Запустил проект «Вопрос учёному», в рамках которого специалисты будут отвечать на интересные, наивные или практичные вопросы. В новом выпуске доктор физико-математических наук Алексей Рубцов рассказывает, можем ли мы построить машину времени.

Возможно ли создать
машину времени?

Алексей Рубцов

Физик, доктор физико-математических наук, профессор кафедры квантовой электроники Физического факультета МГУ, внешний исследователь РКЦ

Вопрос о возможности создания машины времени - это вопрос об универсальной применимости принципа причинности и близко с ним связанного второго закона термодинамики. Выражаясь простым языком, принцип причинности говорит нам, что всегда и везде, в любых системах отсчёта и для всех явлений следствие не может предшествовать причине. Сначала гремит гром, а затем крестится мужик. Второй закон термодинамики, опять же намеренно упрощая, утверждает, что замкнутые системы всегда меняются в сторону возрастания беспорядка (энтропии) . Например, сахар со временем растворяется в воде, потому что сироп обладает большей энтропией, нежели составляющие его сахар и вода по отдельности. Для того чтобы вновь разделить сахар и воду, нужно затратить энергию (например, нагреть раствор).

Ясно, что возможность путешествия во времени нарушила бы оба этих закона: прыгнувший на несколько секунд в прошлое мужик мог бы перекреститься перед вспышкой молнии, а отправив в прошлое сахарный сироп, мы бы увидели, как из него сами по себе возникают не смешанные вода и сахар.

Интересно, что никакие другие физические законы не устанавливают разницы между прошлым и будущим. Большая часть уравнений вообще не меняет своего вида при изменении направления течения времени, остальные остаются неизменными при одновременной смене направления временнОй оси и знаков ещё нескольких физических величин (простейший пример такого рода - системы с магнетизмом, в которых надо одновременно менять знак оси времён и направление магнитного поля).

Вполне может оказаться, что в будущем мы услышим о какой-нибудь «квантовой машине времени». Но путешествия во времени от этого возможными, к сожалению, не станут.

Таким образом, принцип причинности и второе начало термодинамики в современной картине знаний представляют собой изолированные утверждения - если вдруг окажется, что они не выполняются, остальная часть научного знания останется неизменной. Можно провести аналогию с пятой аксиомой Евклида: опирающаяся на постулат о непересечении параллельных прямых теория правильно описывает геометрию на плоскости, но отмена этой аксиомы не приводит к катастрофе - получается неевклидова геометрия, описывающая, например, свойства фигур на поверхности сферы.

Разница межу физикой и математикой, однако, состоит в том, что математике интересны любые теории, а физике - только описывающие наш реальный мир, существующий в единственном экземпляре. И в этом реальном мире принцип причинности, судя по всему, не нарушается. Конечно, всегда можно думать, что мы этих нарушений не замечаем, но вероятность такого положения дел крайне мала - как и все фундаментальные законы, принцип причинности проявляет себя в самых разных аспектах наблюдаемой действительности, и пройти мимо его нарушения было бы сложно.

Нужно сказать ещё вот о чём. Учёные не меньше газетчиков любят броские названия, и последнее время стало модным заимствовать для новых открытий термины из научной фантастики, чтобы привлечь к ним внимание сообщества. Один из ярких примеров - термин «квантовая телепортация», соответствующий абсолютно реальной и очень красивой квантово-информационной технологии, не имеющей, впрочем, ничего общего с телепортами из книжек и компьютерных игр. Вполне может оказаться, что в будущем мы услышим о какой-нибудь «квантовой машине времени». Но путешествия во времени от этого возможными, к сожалению, не станут.

Теории о путешествиях во времени, пожалуй, остаются одними из самых впечатляющих вслед за разработками в области телепортации, торсионных полей и антигравитации. Впрочем, путешествию во времени не повезло больше - до сих пор не только нет очевидцев перемещения во времени, но и универсального определения времени. В каком-то смысле каждый из нас путешественник во времени, правда, это не впечатляет, тем более что двигаться в этом понимании можно только "вперед". 32

До Эйнштейна о путешествиях во времени говорили только литераторы, причем идея "времени вспять" принадлежит вовсе не Герберту Уэллсу, а Эдварду Пейджу Митчеллу, издателю газеты New York Sun, который за 7 лет до "Машины времени" опубликовал рассказ "Часы, которые шли назад". В физике о возможности подобных перемещений стало модно размышлять вслед за Эйнштейном. Феномен путешествия во времени с того момента стал объясняться с точки зрения действия пространственно-временного континуума. "Тень" Эйнштейна по сей день "лежит" на всех мало-мальски серьезных рассуждениях на эту тему. 32

По теории относительности выходит, что при скорости, приближающейся к скорости света, время должно замедляться. Однако скорость света практически недостижима в отличие, скажем, от скорости звука, барьер которой был преодолен в последней четверти прошлого века. Далее, по теории Эйнштейна следует, что, когда тело развивает скорость, близкую к скорости света, его вес начинает увеличиваться и в точке достижения этой скорости практически бесконечен. Еще одна аксиома, которая также сопровождает теории о времени, гласит: первое путешествие, если ему суждено будет произойти, будет связано не с изобретением сверхбыстрого транспорта, а с открытием особой среды, в которой любое транспортное средство могло бы разогнаться до нужной скорости. Коридор во времени может быть образован и сугубо "природными" явлениями: черными дырами, тоннелями, космическими струнами и так далее. 32

Наиболее вероятным претендентом на "коридор времени" называют черные дыры, о природе которых до сих пор известно крайне мало. Принято считать, что когда звезды, масса которых превышает массу Солнца как минимум в четыре раза, гибнут, то есть когда их "топливо" сгорает, они взрываются из-за давления, вызванного их собственным весом. В результате взрыва образуются черные дыры, гравитационные поля в которых настолько мощны, что эту область не может покинуть даже свет. Всякий объект, достигающий границы черной дыры - так называемого горизонта событий, - всасывается в ее недра, причем снаружи не видно, что происходит "внутри". 32

Черная дыра окружена гравитационным полем, в котором тела достигают скорости света. Предполагается, что в глубине черной дыры - предположительно, в центре, в так называемой точке сингуляра - законы физики прекращают действовать, и пространственная и временная координаты, грубо говоря, меняются местами, а путешествие в пространстве становится путешествием во времени. Кроме того, физики предположили, что если есть черные дыры, затягивающие все, оказавшееся в зоне воздействия, то где-то там, в "ядре" дыры, должна быть некая "белая дыра", выталкивающая материю со столь же сокрушительной силой. 32

В центре черной дыры находится коридор, где пространство и время меняют свои характеристики. Однако есть одно "но": прежде чем тело достигнет зоны, где законы традиционной физики перестают действовать, оно будет разрушено. Эта точка зрения была высказана физиком Калифорнийского института технологии Кипом Торном, автором монографии "Черные дыры и искривление времени". 33

Торн предложил другой способ достижения необходимого для путешествия во времени ускорения. Он, основываясь на той же теории Эйнштейна, по которой пространство и время везде постоянно, изучал другие "прорехи" в пространственно-временном континууме. Эти норы-тоннели якобы способны возникать между отдаленными объектами благодаря казуальной скрученности пространства. Тоннели могут связывать отдаленные в пространстве точки, которые существуют в принципиально разных временных плоскостях. Кип Торн абсолютно серьезно в преддверии открытия этих тоннелей предлагал для поддержания их открытыми покрывать поверхность туннеля неким веществом с отрицательной плотностью энергии. Гравитационные силы будут стремиться разрушить туннель, захлопнуть его, а покрытие будет расталкивать стенки и удерживать от коллапса. 33

Еще одна любопытная теория о способах путешествия во времени принадлежит Ричарду Готу - физику из Принстона. Он предположил существование неких космических струн, которые были образованы на ранних этапах формирования вселенной. Согласно теории струн, все микрочастицы образованы замкнутыми в петли крохотными струнами и находятся под чудовищным натяжением в сотни миллионов тонн. Их толщина гораздо меньше размеров атома, однако колоссальная гравитационная сила, с которой они воздействуют на объекты, попадающие в зону их влияния, разгоняет их до колоссальной скорости. Совмещение струн или соположение струны и черной дыры способно создать закрытый коридор с искривленным пространственно-временным континуумом, который и мог бы использоваться для путешествия во времени. Существуют и другие, менее экзотичные способы "обмануть" время. Легче всего это будет сделать астронавтам. Пребывание, к примеру, на Меркурии в течение 30 лет означает, что астронавт вернется на нашу планету более молодым, нежели если бы он оставался на Земле, так как Меркурий вращается вокруг Солнца чуть быстрее Земли. Однако здесь линейный ход времени сохраняется, и в чистом виде путешествием во времени данный феномен называть не стоит. Более того, зафиксировано, что астронавты, которых на орбиты выносит "Шаттл", уже сейчас опережают "земное" время на несколько наносекунд, хотя до скорости света им, мягко говоря, далеко. 33

Помимо проблем технического характера, физики обсуждают и возможные конфликты времени. Реальная проблема, которая может ждать путешественников, - парадоксы времени. Их возникнет множество, и все они будут связаны с возможным воздействием на ход уже совершенных событий - "парадокс дедушки", например. Большинство теоретиков сошлись на том, что всякое воздействие на ход совершенного создает новую, параллельную реальность либо другую "мировую линию", ничуть не мешающую существованию "исходной". И таких "параллельностей" будет ровно столько, сколько необходимо для непротиворечивого существования каждой из них. Вообще надо заметить, что рассуждения, дискуссии и лекции о природе времени и возможности путешествия во времени до сих пор остаются излюбленным занятием серьезных физиков - своего рода интеллектуальной забавой. В свое время астрофизик NASA Карл Саган в ответ на заявление Стивена Хокинга о том, что, если бы путешествия во времени были бы возможны, среди нас было бы полно "ребят из будущего", парировал, что есть, как минимум, дюжина способов опровергнуть это заявление. 33

Во-первых, машина времени, к примеру, сможет переносить только в будущее. Во-вторых, машина времени сможет переносить только в недалекое прошлое, а мы - опять же, к примеру - "слишком давно". В-третьих, наши потомки из будущего могут перемещаться только к тем предкам, у которых машина уже есть, и так далее. Как бы там ни было, гипотетическая возможность подобных путешествий сохраняется, и опровергнуть ее не в силах самые язвительные скептики. Более того, теории теориями, а практические разработки все-таки ведутся. Причем с определенными успехами. 34

В далеком 1895 году был издан научно-фантастический роман Герберта Уэллса "Машина времени". Идея пришлась по вкусу всем, вне зависимости от уровня образования и социального статуса. Мечтатели с удовольствием переносились в будущее и становились наблюдателями новейших достижений техники или возвращались в прошлое, пытаясь повлиять на ход событий. Некоторые не просто мечтали, но и предпринимали попытки воссоздать такую машину. Да что там! Поговаривают, что та же Теория относительности Эйнштейна возникла на волне всеобщей истерии вокруг машины времени.

Долго ли до путешествий во времени?

С тех пор минуло столетие, а интерес к межвременному перемещению все не ослабевает. Понятие машины времени вошло в лексикон писателей-фантастов как неоспоримо существующий аппарат будущего. В газетах нет-нет да появляются привлекательные заголовки: времени? Фото эксклюзив!" А это значит, что люди (кто в гараже, кто за столом в научной лаборатории) по-прежнему бьются над созданием реального прототипа. Их рвение подогревает еще и то, что почти все оборудование будущего, выдуманное Гербертом Уэллсом, уже существует: космические ракеты, разведчики-невидимки, лазер и другие. Так может, и до совсем недалеко?

Физика машины времени

Саму идею такого устройства для путешествий тяжело назвать фантастической. Любой предмет идет по временному пути - появляется, стареет, изнашивается, исчезает. С другой стороны, этим процессом в полной мере никто не управляет. Да, технический прогресс достиг того, что человек может продлить срок его службы. Но повернуть время вспять - вопрос другого уровня. Поэтому машина времени (как сделать ее) - это задача не просто на движение вперед в потоке встречного движения минут и часов, но обратимое пилотируемое перемещение.

Следующий вопрос: перемещение куда?

Земля движется вокруг Солнца. Ее координаты в пространстве постоянно меняются. К тому же Земля вращается вокруг собственной оси, а значит, любой предмет на ее поверхности, устремившись в будущее или прошлое, может оказаться в то время, но не в том месте. В открытом космосе, например. Получается, что необходимо не только разобраться с тем, как сделать машину времени, инструкция к которой не известна, создать некий аппарат, который будет отсчитывать минуты в обратном порядке или ускоренном режиме, но и учитывать пространственные координаты, которые, возможно, непредсказуемы. Значит, определение машины времени можно с уверенностью дополнить: это устройство обратимого пилотируемого перемещения в системе пространственных координат, зависимой от времени.

Эксперимент Эйнштейна

Получается, точное определение машины времени легко может вывести каждый современный человек. С созданием же дело обстоит не столь радужно. Хотя нельзя отрицать, что неких успехов человечество достигло и на этом пути. К примеру, тот же Эйнштейн смог сконструировать систему, которая смогла скрыть целый авианосец не только с экранов следящей аппаратуры, но и заставить его исчезнуть из поля зрения наблюдателей и зрителей на целых 5 минут. Впрочем, члены экипажа затруднились рассказать, где они пребывали все это время, и пребывали ли где-то вообще. Эксперимент сложно назвать удачным. Вся команда вскоре погибла от неизвестной болезни. С другой стороны, Эйнштейн доказал, что человек может управлять временем. Остается только понять: возможна ли реальная машина времени, как сделать ее?

Современный взгляд на время

Теория относительности Эйнштейна показывает, что время и пространство имеют некую поверхность, не видимую взгляду человека. Эта поверхность крайне неоднородна по составу и форме, имеет впадины и выпуклые образования, морщины и трещины. Известный пример временной впадины - черная дыра.

Ученые вот уже более полувека трудятся над их изучением. И пришли к выводу, что присутствуют не только в космическом пространстве, но и в мельчайших частицах всего, что нас окружает - атомах. Эти червоточины представляются межвременными тоннелями, которые соединяют две точки, в миллионы раз сокращая не только расстояние между ними, но и замедляя время пропорционально расстоянию. Они не стабильны. Они то исчезают, то появляются. И что является причиной этих исчезновений - пока остается загадкой.

Известный мыслитель уверен, что когда-нибудь наш технологический потенциал достигнет такого уровня, что мы сможем не только воспользоваться этими межвременными тоннелями, расширив их до размера человека, но и синтезировать свои собственные тоннели.

Хокинг же утверждает, что следующей целью ученых, покоривших расстояния, будет шаг в прошлое в прямом смысле этого слова. Человечество научится применять червоточины для путешествий во времени.

Игры со временем

Время - хозяин всего сущего. И теперь предмет его вожделений - машина времени. Как создать ее? Задача человека - переместить чашу власти в свою сторону. И если в реальности этот вопрос пока еще неразрешим, то в виртуальном мире управлять временем может каждый. К примеру, симулятор построения собственной вселенной в реальном времени Minecraft (этот симулятор предусматривает перемещение игрока по вселенной в реальном времени, что в ходе игры и постепенном разрастании мира становится проблемой) позволяет каждому игроку получить собственную машину времени. Чего же такого нет в нашем мире, что есть в проекте "Майнкрафт"? Как сделать машину времени? Использовать моды, находящиеся в широком доступе. В общем, были бы у наших ученых какие-то секретные каналы доступа к данным о пространстве, была бы и у нас машина времени.

Метафизическое перемещение во времени

Пока ученые и геймеры изобретают средства для своего собственного мастера медитации идут иным путем: путешествуют метафизически.

Каждое тело, находящееся в нашем мире, оставляет после себя некий след, сотканный из энергии его жизни и вибрации - реакции пространства на его перемещение. Опытные йоги умеют настраиваться на этот след, утверждая, что избранный ими путь делает возможным путешествие в прошлое и обратно. Силой мысли. Правду ли говорят? Ответ неоднозначен. О метафизическом перемещении во времени рассказывают и шаманы, и ясновидящие, и люди, увлекающиеся магией. Они же уверяют, что реальность - это своего рода машина времени. Как сделать так, чтобы она работала? Достаточно достичь гармонии с самим собой, научиться отрешаться от внешнего мира, ежедневно медитировать и практиковаться - и все получится: любой человек сможет пройти по пути времени туда и обратно.

А что же будущее? Реально ли при помощи медитации получить золотой ключик от заветной двери? Реально, но в какое именно будущее попадет наблюдатель? Ведь это крайне переменчивое пространство, на которое влияет множество событий. Каждая минута, каждая секунда функционально зависит от тысячи переменных. Если предугадать условия, принять определенное решение - можно узнать о дальнейшем его развитии. Этот метод используют ясновидцы и шаманы. Они как будто выбирают нужный коридор из тысячи и идут по нему, предсказывая будущее.

Время для эксперимента

Каждый человек хоть раз да задумывался о том, как сделать настоящую машину времени, чтобы встретиться с самим собой из прошлого. Посмотреть на себя и, возможно, дать пару советов. В связи с этим широкую популярность обрели так называемые "капсулы времени", в которые группа людей или кто-то в одиночку составляют послание для себя в будущем. Послание может содержать видеозапись или же вещи, вызывающие у отправителя какие-то эмоции - в общем, некую информацию из прошлого, которую будет интересно получить.

Через некоторое открывают и как бы устанавливают контакт с самим собой из прошлого. Людей по ту и по эту сторону времени объединяет ожидание и мысли. Создается локальный временной континиум - в действии настоящая машина времени. Как сделать - вопрос уже не стоит.

Вопрос с путешествиями в будущее уже давно решен положительно. Ускоренно путешествовать в будущее возможно, причем несколькими способами. Во-первых, как известно еще из Специальной Теории Относительности, для движущегося наблюдателя (или любого предмета) время замедляется, причем тем быстрее, чем больше скорость. То есть, если разогнать аппарат с человеком внутри до околосветовой скорости, то на Земле пройдет куда больше лет, чем для него. Это и есть ускоренное путешествие в будущее.

Во-вторых, как утверждает уже Общая ТО, тот же эффект замедления времени появляется в гравитационном поле. То есть, побывав недалеко от черной дыры и вернувшись, путешественник окажется в будущем.

И в-третьих, можно просто (хотя и не так просто как это звучит) залечь в анабиоз на много лет и, проснувшись, оказаться в будущем - тоже практически не постарев.

С путешествиями же в прошлое вопрос сложнее. Правильный на него ответ - скорее всего нет, но пока да. Точнее говоря, пока наука не обнаружила физических законов, которые бы жестко запрещали путешествия в прошлое. Более того, теоретически пока не опровергнута возможность существования так называемых "белых дыр" - антиподов черных дыр. Если черная дыра это область пространства из которой не ничего может вырваться, то белая дыра - область пространства в которую ничего не может проникнуть. Связь черной и белой дыры и представляет из себя ту самую червоточину (или, в другом переводе, кротовую нору), неоднократно воспетую в фантастике.

Если один конец червоточины поместить в космический корабль, движущийся со скоростью близкой к скорости света, то с точки зрения космонавта на этом корабле пройдет всего, скажем, год пока на Земле пройдут века. При этом сообщение через червоточину будет мгновенным, не ограниченным световой скоростью. Практически это означает, что вернувшись на Землю в 31 веке космонавт через червоточину может вернуться на Землю в момент через час после своего отлета. Собственно, как только его конец кротовой норы попадет на Землю 31 века, будущие земляне смогут путешествовать через нее в наш 21-й.

У этого метода есть одно важное ограничение. С его помощью невозможно путешествовать в прошлое, более раннее, чем время создания червоточины . Это, заодно, дает ответ на вопрос "ну и где же они", то есть объясняет почему путешественники во времени не появляются среди нас. А заодно не позволяет нам надеяться на путешествия в наше прошлое. Во времена зарождения христианства или вымирания динозавров.

Однако, физикам подобного объяснения недостаточно. Их можно понять - это ограничение не позволяет нашим потомкам путешествовать в наше время, но учитывая что Вселенная очень уж велика, в ней могут быть природные червоточины, через которые во времени могли бы путешествовать природные объекты, добавляя свое гравитационное поле из будущего туда, где его в основном потоке времени не было и порождая тем самым временнЫе парадоксы.

Поэтому ученые продолжают искать причины, по которым белые дыры не могли бы существовать, или не могли бы существовать долго. Или по которым был бы невозможен переход из черной в белую дыру через червоточину. Или по которым вход и выход из червоточины не могут располагаться достаточно близко, чтобы сделать путешествие в прошлое возможным.

И я думаю, что рано или поздно найдут.

Ув. Друг, то, что вы написали в первом абзаце не верно в принципе. Как говаривал сам Альберт Эйнштейн "Все в мире относительно" (это важно). Так вот, для астронавта время действительно текло медленней чем для людей на земле. Почему? Да по тому что он двигался со значительной скоростью вокруг земли. А почему нельзя сказать что земля двигалась во круг него со значительной скоростью и это на земле текло время медленней чем у астронавта? Конечно можно! И когда астронавт прилетит на землю для него и тех кто был все время на земле пройдет один и тот же промежуток времени)
P.S. Если я не прав, будте добры, поправте.

Ответить

Упс. и еще один нюанс. Путешествия со скоростью выше световой не возможны не где и не как будь то у вас червоточина или магическая сила. Червоточина это просто короткий путь так сказать из пункта А в пункт Б. Если привычными методами из А в Б 12352^10 световых лет, то через червоточину этот путь будет предположим всего 300000км.

Ответить

То, что я написал в первом абзаце не просто верно в рамках нынешней физики, но и проверено экспериментально. Более того, релятивистскую поправку времени используют спутники GPS, например.

То что вы описали называется "парадокс близнецов". Вкратце - принцип относительности (можно сказать что движется то, а можно что это) распространяется на инерциальные системы отсчета. Но система космонавта неинерциальна , для того чтобы улететь и вернуться космический корабль должен ускориться, замедлиться а потом еще раз ускориться и замедлиться на обратном пути. Само по себе ускорение не влияет на ход времени (в рамках СТО) но делает эти системы неравноправными.

Ответить

Ещё 4 комментария

И насчет "еще одного нюанса". То, что путешествия со скоростью выше световой невозможны нигде и никак - не доказано. Доказано, что в нашем пространстве-времени невозможно двигаться со скоростью выше световой, это не одно и то же. Из ТО вытекает, что тело имеющее массу никак не может разогнаться до световой скорости. Но когда мы говорим о червоточинах перемещение и движение - не одно и то же. Грубо говоря, путь внутри червоточины просто намного короче, чем путь снаружи. То есть двигаясь с достветовой скоростью вы преодолеете не очень большое расстояние, но при этом перемещение с точки зрения обычного пространства-времени будет куда больше.

А то что именно путешествия "невозможны нигде и никак" - это как раз то, о чем я пишу. То, доказательства чего физики ищут, скорее всего найдут, но пока нет.

Ответить

Ммм то есть допустим из пункта А в пункт Б есть две дороги. Первая дорога 1км, а вторая 0,5 км. По вашему получается что если идти по короткой тропке скорость вычисляется как 1км/время а не 500метров (которые он прошел) НУ ПРОСТО ПОЛНЫЙ БРЕД

Ответить

Это не "по моему получается", а физика у нас такая. Дело в том, что существует самая короткая возможная тропка от пункта А в пункт Б - она называется "прямая". Но наша вселенная искривлена и поэтому "прямая" в ней - это такая линия вдоль которой распространяется свет, например. И все расстояния вычисляются именно вдоль этой линии.

Если каким-то образом (через червоточину) кто-то прошел через еще более короткую тропку, "срезав" через искривление вселенной, то его собственная скорость - меньше световой. И никаких законов физики при этом не нарушается именно потому что он нигде не набрал скорость выше световой. Однако при этом он преодолеет расстояние (которое измеряется ввдоль прямой линии, напомню) - быстрее , чем свет движется по этой самой прямой линии.

То есть он окажется в пункте Б быстрее, чем свет испущенный из пункта А. Представьте что космический корабль летит на альфу Центавра, пункт Б именно там. На борту конец червоточины и два космонавта, Вася и Петя. Корабль летит медленнее света и оказывается в пункте Б через 5 лет с точки зрения Земли и всего через месяц с точки зрения самого корабля - потому что время во время движения замедляется. Еще раз - на Земле и на альфе Центавра прошло пять лет, но космонавты за время полета постарели всего на месяц и их вход в червоточину тоже "постарел" всего на месяц.

Проблема в том, что поскольку входы червоточины являются одним объектом, находящимся в пространстве червоточины, а не нашей вселенной, для "земного" ее конца в системе отчета самой червоточины тоже прошел всего месяц . И зайдя в червоточину на корабле космонавт Петя выйдет на Земле через месяц после отлета. Не через пять лет, а через месяц.

Если после этого космонавт Вася развернет корабль и полетит обратно к Земле, то на Земле пройдет еще пять лет, а для Васи и червоточины - еще месяц. То есть корабль прилетит на Землю через 10 лет после отлета. Но когда постаревший всего на два месяца Вася зайдет в постаревшую на два месяца червоточину - он окажется на Земле через два месяца после отлета. То есть с точки зрения Земли Вася оказался на Земле за почти 10 лет до прилета корабля с Васей.

Это выглядит как парадокс и по большому счету являтся парадоксом. Но дело в том, что физикам пока неизвестны какие-либо законы, которые этот парадокс запрещали бы. Нам просто хочется верить что такие законы есть.

«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 .

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.

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.

Послесловие

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.