от черных дыр, и это самое интригующее во всем этом”, - говорит Олум. “Но сигнал выглядит совершенно нормально для космических суперструн”.
|
|
|
|
В отличие от космических струн, которые остались от ранней Вселенной, космические суперструны, напротив, берут свое начало в теории струн, которая предполагает, что Вселенная состоит из десяти (а иногда и более) измерений — только четыре из которых составляют пространство и время в том виде, в каком мы их знаем. Остальные измерения являются своего рода невидимыми каркасами. В этой многомерной модели частицы заменяют очень маленькие объекты, называемые струнами. Эти струны резонируют, как гитарные струны, на разных частотах, в соответствии с различными фундаментальными частицами.
|
|
|
|
“Нити теории струн могли быть сильно растянуты каким-то механизмом на ранней стадии развития Вселенной, чтобы превратиться в космические струны, которые мы назвали бы космическими суперструнами”, - говорит Олум. “Вероятность существования космических суперструн невелика, но их относительно легче обнаружить".
|
|
|
|
Чтобы подтвердить, действительно ли эти сигналы исходили от космических струн, ученым потребуется больше данных, которые, как мы надеемся, должны поступить от NANOGrav в ближайшие несколько лет, а возможно, и от космического гравитационно-волнового телескопа LISA, запуск которого намечен на 2034 год.
|
|
|
|
Даже если ученые установят, что эти сигналы исходили не от космических струн, Олум говорит, что это все равно будет важная информация, которая поможет определить границы того, как сигналы космических струн могут выглядеть в будущем. И если новые данные подтвердят существование космических струн, особенно космических суперструн, Тай говорит, что это изменит все, что мы знаем о физике.
|
|
|
|
“Наблюдение космических суперструн подтвердило бы, что теория струн является фундаментальной теорией [физики], и концептуально изменило бы наши представления о физике”, - говорит он. “Влияние было бы огромным”.
|
|
|
|
И если космические струны однажды действительно изменят физику в том виде, в каком мы ее знаем, это дополнительное внимание может стать для физиков подходящим стимулом для устранения недостатков в теории Готта о путешествиях во времени.
|
|
|
|
Источник
|
