Время податливо.
Термин «путешествие во времени», от викторианцев, перескочивших тысячелетие, до подростков, прыгающих по телефонным будкам, часто вызывает у нас самые фантастические представления о том, что значит двигаться через четвертое измерение. Но, конечно, вам не нужна машина времени или причудливая червоточина, чтобы путешествовать сквозь годы.
Как вы, наверное, заметили, мы все постоянно совершаем путешествие во времени. На самом базовом уровне время - это скорость изменения Вселенной - и нравится нам это или нет, мы постоянно претерпеваем изменения. Мы стареем, планеты движутся вокруг Солнца, и все рушится.
Мы измеряем течение времени в секундах, минутах, часах и годах, но это не означает, что время течет с постоянной скоростью. Подобно тому, как вода в реке мчится или замедляется в зависимости от размера канала, время течет с разной скоростью в разных местах. Другими словами, время относительно.
Но что вызывает это колебание на нашем пути в один конец от колыбели до могилы? Все сводится к отношениям между временем и пространством. Люди резвятся в трех пространственных измерениях длины, ширины и глубины. Время присоединяется к партии как самое важное четвертое измерение. Время не может существовать без пространства, а пространство не может существовать без времени. Оба существуют как одно: пространственно-временной континуум. Любое событие, происходящее во Вселенной, должно включать как пространство, так и время.
В этой статье мы рассмотрим реальные повседневные методы путешествия во времени в нашей Вселенной, а также некоторые из наиболее надуманных методов танца в четвертом измерении.
Путешествие во времени в будущее
Путешествие в реальном времени в действии.
Если вы хотите продвигаться по годам немного быстрее, чем следующий человек, вам нужно использовать пространство-время. Спутники глобального позиционирования делают это каждый день, накапливая дополнительную треть миллиардной доли секунды в день. Время на орбите течет быстрее, потому что спутники дальше от массы Земли. Здесь, на поверхности, масса планеты тянет время и в незначительной мере замедляет его.
Мы называем этот эффект гравитационным замедлением времени. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация - это кривая в пространстве-времени, и астрономы регулярно наблюдают это явление, когда изучают свет, движущийся рядом с достаточно массивным объектом. Например, особенно большие солнца могут вызвать искривление прямого луча света, что мы называем эффектом гравитационного линзирования.
При чем здесь время? Помните: любое событие, происходящее во Вселенной, должно включать как пространство, так и время. Гравитация не просто тянет пространство; это тоже тянет по времени.
Вы не сможете заметить мельчайшие изменения в течении времени, но достаточно массивный объект будет иметь огромное значение - скажем, как сверхмассивная черная дыра Стрелец А в центре нашей галактики. Здесь масса 4 миллионов солнц существует в виде единой бесконечно плотной точки, известной как сингулярность. Обведите эту черную дыру некоторое время (не падая в нее), и вы почувствуете время вдвое медленнее Земли. Другими словами, вы завершите пятилетнее путешествие и обнаружите, что на Земле прошло целое десятилетие.
Скорость также играет роль в скорости, с которой мы переживаем время. Время идет тем медленнее, чем ближе вы приближаетесь к нерушимому пределу космической скорости, который мы называем скоростью света. Например, стрелки часов ускоряющегося поезда движутся медленнее, чем стрелки стационарных часов. Пассажир-человек не почувствует разницы, но в конце поездки часы будут замедляться на миллиардные доли секунды. Если бы такой поезд мог развивать скорость света 99,999%, то на каждые 223 года на вокзале он мог бы проходить только один год.
Фактически, этот гипотетический пассажир отправился бы в будущее. А как же прошлое? Может ли самый быстрый звездолет, который только можно представить, повернуть время вспять?
Путешествие во времени в прошлое
Звезды над Флагстаффом, штат Аризона, открывают вид во времени назад.
Мы установили, что путешествия во времени в будущее происходят постоянно. Ученые доказали это экспериментально, и эта идея является фундаментальным аспектом теории относительности Эйнштейна . Вы доберетесь до будущего; вопрос лишь в том, насколько быстрой будет поездка. А как насчет путешествия в прошлое? Взгляд в ночное небо должен дать ответ.
Галактика Млечный Путь имеет ширину примерно 100 000 световых лет, поэтому свет от ее более далеких звезд может достигнуть Земли за тысячи и тысячи лет. Взгляните на этот свет, и вы по сути оглянетесь во времени. Когда астрономы измеряют космическое микроволновое фоновое излучение, они смотрят более чем на 10 миллиардов лет назад в изначальную космическую эру. Но можем ли мы сделать лучше, чем это?
В теории Эйнштейна нет ничего, что препятствовало бы путешествию во времени в прошлое, но сама предпосылка нажатия кнопки и возврата во вчерашний день нарушает закон причинности или причины и следствия. Одно событие происходит в нашей вселенной, и оно приводит к другому в бесконечной цепочке односторонних событий. В любом случае причина возникает раньше следствия. Просто попробуйте представить себе другую реальность, скажем, в которой жертва убийства умирает от огнестрельного ранения до того, как ее застрелили. Это нарушает реальность, какой мы ее знаем; таким образом, многие ученые отвергают путешествие во времени в прошлое как невозможное.
Некоторые ученые предложили идею использования сверхсветовых путешествий для путешествия во времени. В конце концов, если время замедляется, когда объект приближается к скорости света, может ли превышение этой скорости привести к обратному течению времени? Конечно, когда объект приближается к скорости света, его релятивистская масса увеличивается до тех пор, пока со скоростью света не станет бесконечной. Ускорение бесконечной массы быстрее этого невозможно. Технология варп-скорости теоретически могла бы обмануть универсальный предел скорости, запустив пузырь пространства-времени по Вселенной, но даже это потребовало бы колоссальных затрат энергии в далеком будущем.
Но что, если путешествие во времени в прошлое и будущее зависит не столько от умозрительных космических двигателей, сколько от существующих космических явлений? Установите курс на черную дыру.
Черные дыры и кольца Керра
Что по ту сторону черной дыры?
Обведите черную дыру достаточно долго, и гравитационное замедление времени перенесет вас в будущее. Но что произойдет, если вы влетите прямо в пасть этого космического титана? Большинство ученых согласны с тем, что черная дыра, вероятно, раздавит вас, но одна уникальная разновидность черной дыры - нет: черная дыра Керра или кольцо Керра.
В 1963 году новозеландский математик Рой Керр предложил первую реалистичную теорию вращающейся черной дыры. Концепция основана на нейтронных звездах, которые представляют собой массивные коллапсирующие звезды размером с Манхэттен, но с массой Солнца Земли. Керр предположил, что если умирающие звезды коллапсируют во вращающееся кольцо нейтронных звезд, их центробежная сила не позволит им превратиться в сингулярность. Поскольку у черной дыры не было сингулярности, Керр считал, что в нее можно будет безопасно войти, не опасаясь бесконечной гравитационной силы в ее центре.
Если черные дыры Керра существуют, ученые предполагают, что мы могли бы пройти через них и выйти через белую дыру. Думайте об этом как о выхлопном конце черной дыры. Вместо того, чтобы втягивать все в свою гравитационную силу, белая дыра выталкивала бы все наружу и от себя - возможно, в другое время или даже в другую вселенную.
Черные дыры Керра являются чисто теоретическими, но если они действительно существуют, они предлагают предприимчивым путешественникам во времени путешествие в один конец в прошлое или будущее. И хотя чрезвычайно развитая цивилизация могла бы разработать средства калибровки такого метода путешествия во времени, неизвестно, где и когда «дикая» черная дыра Керра может вас покинуть.
Червоточины
Представьте себе пространство как изогнутую двумерную плоскость. Такие червоточины могут образоваться, когда две массы прикладывают достаточно силы к пространству-времени, чтобы создать туннель, соединяющий удаленные точки.
Теоретические черные дыры Керра - не единственный возможный космический путь в прошлое или будущее. Популярный благодаря всему, от «Звездного пути: Девятый дальний космос» до «Донни Дарко», есть также не менее теоретический мост Эйнштейна-Розена, который стоит рассмотреть. Но, конечно, вы знаете это лучше как червоточину.
Общая теория относительности Эйнштейна допускает существование кротовых нор, поскольку она утверждает, что любая масса искривляет пространство-время. Чтобы понять эту кривизну, представьте себе двух человек, которые держат простыню и туго ее растягивают. Если бы один человек положил бейсбольный мяч на простыню, вес бейсбольного мяча перекатился бы к середине листа и заставил бы простыню искривляться в этой точке. Теперь, если поставить шарик на край той же простыни, он будет двигаться к бейсбольному мячу из-за кривой.
В этом упрощенном примере пространство изображается как двумерная плоскость, а не как четырехмерная. Представьте, что этот лист сложен, оставляя пространство между верхом и низом. Размещение бейсбольного мяча на верхней стороне приведет к образованию кривизны. Если бы равная масса была помещена на нижнюю часть листа в точке, которая соответствует положению бейсбольного мяча наверху, вторая масса в конечном итоге встретилась бы с бейсбольным мячом. Это похоже на то, как могут развиваться червоточины.
В космосе массы, оказывающие давление на разные части Вселенной, могут со временем объединиться, чтобы создать своего рода туннель. Теоретически этот туннель соединял бы два отдельных участка и позволял бы проходить между ними. Конечно, также возможно, что какое-то непредвиденное физическое или квантовое свойство препятствует возникновению такой червоточины. И даже если они существуют, они могут быть невероятно нестабильными.
По словам астрофизика Стивена Хокинга, червоточины могут существовать в квантовой пене, самой маленькой среде во Вселенной. Здесь крошечные туннели постоянно появляются и исчезают, на мгновение связывая отдельные места и время, как постоянно меняющаяся игра в «Желоба и лестницы».
Подобные кротовые норы могут оказаться слишком маленькими и слишком короткими для путешествий во времени, но сможем ли мы когда-нибудь научиться захватывать, стабилизировать и увеличивать их? Конечно, говорит Хокинг, при условии, что вы будете готовы к обратной связи. Если бы мы искусственно продлили жизнь туннеля через свернутое пространство-время, могла бы возникнуть петля обратной связи по излучению, разрушающая временной туннель так же, как звуковая обратная связь может разрушить динамик.
Космическая струна
Правильная космическая аномалия может превратить любой космический корабль в машину времени.
Мы проносились сквозь черные дыры и червоточины, но есть еще один возможный способ путешествия во времени с помощью теоретических космических явлений. За этой схемой мы обратимся к физику Дж. Ричарду Готту, который представил идею космической струны еще в 1991 году. Как следует из названия, это струноподобные объекты, которые, по мнению некоторых ученых, были сформированы в ранней Вселенной.
Эти струны могут переплетаться по всей Вселенной, тоньше атома, и находиться под огромным давлением. Естественно, это означает, что они будут испытывать сильную гравитацию на всем, что проходит рядом с ними, позволяя объектам, прикрепленным к космической струне, перемещаться с невероятной скоростью и извлекать выгоду из замедления времени. Притянув две космические струны близко друг к другу или растянув одну струну близко к черной дыре, можно было бы исказить пространство-время настолько, чтобы создать так называемую замкнутую, подобную времени кривую.
Используя гравитацию, создаваемую двумя космическими струнами (или струной и черной дырой), космический корабль теоретически мог бы уйти в прошлое. Для этого он должен был бы обвить космические струны.
Однако квантовые струны очень умозрительны. Сам Готт сказал, что для путешествия во времени хотя бы на один год потребуется петля из веревки, которая содержит половину массы-энергии всей галактики. Другими словами, вам придется разделить половину атомов в галактике, чтобы привести машину времени в действие. И, как и в случае с любой машиной времени, вы не можете вернуться дальше, чем точка, в которой машина времени была создана.
Ах да, а есть временные парадоксы.
Парадоксы путешествий во времени
Плохие новости, убийца, путешествующий во времени: дедушка под запретом.
Как мы упоминали ранее, концепция путешествия в прошлое становится немного туманной, когда вторая причинность поднимает свою голову. Причина важнее следствия, по крайней мере, в этой вселенной, которой удается испортить даже самые продуманные планы путешествий во времени.
Во-первых, если вы отправитесь в прошлое на 200 лет, вы появитесь раньше, чем родились. Подумайте об этом на секунду. В течении времени следствие (вы) будет существовать до причины (вашего рождения).
Чтобы лучше понять, с чем мы здесь имеем дело, рассмотрим знаменитый парадокс дедушки. Вы - убийца, путешествующий во времени, и ваша цель - ваш собственный дедушка. Итак, вы проходите через ближайшую кротовую нору и подходите к бойкой 18-летней версии отца вашего отца. Вы поднимаете свой лазерный бластер, но что происходит, когда вы нажимаете на курок?
Подумайте об этом. Вы еще не родились. Твой отец тоже. Если вы убьете собственного деда в прошлом, у него никогда не будет сына. У этого сына никогда не будет тебя, и тебе никогда не удастся устроиться на эту работу в качестве убийцы, путешествующего во времени. Вы не существовали бы, чтобы нажать на курок, тем самым отрицая всю цепочку событий. Мы называем это противоречивой причинной петлей.
С другой стороны, мы должны рассмотреть идею последовательной причинной петли. Эта теоретическая модель путешествий во времени не менее наводит на размышления, но лишена парадоксов. По словам физика Пола Дэвиса, такая петля может выглядеть так: профессор математики путешествует в будущее и крадет новаторскую математическую теорему. Затем профессор дает теорему перспективному студенту. Затем из этого многообещающего студента вырастает тот самый человек, у которого профессор с самого начала украл теорему.
Затем есть пост-выбранная модель путешествия во времени, которая включает искаженную вероятность, близкую к любой парадоксальной ситуации. Что это значит? Что ж, снова поставьте себя на место убийцы, путешествующего во времени. Эта модель путешествия во времени сделает вашего деда практически доказательством смерти. Вы можете нажать на курок, но лазер выйдет из строя. Возможно, птица какает в самый подходящий момент, но произойдет некоторая квантовая флуктуация, которая предотвратит парадоксальную ситуацию.
Но есть и другая возможность: будущее или прошлое, в которое вы путешествуете, может быть просто параллельной вселенной. Подумайте об этом как об отдельной песочнице: вы можете построить или разрушить в ней все замки, которые захотите, но это никак не повлияет на вашу домашнюю песочницу. Так что, если прошлое, в которое вы путешествуете, существует в отдельной временной шкале, хладнокровно убить своего дедушку - это не большой крик. Конечно, это может означать, что каждый раз, когда вы отправляетесь в новую параллельную вселенную, вы никогда не вернетесь в свою исходную песочницу.
Еще не запутались? Добро пожаловать в мир путешествий во времени.
