С точки зрения науки путешествия во времени

Описание фильма: National Geographic: С точки зрения науки. Путешествие Во Времени (2008)

Ученые всего мира на протяжении многих лет пытались создать машину времени, которая смогла бы перемещать людей в прошлое или будущее. Сегодня ученые утверждают что теоретически это возможно. National Geographic откроет завесу тайны перед нами, и мы узнаем много интересных фактов про измерение времени. Предлагаем смотреть фильм «National Geographic: С точки зрения науки. Путешествие Во Времени (2008)» онлайн бесплатно в высоком качестве на русском языке.

Любой из нас каждые сутки совершает перемещение примерно на 24 часа вперед. Другое дело, что движение это остается таким же ненамеренным, как и неизбежным. В отличие от пространства, мы не можем по собственному желанию встать и переместиться на столько-то «шагов» в прошлое или будущее. или.

Представление о потоке времени, как о чем-то неизменном, постоянном, вечном и равномерном, сидит где-то очень глубоко в нашей психике. Мы измеряем его секундами, часами, годами, но продолжительность этих промежутков может меняться. Как речной поток, который в самом деле часто сравнивают с потоком времени, может то ускоряться на резких перепадах, то замедляться, разливаясь широко, время само подвержено изменениям. Это открытие стало, возможно, ключевым в той научной революции, которую в 1905–1915 гг. совершили работы Альберта Эйнштейна.

Непостоянство времени берет начало в его сложных отношениях с пространством. Три пространственных измерения и одно временное образуют единый, нераздельный континуум – ту сцену, на которой разворачивается все происходящее в нашем мире. Сложные переплетения и взаимодействия этих четырех измерений друг с другом дают нам надежду на то, что путешествия в прошлое и будущее все-таки возможны. Чтобы получить власть над временем, надо всего лишь приручить пространство. Как это возможно?

Для простоты давайте представим, что континуум нашей Вселенной включает не четыре, а только два измерения: одно пространственное и одно временное. Каждый объект, от фотона до Дональда Трампа, движется по этому континууму с постоянной скоростью. Что он ни делает, пересекает ли Галактику или отвечает на вопросы журналистов, сидя на стуле, общая скорость его движения остается неизменной – упрощая, можно сказать, что сумма скоростей, с которой перемещается объект, всегда равна скорости света. Если президент по пространству не перемещается, то вся энергия его движения уходит в перемещение по оси времени. Если фотон движется по пространству со световой скоростью, то на время у него энергии не остается, и для этих частиц время не движется вовсе.

Можно сказать, что перемещение в пространстве «крадет» перемещение у времени. Если Дональд Трамп ускорится – сядет в самолет и на скорости около 900 км/ч пересечет Атлантику, – он замедлит свое движение во времени и окажется где-то на 10 наносекунд в «будущем», в том времени, которое для его «внутренних часов» еще не наступило. Текущий рекордсмен пребывания в космосе Геннадий Падалка за 820 дней на МКС, в течение которых он двигался на скорости около 27,6 тыс. км/ч, переместился в будущее на несколько десятков миллисекунд. При достижении скорости в 99,999% световой за год можно переместиться в будущее на 223 «обычных» земных года.

Это перетекание движения из пространства во время и обратно стоит расширить и на гравитацию. В описании Общей теории относительности гравитация – это деформация пространственно-временного континуума, и в окрестностях черной дыры (да и любого другого гравитирующего объекта) «искривляются» все четыре измерения, причем тем сильнее, чем сильнее притяжение. Время у поверхности Земли течет медленнее, чем на орбите, и сверхточные часы спутников убегают примерно на 1/3 миллиардной доли секунды в сутки. Куда заметнее это перемещение в будущее для тел, находящихся близ более массивных объектов.

Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики весит около 4 млн Солнц, и если мы начнем нарезать круги поблизости от нее, то спустя некоторое время – когда на нашем космическом корабле пройдет всего несколько дней – можем оказаться во Вселенной на несколько лет старше нас. Опять же, в будущем. Как мы поняли, формулы Эйнштейна с легкостью допускают такие перемещения, хотя на практике они сложны настолько, насколько сложно набрать скорость, близкую к световой, или выжить в окрестностях сверхмассивной черной дыры. Но как быть с прошлым?

По большому счету, путешествие во времени назад устроить еще проще, чем вперед: достаточно взглянуть на звездное небо. Диаметр Млечного Пути составляет около 100 тыс. световых лет, а свет более далеких звезд и галактик может идти к нам и миллионы, и миллиарды лет. Оглядывая ночной небосвод, мы видим вспышки прошлого – Луну, какой она была около секунды назад, Марс – примерно 20 минут назад, Альфу Центавра почти четырехлетней давности, соседнюю галактику Туманность Андромеды – 2,5 млн лет назад.

Самый дальний предел, доступный такого рода «перемещению» во времени, составляет более 10 млрд лет: картину той невероятно далекой эпохи можно увидеть в микроволновом диапазоне, как следы реликтового излучения Вселенной. Но, конечно, нас такими путешествиями не удовлетворишь; в них чудится что-то «ненастоящее» в сравнении с тем, как такие перемещения выглядят в фантастике. Выбираешь нужную эпоху на экране, нажимаешь кнопку – и.

Интересно, что уравнения Эйнштейна не накладывают ограничений и на такие целенаправленные путешествия в прошлое. Поэтому некоторые теоретики, рассуждая об этом, предполагают, что при движении на скорости большей скорости света время в этой системе отсчета будет течь в обратном относительно остальной Вселенной направлении. С другой стороны, такое движение эйнштейновские теории все же запрещают: масса при достижении световой скорости станет бесконечной, а чтобы разогнать бесконечную массу хотя бы еще чуточку быстрее, понадобится бесконечная энергия. Но, главное, введение таких машин времени способно нарушить не менее фундаментальный причинно-следственный принцип.

Представьте, что вы – яростный сторонник Хиллари Клинтон и решили вернуться в прошлое, чтобы поколотить мелкого Дональда Трампа и навсегда отвадить его от политики. Если это сработало, и Дональд после такого «поучения» еще в 1950-х решил полностью сосредоточиться на бизнесе или на игре в шахматы, то каким образом вы бы вообще узнали о его существовании, не говоря о том, чтобы воспылать нелюбовью к этому политику. Эти парадоксы хорошо раскрывает культовая серия фильмов «Назад в будущее», а многие ученые считают, что они делают путешествия в прошлое принципиально невозможными. С другой стороны, рассуждать и фантазировать мы можем всегда. Давайте попробуем?

Приближение к какой-нибудь достаточно крупной черной дыре приводит к замедлению времени. Падение внутрь – вряд ли вариант: это занятие чересчур опасно и не позволит сохранить в целости и вас, и вашу машину для перемещений во времени. Однако существует вариант, при котором черная дыра может оказаться вполне подходящим «порталом» в прошлое. На него указали расчеты, проведенные еще в 1960-х известным (а тогда еще очень молодым) новозеландским физиком Роем Керром, который изучал гравитационное поле вращающихся черных дыр.
В самом деле, если обычное сферическое тело сжимается до критического радиуса и образует сингулярность черной дыры, то масса вращающегося тела испытывает влияние центробежных сил. Этот момент импульса не позволяет образоваться обычной «точечной» сингулярности, и вместо нее появляется сингулярность очень необычная – в виде кольца нулевой толщины, но ненулевого диаметра. И если сингулярности обычной черной дыры не избегнет любой, кто дерзнет приблизиться к ней слишком близко, то наблюдатель, сближающийся с кольцеобразной сингулярностью, вполне может «проскочить» ее – и оказаться по ту сторону.

Некоторые ученые предполагают, что эти свойства могут делать «керровские» черные дыры своего рода антиподами обычных – где-то, в ином пространстве-времени они не поглощают, а напротив, выбрасывают из себя все, что попало в них в нашем. Счастливчик, избегнувший полной дезинтеграции в кольцеобразной сингулярности, окажется где-то совершенно в ином месте и времени. Где? Увы, и тут никакого управления пока не предусматривается: как повезет. Пока что мы не уверены даже в существовании сингулярности такой подходящей формы, не говоря уже о том, чтобы контролировать их возникновение и то, какие именно участки пространственно-временного континуума они соединяют. Вам это что-то напоминает?

Если мы вспомним о нашем упрощенном двумерном континууме, который содержит всего одно временно′е измерение и одно пространственное, то нам будет легко представить, как его ткань не только деформируется и изгибается, но и рвется – как в окрестностях массивных тел и в сингулярности черной дыры. Но куда приводят такие разрывы? Видимо, опять же, – в иную часть континуума, – как если б мы взяли плоскую двумерную простыню и сложили пополам, пробив «дырки» с одной поверхности на другую. Ни одна теория не запрещает существование и в нашем четырехмерном пространстве-времени таких дыр – объектов, широко известных как кротовые норы.

Практически физики нигде и никогда их не наблюдали, но существует ряд моделей, описывающих такие кротовые норы, причем к числу их авторов относятся весьма авторитетные фигуры, включая американца Кипа Торна и британца Стивена Хокинга. Последний считает, что кротовые норы существуют лишь на планковских масштабах, в «квантовой пене» виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и аннигилируют в вакууме пространства-времени. Вместе с ними рождаются и рассыпаются бесчисленные туннели кротовых нор, которые на крошечную долю секунды – случайным образом – соединяют совершенно разные области пространства-времени, и снова исчезают.

Чтобы использовать такие норы хоть для какой-либо пользы, их придется научиться стабилизировать и увеличивать в размерах. Увы, расчеты показывают, что для этого понадобятся колоссальные количества энергии, непредставимые ни для американского президента, ни для всего человечества в любой более-менее обозримой перспективе. Поэтому несколько большую надежду на свободные перемещения во времени дает другая полуфантастическая концепция, развитая во второй половине ХХ в. Томасом Кибблом, Яковом Зельдовичем и Ричардом Готтом – речь идет о космических струнах.

Не стоит путать их с суперструнами из другой известной теории: космические струны в представлении Готта – это весьма плотные одномерные складки пространства-времени, возникшие еще на заре существования Вселенной. Упрощенно говоря, «ткань» пространства-времени в ту эпоху еще не «разгладилась», и некоторые из тогдашних складок сохранились до сих пор. Они растянулись до десятков парсек, но по-прежнему необычайно тонки (порядка 10–31 м) и несут огромную энергию (плотность порядка 1022 г на см длины).

Тоньше атома, космические струны пронизывают пространственно-временной континуум, проявляя мощнейшую, хотя и локально ограниченную, гравитацию. Зато если мы научимся ими манипулировать, сближать, скручивать и сплетать, мы можем как угодно «настраивать» и пространство-время вокруг. Такие сверхспособности обещают уже вполне полноценные перемещения в прошлое и будущее по желанию, по надобности или настроению. Если только на это не существует фундаментальных запретов. Помните про «Назад в будущее»?

Нарушение причинно-следственных связей при путешествии в прошлое способно поставить в тупик не только философов, но и любые разумные физические и математические выкладки. Самый известный пример этому – «парадокс убитого дедушки», впервые описанный в научной фантастике еще в 1940-х. В книге французского писателя Рене Баржавеля рассказывается, как неосторожный путешественник во времени убил своего собственного деда, так что впоследствии он не смог появиться на свет, совершить перелет в прошлое и убить дедушку. Тут начинает сбоить любая логика: возникает разорванная цепь причин и следствий, которую не приемлет ни наука, ни наш повседневный опыт.

Одним из решений этого парадокса может быть «постселекция» событий самой Вселенной. Иначе говоря, оказавшись в прошлом, путешественник не сумеет сделать ничего, что нарушило бы правильный ход причин и следствий. Пистолет не сработает, или он не отыщет своего дедушку, или случится тысяча других случайностей, странностей, конфузов, но течение вещей не позволит сбить Вселенную с ее размеренного хода. Но вообще трудно представить себе хоть какое-либо действие в прошлом, которое не имело бы далеко идущих последствий. Вспомним еще один пришедший из фантастики термин – «эффект бабочки», который указывает на свойство некоторых систем усиливать незначительное влияние до больших и непредсказуемых последствий. Возможно, постселективное решение парадоксов времени все равно не позволит нам путешествовать по нему.

Впрочем, существует и другой подход, куда более многообещающий. Согласно популярной сегодня гипотезе Мультивселенной, в мироздании может реализовываться любой возможный (и невозможный) вариант, просто все они «расходятся» по разным параллельным вселенным. Вы можете переместиться в прошлое и застрелить дедушку, и он действительно не родит вашего отца, а тот – вас, но в другом, параллельном мире. Так же, как где-то там Дональд Трамп может проиграть выборы, или вовсе не появиться на свет, или оказаться знаменитым велогонщиком. Так же, как где-то существуют миры, населенные зелеными мыслящими медузами или вообще подчиняющиеся иным законам физики.

Так, путешествие во времени парадоксальным образом приводит нас к проблемам фундаментального устройства пространственно-временного континуума. Проблемам, окончательно решить которые поможет разве что первый опыт настоящего перемещения в прошлое – жаль, что в нашем мире этого невероятного события придется подождать еще неопределенное время.

Возможны ли путешествия во времени с точки зрения науки?

Никогда не мечтали отправиться куда-нибудь в другое время? Нет, не с обычной скоростью, с которой мы «скучно» идем вперед — секунда за секундой. Либо:

• быстрее, чтобы можно было забраться далеко в будущее, оставшись в прежнем возрасте;
• медленнее, чтобы можно было сделать гораздо больше, чем другие, за тот же промежуток времени;
• в обратном направлении, чтобы можно было вернуться в эпоху прошлого и изменить ее, возможно, изменив будущее или даже настоящее?

Это может показаться совершенно научно-фантастическим, но не все в этом списке будет сугубо «фантастическим»: путешествие сквозь время — это научно возможный процесс, который всегда с вами. Вопрос лишь в том, как можно манипулировать им в своих целях и контролировать движение во времени.

Когда в 1905 году Эйнштейн выдвинул специальную теорию относительности, понимание того, что каждый массивный объект во Вселенной должен путешествовать во времени, стало лишь одним из ее поразительных последствий. Мы также узнали, что фотоны — или другие безмассовые частицы — не могут испытывать время в своей системе отсчета вообще: с момента, когда одна из них испускается, до момента, когда она поглощается, только массивные наблюдатели (вроде нас) могут видеть течение времени. С позиции фотона вся Вселенная сжимается в одну точку, и поглощение и излучение происходят одновременно во времени, мгновенно.

Но у нас есть масса. И все, что имеет массу, ограничено тем, чтобы всегда путешествовать со скоростью меньше скорости света в вакууме. И не только это, но и независимо от того, насколько быстро вы двигаетесь относительно чего-либо — ускоряетесь вы или нет, неважно — для вас свет всегда будет двигаться с одной постоянной скоростью: с, скорость света в вакууме. Это мощное наблюдение и осознание приходит с удивительным следствием: если вы наблюдаете за движущимся относительно вас человеком, его часы будут идти медленнее для вас.

Представьте себе «световые часы», или часы, которые работают по принципу отражения света взад-вперед в направлении вверх-вниз между двумя зеркалами. Чем быстрее человек движется относительно вас, тем больше будет скорость движения света в поперечном (вдоль) направлении, а не в направлении вверх и вниз, а значит, тем медленнее будут идти часы.

Точно так же ваши часы будут двигаться медленнее относительно них; они будут видеть время, которое течет медленнее для вас. Когда вы снова соберетесь вместе, один из вас будет старше, а другой моложе.

Такова природа «парадокса близнецов» Эйнштейна. Короткий ответ: если предполагать, что вы начинали в одной системе отсчета (например, в состоянии покоя на Земле), и попадете в ту же систему отсчета позже, меньше постареет путешественник, поскольку для него время будет идти «медленнее», а тот, кто остался дома, столкнется с «нормальным» течением времени.

Поэтому если вы хотите ускоренно двигаться во времени, вам придется разогнаться до околосветовой скорости, двигаться в таком темпе некоторое время, а после вернуться в изначальное положение. Придется немного развернуться. Проделайте это и сможете переместиться на дни, месяцы, десятилетия, эпохи или миллиарды лет в будущее (в зависимости от снаряжения, конечно).

Вы могли бы засвидетельствовать эволюцию и разрушение человечества; конец Земли и Солнца; диссоциацию нашей галактики; тепловую смерть Вселенной самой. Пока у вас будет достаточно энергии на космическом корабле, вы сможете заглядывать так далеко в будущее, как захотите.

Но вот вернуться обратно — это другая история. Простой специальной относительности, или отношения между пространством и временем на базовом уровне, было достаточно, чтобы доставить нас в будущее. Но если мы захотим вернуться в прошлое, обратно во времени, нам потребуется общая теория относительности, или отношение между пространством-временем и материей и энергией. В этом случае мы расцениваем пространство и время как неразделимую ткань, а материю и энергию — как то, что искажает эту ткань, вызывает изменения в самой ткани.

Для нашей Вселенной, как мы ее знаем, пространство-время довольно скучное: оно почти идеально ровное, практически не изогнутое, и ни в какой форме не зацикливается на себе.

Но в некоторых моделируемых вселенных — в некоторых решениях эйнштейновской общей теории относительности — можно создать замкнутую петлю. Если пространство зацикливается само на себе, вы можете двигаться в одном направлении долгое, долгое время, чтобы вернуться туда, откуда начали.

Что ж, бывают решения не только с замкнутыми пространствоподобными кривыми, но и замкнутыми времениподобными кривыми. Замкнутая времениподобная кривая подразумевает, что вы можете буквально путешествовать во времени, пожить в определенных условиях и вернуться в ту же точку, из которой вышли.

Но это математическое решение. Описывает ли эта математика нашу физическую Вселенную? Кажется, не совсем. Кривизны и/или разрывы, которые нам нужны для такой Вселенной, дико несовместимы с тем, что мы наблюдаем даже вблизи нейтронных звезд и черных дыр: самых экстремальных примеров кривизны в нашей Вселенной.

Наша Вселенная может вращаться в глобальном масштабе, но наблюдаемые пределы вращения в 100 000 000 раз жестче тех, что допускают замкнутые времениподобные кривые, которые нам нужны. Если вы хотите отправиться вперед во времени, потребуется релятивистский DeLorean.

Но назад? Возможно, будет лучше, если вы не сможете отправиться назад во времени, чтобы не помешать вашему отцу жениться на вашей матери.

В общем, подводя итоги, можно заключить, что путешествия назад во времени всегда будут очаровывать людей на уровне идеи, но, вероятнее всего, останутся в недостижимом будущем (как ни парадоксально). Это не невозможно математически, но Вселенная построена на физике, которая является специальным подмножеством математических решений. Исходя из того, что мы наблюдали, наши мечты исправить наши ошибки, отправившись в прошлое, вероятно, останутся только в наших фантазиях.

Возможны ли путешествия во времени?

Все о возможности путешествия во времени с точки зрения современной науки.

В современной науке есть несколько способов путешествия в будущее (строго говоря, все люди путешествуют в будущее, чем бы они не занимались, время-то на месте не стоит, а идет вперед, так что разговор идет ускоренном путешествии):

1. Физический (который основывается на общей теории относительности Эйнштейна):

А) при движении со скоростью, близкой к скорости света, время для движущегося объекта практически останавливается, в то время как все остальные объекты во Вселенной продолжают стареть. Доказано, что чем выше скорость перемещения объекта, тем медленнее для него идет время; это касается как объектов биологического происхождения (человека), так и его изобретений (с небоскреба сбрасывали таймер и засекали его одновременно с таймером, находящимся на земле; засеченное время сброшенного таймера на микросекунды отличалось от «неподвижного результата», но отличалось же, что доказывает замедление времени при увеличении скорости).

Б) Нахождение в области притяжения чёрной дыры. В теории, время остановится вообще, а попавший в поле тяготения сможет увидеть развитие и смерть окружающей вселенной, причем всего за несколько субъективных минут, тогда как по факту пройдут многие миллиарды лет. «Вечность» для такого наблюдателя закончится вместе с коллапсом Вселенной.

2. Биологический. А) Остановка обмена веществ с последующим восстановлением (к примеру, криоконсервация – мгновенная заморозка биологического объекта, в настоящее время проводятся эксперименты в этом направлении).

Б) Спячка у теплокровных животных тоже является своеобразным «путешествием в будущее». Организм стареет, зато трех месяцев зимы как не бывало.

Осуществление путешествий в прошлое гораздо сложнее, нежели в будущее, однако есть несколько теоретических способов попасть во «вчерашний день»:

1. С помощью «кротовых нор», гипотетическое существование которых допускает Общая теория относительности Эйнштейна, которые представляют собой некие туннели, соединяющие наше время-пространство с другим временем. Есть небольшая сложность: уравнения Эйнштейна говорят, что кротовая нора схлопнется до попадания в нее путешественника во времени, если ее не удержит материя с отрицательной плотностью энергии (существование которой уже доказано). То есть в теории попасть в прошлое таким образом можно, но вот «куда?» и «в какое время?» еще неизвестно.

2. Машина времени Дойча — Политцера. «Работает» эта «машина» через субъективное восприятие человека, ее принцип работы заключается в следующем: пока вы вспоминаете прошлое, вы в прошлом.

Вообще, наша реальность равно нашим ощущениям. Смотря на Солнце, мы видим его таким, каким оно было около 8 минут назад. Мы смотрим на дерево и видим его таким, каким оно было одну квадриллионную секунды назад. Данные ощущения являются основой нашего «сейчас», невзирая на их приход из прошлого. Благодаря восстановлению этих ощущений, мы создаем своё собственное субъективное прошлое.

Парадоксальные моменты путешествий во времени:

Небольшая логическая задача: «Если я отправлюсь в прошлое и убью собственного деда, то что станет со мной? Ведь мое рождение в будущем невозможно, но я же сейчас существую?». В идеале из-за воздействия на прошлое будущее просто изменится, где «внука» просто нет. В не очень идеальной системе «внук» умрет одновременно с «дедом». Вселенная не потерпит парадоксов.

Документированные общедоступные факты пребывания в нашем времени путешественников из будущего отсутствуют.

Фактически, путешествие во времени можно осуществить с точки зрения наблюдателя. Астрофизик Нил Деграсс Тайсон под на пресс-конференции в Университете Майами говорил: «Знаете, что самое классное? Если вы сейчас отправитесь в галактику под номером М100, которая находится на расстоянии 65 миллионов световых лет отсюда.

Что в этом классного? Свет от астероида, который привел к вымиранию динозавров, только сейчас приближается к этой галактике. Вот это просто невообразимо! Таким образом, оказавшись сейчас в той галактике, вы бы обогнали свет, вы бы могли достать свой телескоп и наблюдать за вымиранием динозавров. Это же просто неописуемо! Таким образом, Вселенная – нечто вроде Машины времени. Вы видите вещи не такими, какими они являются сейчас, а такими, какими они однажды были».

Побывать в прошлом можно лишь теоретически, но увидеть его можно. Осталось дождаться космических кораблей, которые смогут мгновенно перемешать нас в соседние галактики, чтобы мы смогли хотя бы не поучаствовать, но пронаблюдать за нашим прошлым.

Возможны ли путешествия во времени с точки зрения науки?

Никогда не мечтали отправиться куда-нибудь в другое время? Нет, не с обычной скоростью, с которой мы «скучно» идем вперед — секунда за секундой. Либо:

• быстрее, чтобы можно было забраться далеко в будущее, оставшись в прежнем возрасте;
• медленнее, чтобы можно было сделать гораздо больше, чем другие, за тот же промежуток времени;
• в обратном направлении, чтобы можно было вернуться в эпоху прошлого и изменить ее, возможно, изменив будущее или даже настоящее?

Это может показаться совершенно научно-фантастическим, но не все в этом списке будет сугубо «фантастическим»: путешествие сквозь время — это научно возможный процесс, который всегда с вами. Вопрос лишь в том, как можно манипулировать им в своих целях и контролировать движение во времени.

Когда в 1905 году Эйнштейн выдвинул специальную теорию относительности, понимание того, что каждый массивный объект во Вселенной должен путешествовать во времени, стало лишь одним из ее поразительных последствий. Мы также узнали, что фотоны — или другие безмассовые частицы — не могут испытывать время в своей системе отсчета вообще: с момента, когда одна из них испускается, до момента, когда она поглощается, только массивные наблюдатели (вроде нас) могут видеть течение времени. С позиции фотона вся Вселенная сжимается в одну точку, и поглощение и излучение происходят одновременно во времени, мгновенно.

Но у нас есть масса. И все, что имеет массу, ограничено тем, чтобы всегда путешествовать со скоростью меньше скорости света в вакууме. И не только это, но и независимо от того, насколько быстро вы двигаетесь относительно чего-либо — ускоряетесь вы или нет, неважно — для вас свет всегда будет двигаться с одной постоянной скоростью: с, скорость света в вакууме. Это мощное наблюдение и осознание приходит с удивительным следствием: если вы наблюдаете за движущимся относительно вас человеком, его часы будут идти медленнее для вас.

Представьте себе «световые часы», или часы, которые работают по принципу отражения света взад-вперед в направлении вверх-вниз между двумя зеркалами. Чем быстрее человек движется относительно вас, тем больше будет скорость движения света в поперечном (вдоль) направлении, а не в направлении вверх и вниз, а значит, тем медленнее будут идти часы.

Точно так же ваши часы будут двигаться медленнее относительно них; они будут видеть время, которое течет медленнее для вас. Когда вы снова соберетесь вместе, один из вас будет старше, а другой моложе.

Такова природа «парадокса близнецов» Эйнштейна. Короткий ответ: если предполагать, что вы начинали в одной системе отсчета (например, в состоянии покоя на Земле), и попадете в ту же систему отсчета позже, меньше постареет путешественник, поскольку для него время будет идти «медленнее», а тот, кто остался дома, столкнется с «нормальным» течением времени.

Поэтому если вы хотите ускоренно двигаться во времени, вам придется разогнаться до околосветовой скорости, двигаться в таком темпе некоторое время, а после вернуться в изначальное положение. Придется немного развернуться. Проделайте это и сможете переместиться на дни, месяцы, десятилетия, эпохи или миллиарды лет в будущее (в зависимости от снаряжения, конечно).

Вы могли бы засвидетельствовать эволюцию и разрушение человечества; конец Земли и Солнца; диссоциацию нашей галактики; тепловую смерть Вселенной самой. Пока у вас будет достаточно энергии на космическом корабле, вы сможете заглядывать так далеко в будущее, как захотите.

Но вот вернуться обратно — это другая история. Простой специальной относительности, или отношения между пространством и временем на базовом уровне, было достаточно, чтобы доставить нас в будущее. Но если мы захотим вернуться в прошлое, обратно во времени, нам потребуется общая теория относительности, или отношение между пространством-временем и материей и энергией. В этом случае мы расцениваем пространство и время как неразделимую ткань, а материю и энергию — как то, что искажает эту ткань, вызывает изменения в самой ткани.

Для нашей Вселенной, как мы ее знаем, пространство-время довольно скучное: оно почти идеально ровное, практически не изогнутое, и ни в какой форме не зацикливается на себе.

Но в некоторых моделируемых вселенных — в некоторых решениях эйнштейновской общей теории относительности — можно создать замкнутую петлю. Если пространство зацикливается само на себе, вы можете двигаться в одном направлении долгое, долгое время, чтобы вернуться туда, откуда начали.

Что ж, бывают решения не только с замкнутыми пространствоподобными кривыми, но и замкнутыми времениподобными кривыми. Замкнутая времениподобная кривая подразумевает, что вы можете буквально путешествовать во времени, пожить в определенных условиях и вернуться в ту же точку, из которой вышли.

Но это математическое решение. Описывает ли эта математика нашу физическую Вселенную? Кажется, не совсем. Кривизны и/или разрывы, которые нам нужны для такой Вселенной, дико несовместимы с тем, что мы наблюдаем даже вблизи нейтронных звезд и черных дыр: самых экстремальных примеров кривизны в нашей Вселенной.

Наша Вселенная может вращаться в глобальном масштабе, но наблюдаемые пределы вращения в 100 000 000 раз жестче тех, что допускают замкнутые времениподобные кривые, которые нам нужны. Если вы хотите отправиться вперед во времени, потребуется релятивистский DeLorean.

Но назад? Возможно, будет лучше, если вы не сможете отправиться назад во времени, чтобы не помешать вашему отцу жениться на вашей матери.

В общем, подводя итоги, можно заключить, что путешествия назад во времени всегда будут очаровывать людей на уровне идеи, но, вероятнее всего, останутся в недостижимом будущем (как ни парадоксально). Это не невозможно математически, но Вселенная построена на физике, которая является специальным подмножеством математических решений. Исходя из того, что мы наблюдали, наши мечты исправить наши ошибки, отправившись в прошлое, вероятно, останутся только в наших фантазиях.

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

«Машина времени есть у каждого из нас: то, что переносит в прошлое — воспоминания; то, что уносит в будущее — мечты»

Герберт Уэллс. «Машина 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.

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.

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.

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.

Первые представления путешествия во времени

После того, как научное сообщество отошло от шока, оно начало активно использовать наработки Эйнштейна в своих исследованиях. Первыми заинтересовались астрономы и астрофизики, ведь теория относительности работала для окружающей нас Вселенной, что несомненно поможет ответить на ряд вопросов, которые ранее считались риторическими. В то же время выяснилось, что научные труды немецкого физика допускают возможность существования машины времени, даже нескольких ее видов.

Уже в 1916 году появились первые научные труды о путешествиях во времени с теоретическим обоснованием. Первым об этом заявил ученый-физик из Австрии, которого звали Людвиг Фламм, которому на тот момент было всего 30 лет. Он вдохновился идеями Эйнштейна и пытался решить его уравнения. Внезапно Фламма осенило, что при искривлении пространства и материи в окружающей нас Вселенной могут возникать своеобразные тоннели, сквозь которые можно проходить не только в рамках пространства, но также и времени.

Эйнштейн тепло принял теорию молодого ученого, и согласился, что она отвечает всем условиям теории относительности. Спустя почти 15 лет ему удалось развить рассуждения Фламма, и он вместе со своим коллегой Натаном Розеном смогли соединить между собой две черных дыры Шварцшильда с помощью пространственно-временного тоннеля, который расширялся на входе, постепенно сужаясь к своей середине. В теории, сквозь такой тоннель можно путешествовать в пространственно-временном континууме. Физики назвали такой тоннель мостом Эйнштейна-Розена.

Людям не из научного мира мосты Эйнштейна-Розена известны под более простым названием «червоточины», которое придумал в середине 20 века ученый из Принстона Джон Уилер. Также распространено название «кротовые норы». Такое выражение быстро распространилось среди сторонников современной теоретической физики и очень точно отражало дыры в пространстве. Проход сквозь «червоточину» позволил бы человеку покрывать огромные расстояния за гораздо более короткие промежутки времени, нежели путешествие по прямой. С их помощью можно было бы даже отправиться на край Вселенной.

Идея «кротовых нор» настолько вдохновила писателей-фантастов, что большинство научной фантастики начиная с середины 20 века рассказывает нам о далеком будущем человечества, где люди освоили весь космос и с легкостью путешествуют от звезды к звезде, встречая новые инопланетные расы и вступая с некоторыми из них в кровопролитные войны.

Впрочем, физики не разделяют оптимизма писателей. По их заявлению, путешествие сквозь червоточину может стать последним, что увидит человек. Как только он попадет за горизонт событий, его жизнь остановится навсегда.

В своей книге «Физика невозможного» знаменитый ученый и популяризатор науки Митио Каку цитирует своего коллегу Ричарда Готта:

«Не думаю, что вопрос в том, может ли человек, находясь в черной дыре, попасть в прошлое, вопрос в том, сможет ли он выбраться оттуда, чтобы похвастаться».

Но не стоит отчаиваться. На самом деле физики все же оставили лазейку для романтиков, мечтающих путешествовать сквозь пространство и время. Чтобы выжить в червоточине, нужно лишь лететь быстрее скорости света. Дело в том, что по законам современной физики это просто невозможно. Таким образом, мост Эйнштейна-Розена в рамках сегодняшней науки является непроходимым.

Развитие теории путешествий во времени

Если путешествие сквозь «кротовую нору» позволит в теории попасть в будущее, то с нашим прошлым в этом плане все намного сложнее. В середине 20 века австрийский математик Курт Гёдель в очередной раз пытался решить уравнения, созданные Эйнштейном. В результате его вычислений на бумаге вырисовалась вращающаяся вселенная, которая представляла собой цилиндр, время в котором бежало по его краям и было закольцовано. Столь сложную модель неподготовленному человеку трудно даже вообразить, тем не менее в рамках этой теории можно было попасть в прошлое, если обогнуть вселенную по внешнему контуру со скоростью света и выше. По расчетам Гёделя, в таком случае вы прибудете в точку старта задолго до самого старта.

К сожалению, модель Курта Гёделя также не вписывается в рамки современной физики из-за невозможности путешествия быстрее скорости света.

Обратимая червоточина Кипа Торна

Научное сообщество не прекращало попыток решить уравнения теории относительности, и в 1988 году произошел скандал, который поставил весь мир на уши. В одном из научных американских журналов вышла статья от знаменитого физика и эксперта в области теории гравитации Кипа Торна. В своей статье ученый заявил, что он вместе со своими коллегами сумел рассчитать так называемую «обратимую червоточину», которая не схлопнется за космическим кораблем, как только тот войдет в нее. Для сравнения ученый привел пример, что такая червоточина позволит гулять по ней в любом направлении.

Заявление Кипа Торна было очень достоверно и подкреплялось математическими расчетами. Проблема была лишь в том, что она шла вразрез с аксиомой, которая лежит в фундаменте современной физики – события прошлого нельзя изменять.

Так называемый временной парадокс физики в шутку назвали «убийством дедушки». Такое кровожадное название довольно точно описывает схему: вы отправляетесь в прошлое, нечаянно убиваете маленького мальчика (потому что он вас бесит). Мальчик оказывается вашим дедушкой. Соответственно, на свет не появляется ваш отец и вы, значит вы не пройдете сквозь червоточину и не убьете своего дедушку. Круг замкнулся.

• Также этот парадокс носит название «Эффект Бабочки», который появился в книге Рэя Брэдбери «И грянул гром» задолго до разработки теории учеными, в 1952 году. В сюжете описывалась история героя, который отправился в путешествие в прошлое, в доисторический период, когда на земле царили гигантские ящеры. Одним из условий путешествия было то, что герои не имеют права сходить со специальной тропы, чтобы не вызвать временной парадокс. Тем не мене, главный герой нарушает это условие, и сходит с тропы, где наступает на бабочку. Когда же он возвращается в свое время, то его глазам предстает ужасающая картина, где мир, который он знал до этого, уже не существует.

Развитие теории Торна

Из-за временных парадоксов отказываться от идеи Кипа Торна и его коллег было бы глупо, проще решить проблему с самими парадоксами. Поэтому поддержку американский ученый получил оттуда, откуда ее меньше всего ожидал: от российского ученого-астрофизика Игоря Новикова, который придумал, как обойти проблему с «дедушкой».

По его теории, которую назвали «принципом самосогласованности», если человек попадает в прошлое, то его возможность влиять на уже произошедшие с ним события стремится к нулю. Т.е. сама физика времени и пространства не даст вам убить дедушку или вызвать «эффект бабочки».

На данный момент, мировое научное сообщество разделилось на два лагеря. Один из них поддерживает мнение Кипа Торна и Игоря Новикова относительно путешествий сквозь кротовые норы и их безопасности, другие упорно отрицают. К сожалению, современная наука не позволяет ни доказать, ни опровергнуть эти заявления. Обнаружить червоточины в космосе мы также пока не в силах из-за примитивности наших приборов и механизмов.

• Кип Торн стал главным научным консультантом при создании знаменитого научно-фантастического фильма «Интерстеллар», в котором рассказывается о путешествии человека сквозь «кротовую нору.

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.