КАК СОЗДАТЬ МАШИНУ ВРЕМЕНИ?

Сложно, но возможно
Пол Дэйвис

Многие годы путешествия во времени не вписывались в рамки серьезной науки. Тем не менее эта тема стала чем — то вроде побочного занятия для физиков-теоретиков. Размышления о путешествиях во времени приводят к довольно забавным и в то же время весьма глубокомысленным выводам. Например, сущность единой теории физики, основанной на понимании связи между причиной и следствием, придется серьезно пересмотреть, если свободное перемещение во времени хотя бы в принципе возможно.

Наиболее полное понятие о времени дает нам теория относительности Эйнштейна. До ее возникновения время считалось универсальным и абсолютным, одинаковым для каждого на- блюдателя независимо от его физического состояния. В своей специальной теории относительности Эйнштейн выдвинул предположение, что значение интервала времени, измеряемого между двумя событиями, зависит от того, каким образом движется наблюдатель. Иными словами, два наблюдателя, движущихся по-разному, отметят различную продолжительность интервалов между одними и теми же двумя событиями.

Подобные явления часто называют «парадоксом близнецов».

Сдвиг во времени

Эффект растяжения времени возникает всякий раз, когда один наблюдатель движется относительно другого.

Чтобы пронаблюдать действительно заметные искажения времени, нам придется заглянуть за пределы повседневного опыта. В больших ускорителях элементарные частицы могут быть разогнаны до скоростей, близких к скорости света. Некоторые из частиц, такие как мюоны, обладают «встроенными часами», ибо имеют определенный период полураспада. Наблюдения показывают, что в соответствии с теорией Эйнштейна мюоны, движущиеся в ускорителе с высокой скоростью, распадаются медленнее. Для неподвижного наблюдателя заметные временные искажения испытывают и частицы космических лучей. Скорость движения этих частиц настолько близка к скорости света, что с их «точки зрения» они пересекают галактику за считанные минуты, хотя в земной системе отсчета это занимает десятки тысяч лет. Если бы не проявлялось растяжение времени, подобные частицы никогда не достигли бы Земли.

Скорость — один из способов перенестись в будущее. Другой способ — гравитация. В общей теории относительности Эйнштейн показал, что гравитация замедляет ход времени. Часы на крыше идут немного быстрее, чем часы в подвале, которые находятся ближе к центру Земли и поэтому сильнее испытывают влияние ее поля тяготения. Аналогично часы в космосе идут быстрее, чем на Земле. Наблюдаемые отклонения очень незначительны, однако они были зафиксированы высокоточными часами. Эти искажения времени были учтены при создании Глобальной системы позиционирования (GPS), иначе моряки, таксисты и крылатые ракеты постоянно сбивались бы с курса.

Гравитация нейтронных звезд настолько велика, что время на их поверхности замедляется примерно на 30% по сравнению со временем на Земле. События, происходящие на Земле и наблюдаемые с одной из таких звезд, будут похожи на ускоренное видео. Черные дыры представляют предельный вариант искажения времени: на их поверхности время неподвижно застыло для внешнего наблюдателя. Это значит, что за то короткое время, которое наблюдатель затратит на падение на поверхность черной дыры, во всей остальной Вселенной пройдет целая вечность. Поэтому для стороннего наблюдателя область внутри черной дыры находится за пределами конца времен. Если бы некий космонавт сумел приблизиться к черной дыре на малое расстояние, а затем вернуться живым и невредимым, — несомненно, фантастичный и к тому же безрассудный проект, — то он смог бы оказаться в далеком будущем.

Голова идет кругом

До сих пор речь шла о перемещении в будущее. А как насчет путешествия в прошлое? Здесь все гораздо сложнее. В 1948 г. Курт Гедель (Kurt Gaedel) нашел решение для составленных Эйнштейном уравнений гравитационного поля, описывающих вращающуюся Вселенную. Путешествуя в пространстве такой Вселенной, космонавт может достичь своего прошлого. Это происходит вследствие воздействия поля тяготения на электромагнитные волны. В такой Вселенной свет (и, соответственно, причинно-следственная связь между объектами) будет вовлечен во вращательное движение, что позволит материальным объектам описывать траектории, замкнутые не только в пространстве, но и во времени. Пожав плечами, решение Геделя отложили в сторону как математический парадокс — в конце концов, нет свидетельств того, что вся наша Вселенная вращается. Тем не менее полученный Геделем результат показал, что теория относительности не исключает перемещения назад во времени. Более того, сам Эйнштейн был озадачен этим фактом.

А наиболее правдоподобный сценарий машины времени появился в середине 80-х гг. прошлого века. Он основан на концепции пространственно-временного туннеля.

В научной фантастике пространственно-временные туннели часто называются звездными вратами; они представляют кратчайший путь между двумя далеко разнесенными в пространстве точками. Войдя в гипотетический пространственно-временной туннель, вы можете через несколько мгновений выйти из него на другом конце галактики. Звездные врата действительно вписываются в общую теорию относительности, согласно которой тяготение искажает не только время, но и пространство. Эта теория позволяет провести аналогию с объездной дорогой и туннелем, соединяющими две точки пространства. Математики называют такое пространство многосвязанным. Так же как туннель сквозь горный хребет обычно короче объездной дороги, так и пространственно-временной туннель может быть короче пути в обычном пространстве.

Фантастический пространственно-временной туннель описан в романе Карла Сагана «Контакт», вышедшем в свет в 1985 г. Вдохновленный Саганом, Кип С. Торн (Kip S. Thorne) и его сотрудники из Калифорнийского технологического института решили выяснить, не противоречит ли идея звездных врат законам современной физики. Отправной точкой их исследований стало предположение о том, что пространственно-временной туннель должен быть схож с черной дырой, являясь телом с чудовищной силой тяготения. Однако в отличие от черной дыры, которая предлагает безвозвратно отправиться в никуда, звездные врата должны иметь не только вход, но и выход.

В петле

Чтобы пространственно-временной туннель был проходимым, он должен содержать, говоря словами Торна, экзотическую материю. Это должно быть нечто, создающее антигравитационное поле и тем самым препятствующее превращению массивной системы в черную дыру под действием собственной гигантской массы. Источником антигравитации, или гравитационного отталкивания, может стать отрицательная энергия. Как известно, отрицательные энергетические состояния присущи некоторым квантовым системам. Это наводит на мысль, что существование торновской экзотической материи не противоречит законам физики. Тем не менее пока неизвестно, удастся ли создать достаточное количество антигравитационного вещества для стабилизации туннеля.

Вскоре Торн и его коллеги осознали, что в случае создания стабильного пространственно-временного туннеля он может быть использован как машина времени: пройдя через такой туннель, можно будет оказаться не только в другой точке Вселенной, но и в другой точке времени — в прошлом или в будущем.

Чтобы приспособить туннель для путешествий во времени, необходимо один из его входов отбуксировать на достаточно близкое расстояние к поверхности нейтронной звезды. Тяготение звезды замедлит время вблизи этого входа в туннель, поэтому разница во времени между двумя входами будет накапливаться. Если затем поместить оба входа в соответствующем месте пространства, разница во времени между ними останется зафиксированной.

Самой большой проблемой при создании туннельной машины времени является построение пространственно-временного туннеля. Возможно, наше пространство пронизано такими туннелями еще со времени Большого взрыва. В таком случае высокоразвитая цивилизация могла бы воспользоваться одним из них. Пространственно-временные туннели могут также возникать в микроскопических масштабах и иметь размеры порядка атомного ядра. В принципе такой туннель может быть стабилизирован энергетическим импульсом и затем как-нибудь растянут до приемлемых размеров.

СИСТЕМА	ХАРАКТЕРИСТИКИ	НАКАПЛИВАЕМЫЙ ВРЕМЕННОЙ СДВИГ
Авиаперелет	скорость 920 км/ч в течение 8 часов	10 наносекунд (относительно инерциальной системы отсчета)
Рейс атомной подводной лодки	глубина 300 м в течение 6 месяцев	500 наносекунд (относительно уровня моря)
Нейтрон космического луча	10 18 электрон-вольт	Среднее время жизни увеличивается с 15 минут до 30 тыс. лет
Нейтронная звезда	красное смещение составляет 0,2	Временные интервалы увеличиваются на 20 % (относительно открытого космоса

Запрещено цензурой!

Допустим, что инженерные трудности преодолимы. Тогда создание машины времени открывает ящик Пандоры, содержащий массу причинных парадоксов. Представьте себе путешественника, который отправляется в прошлое и убивает свою мать, которая в тот момент была еще маленькой девочкой. Бессмыслица, не правда ли? Если девочка погибает, то она не может стать матерью нашего путешественника. Но если он никогда не был рожден, то как он попал в прошлое и убил свою мать?

Парадоксы такого рода возникают всякий раз, когда путешественник пытается внести в свое прошлое заведомо невозможные изменения. Однако это не мешает кому-нибудь быть частью своего прошлого. Предположим, что, попав в прошлое, путешественник спасает юную леди от убийства, а она затем становится его матерью. Причинная петля в этом случае является самосогласованной и не выглядит парадоксальной. Таким образом, причинная согласованность может накладывать ограничения на действия путешественника во времени и вместе с тем не исключает путешествия во времени как таковые.

Неестественные последствия путешествий во времени заставили некоторых фантастов напрочь отказаться от этой идеи. Стефан Хокинг (Stephen W. Hawking) из Кембриджского университета выдвинул «гипотезу защиты хронологии», которая запрещает существование причинных петель. Поскольку теория относительности, как известно, допускает путешествия в прошлое, то для защиты хронологии должен существовать какой-либо фактор, запрещающий такие путешествия. Что может стать таким фактором? Возможно, на помощь придут квантовые процессы. Существование машины времени позволит частицам попадать в свое собственное прошлое. Вычисления показали, что возникающая в результате этого цепная реакция породит расходящуюся энергетическую волну, которая разрушит туннель.

Защита хронологии все еще остается гипотезой, поэтому путешествия во времени пока не могут считаться невозможными. Вероятно, окончательное решение этой проблемы будет возможно в случае успешного обобщения квантовой механики и теории тяготения с использованием теории струн и ее дополнений (так называемой М-теории). Вполне возможно, что ускорители элементарных частиц следующего поколения будут способны создавать субатомарные пространственно-временные туннели, стабильности которых будет достаточно для совершения ближайшими частицами стремительных временных петель. Это будет лишь отголосок уэллсовского видения машины времени, который, впрочем, навсегда изменит нашу картину физической реальности.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Машина времени: как сделать? Несколько практических советов

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: «Как сделать машину 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, биологическое оружие, лазер и другие. Так может, и до путешествий во времени 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 черные дыры 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 Стивен Хокинг 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 перемещения во времени, 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 время «капсулы времени» 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.