Когда изобретут машину времени: факты, теории, разработки

Что такое машина времени

Машина времени — это устройство, с помощью которого, в теории, можно было бы путешествовать во времени.

Однако ученые понимают под ней не физическую машину или механизм, как в кино, а искривленное пространство-время [1]: например, в виде «червоточины» или «пончика». Внутри нее можно перемещаться из одной точки пространства-времени в другую, за счет сфокусированных гравитационных полей. Но такие поля должны быть супермощными, а управлять ими нужно с максимальной точностью.

Есть также версии, что машина времени — это экзотическая материя с отрицательной плотностью. Если ее толкнуть, она будет двигаться в направлении, обратном нормальному. Однако ничего похожего пока открыть не удалось.

Можно ли путешествовать во времени?

В фантастических фильмах вроде «Звездного пути» или «Назад в будущее» герои просто садятся в машину или другой транспорт и оказываются в прошлом или будущем. На деле все гораздо сложнее, и единого мнения на этот счет пока нет.

Альберт Эйнштейн первым описал время как «четвертое измерение» [2]. Он считал, что оно движется только вперед, но, при этом, относительно: то есть может течь с разной скоростью в разных условиях. Если вы будете двигаться со скоростью света (то есть 299 792 км/сек), то для вас оно замедлится — в сравнении с теми, кто стоит на месте. Но, согласно расчетам физика, ваша масса при этом должна быть бесконечной, а длина — нулевой.

Эйнштейн также утверждал, что гравитация может менять время: сверхмассивные объекты, вроде черных дыр, как бы искривляют время вокруг себя. Это тоже удалось доказать — с помощью GPS-спутников и сверхточных часов. Путешествия через черные дыры — пожалуй, самый популярный способ, описанный в фильме «Интерстеллар». Вблизи дыры или ее модели, за горизонтом событий, время движется в два раза медленнее, а то и вовсе останавливается.

Стивен Хокинг, написавший книгу «Краткая история времени», поддерживал теории Эйнштейна относительно черных дыр, а также — «червоточин» или «кротовых нор», которыми пронизана вся Вселенная. Однако он не верил, что можно путешествовать в прошлое.

В доказательство он провел эксперимент: организовал в 2009 году вечеринку и разослал приглашения уже после того, как она закончилась. Но никто из приглашенных в будущем так и не пришел на нее. Однако Хокинг не исключал, что машину времени построят уже после его смерти [3].

Основываясь на теориях Эйнштейна, NASA предположило, что можно путешествовать через «червоточины» или «кротовые норы» пространства-времени [5]. Это что-то вроде туннелей, пройдя через которые, мы окажемся в другом измерении. Но такие «червоточины» почти моментально схлопываются, и пройти через них смогут только сверхмалые частицы.

Еще одна гипотеза — «бесконечный цилиндр Типлера». Астроном Фрэнк Типлер предложил механизм, внутри которого вещество величиной в десять масс Солнца, свернутое в бесконечно длинный и очень плотный цилиндр. Если он будет вращаться со скоростью миллиарда оборотов в минут, космический корабль, пройдя по спирали, попадет внутрь цилиндра и окажется в «замкнутой времениподобной кривой» — мировой линии, где все возвращается в исходную пространственно-временную точку.

Теория струн в рамках квантовой механики предполагает наличие 11 измерений [6]. В одном из них как раз и может существовать портал для путешествий во времени.

Космические струны — тончайшие сгустки энергии, проходящие через всю длину Вселенной и обладающие огромной массой. Их диаметр тоньше атомного ядра, при этом они очень плотные: 1 тыс. км такой струны весят как Земля. Следовательно, они, как и черные дыры, тоже могут искривлять пространство и время вокруг себя. Есть теория, что такие струны бесконечны и образуют замкнутые петли — «складки» пространства-времени. Внутри них также можно путешествовать во времени.

В чем главные проблемы создания машины времени?

• В обозримом будущем ни один из объектов, созданных человеком, не может приблизиться к скорости света.
• Человек не сможет находиться вблизи объектов с гигантской гравитацией, как у черных дыр: он сразу погибнет.
• Гипотетические условия для путешествий во времени — такие, как бесконечная или сверхмалая масса, нулевая длина и другие — тоже недостижимы.
• Деформация пространства-времени может вызвать мощный поток радиации, который уничтожит все живое.

Есть отдельные теории — например, у физика Ричарда Мюллера [7] — о том, что вернуться назад невозможно, так как Вселенная постоянно расширяется, как в пространстве, так и во времени. Другими словами, в прошлом времени было как бы меньше, а в будущем его, наоборот, больше. И мы не можем, в нашем нынешнем состоянии, оказаться в нужной точке прошлого или будущего — в обеих случаях это будут совсем другие миры, с которыми у нас нет никакой связи. Чтобы такое путешествие стало возможным, нам сначала нужно уменьшить или увеличить объем пространства-времени.

И тем не менее люди веками пытаются создать машины времени или хотя бы воссоздать условия, при которых такие путешествия возможны.

Что будет, если изменить прошлое?

Этот вопрос чаще всего возникает в книгах и фильмах — вроде «Терминатора», «Эффекта бабочки» или «Назад в будущее». Ученые называют его «парадоксом убитого дедушки» [8]: когда путешественник во времени возвращается в прошлое, убивает своего дедушку в юности и в результате исчезает — потому что никогда не рождался.

Противники теории утверждают, что это невозможно: отправиться в прошлое можно только по замкнутой кривой, внутри которой все события закольцованы друг с другом. В качестве наглядного подтверждения приводят бильярдный шар, который движется через червоточину по заданной траектории и никак не может помешать сам себе.

Британский математик и философ Джеральд Джеймс Уитроу считал, что, если бы путешествия в прошлое были возможны, мы бы помнили о них еще до отправления.

Кто уже пытался изобрести машину времени

Еще в конце XIX века писатели-фантасты — среди них Энрике Гаспар и Римбау, а также Герберт Уэллс — описывали первые прототипы машин времени. Однако научные обоснования появились в начале XX-го, с появлением теорий Эйнштейна.

В 1948-м австрийский математик и философ Курт Гедель нашел решение для уравнений Эйнштейна, касающихся гравитации и вращающейся Вселенной. В ней свет тоже вращается вместе с другими объектами, из-за чего последние движутся по замкнутым траекториям и в пространстве, и во времени.

Гедель также писал, что в каждой точке пространства есть световой конус прошлого и конус будущего. Внутри каждого из них находится мировая линия — непрерывная кривая в пространстве-времени, которая состоит из событий. На каждой мировой линии время течет по-своему.

Если наклонить конусы под определенным углом, внутри получится окружность — это и есть машина времени. Нужно только создать такое гравитационное поле, или искривление, при котором конусы наклонятся под нужным углом. Гедель предполагал, что такая Вселенная уже где-то существует, но пока мы ничего о ней не знаем.

В 1943-м был проведен эксперимент на базе ВМС США в Филадельфии. В рамках него вокруг эсминца «Элдридж» создали специальный электромагнитный экран, который отражал сигналы радаров. Некоторые свидетели утверждали, что после этого корабль якобы исчез, а потом появился на расстоянии в сотни километров в штате Виргиния. Но спустя годы моряки, участвовавшие в эксперименте, опровергли это.

В 1988-м американский физик и астроном Кип Торн рассчитал, при каких условиях машина времени Геделя будет работать и насколько это возможно. Для этого нужно запустить машину времени, разогнать один конец «кротовой норы» до околосветовой скорости, притормозить, потом разогнать в обратном направлении, снова притормозить, нырнуть в нору, выскочить на другом конце и уже снаружи, как можно быстрее, домчаться до обратного конца. Так появится временная петля между прошлым и будущим.

Впоследствии модель усложнили, рассматривая ее в четырех и пяти измерениях, где добавляются новые слои и условия. В итоге окончательной «рабочей» версии пока что не существует, но многие в своих расчетах по-прежнему опираются на гипотезу Геделя.

В 2017-м ученые из США и Канады создали свою математическую модель машины времени — TARDIS (англ. Traversable Acausal Retrograde Domain in Spacetime). Она выглядит как «пузырь» или «ящик», который движется по кругу, проходя насквозь через пространство-время вдоль «кротовых нор».

Чтобы они возникли, необходимо искривление пространства-времени определенным образом. При этом появление черных дыр, о которых говорил Хокинг, необязательно. TARDIS будет перемещаться по замкнутой кривой, чтобы люди внутри испытывали постоянное ускорение. Те, кто будет наблюдать за этим снаружи, увидит две версии события: в одной время движется нормально, а в другой — в обратном направлении.

В начале этого года астрофизик Рон Маллет рассказал, что можно повернуть время вспять. Он также опирался на теории и уравнения Эйнштейна и предложил использовать кольцевой лазер с беспрерывно циркулирующими лучами, который сможет набрать нужную скорость и создать портал в прошлое. Это те самые «червоточины», о которой мы писали выше. Профессор уже разработал прототип такого устройства и проводит испытания. Однако у его будущей машины времени есть серьезное ограничение: с ее помощью можно вернуться не дальше, чем в тот момент, когда она была включена.

Выводы о машинах времени

Мнения и эксперименты в современной науке можно свести к трем направлениям:

1. Путешествия во времени невозможны, так как порождают непреодолимые парадоксы или просто технически.
2. Путешествия возможны, но не так, как мы их себе представляем: нельзя отправиться в определенную точку в прошлом или в будущем.
3. Путешествия возможны, надо только найти подходящую Вселенную и искривленное пространство-время в ней.

Первая Машина времени, была создана еще 20 лет назад

Вопрос о путешествиях во времени будоражит не только фантастов, но и учёных. Создание машины времени станет катализатором для любого вида человеческой деятельности: от науки и до творчества.

На дворе 2020 год, а машина времени так и не появилась. Или появилась?

На самом деле, научным изысканиям вопросов путешествия во времени уже более 100 лет, и мы действительно продвинулись в понимании процессов, необходимых для функционирования машины времени.

А за последние 10 лет так вообще каждый год те или иные учёные заявляют о прорыве и даже экспериментальных доказательствах путешествий во времени.

Для путешествия в будущее никаких проблем нет. Экспериментально доказаны предсказанные ранее уравнениями Эйнштейна свойства пространства-времени, которые свидетельствуют о том, что в близи гравитационных полей происходит замедление времени относительно остального пространства. А для тел, двигающихся с любой скоростью относительно неподвижных тел, тоже происходит замедление времени. Тут ничего нового, первый экспериментально доказанный факт путешествия человека в будущее зафиксирован в 1971 году: в рамках проведённого эксперимента Хафеле — Китинга.

Но, попав в будущее, можно ли вернуться в прошлое?

На самом деле, современные представления о машине времени сводятся именно к путешествиям в прошлое.

Так что же на сегодня известно о способах путешествий в прошлое?

В уравнениях Эйнштейна есть очень существенная брешь: они не могут объяснить 1,5% наблюдаемых феноменов в макромире. Но такая брешь, являющаяся, по сути, лазейкой для учёных, позволяет им успешно выразить множество теоретических явлений, решая уравнения таким образом, чтобы создавать нужные структуры, которые не противоречат «ОТО» и «СТО». Так и рождаются теории, которые не противоречат уравнениям Эйнштейна, а, следовательно, могут существовать в нашей реальности.

Касательно путешествий в прошлое, уравнения Эйнштейна говорят нам о возможности существования структур пространства-времени, именуемых «замкнутыми время-подобными кривыми». Впервые эти структуры пространства-времени описал австралийский математик Курт Гёдель, который нашёл новый вид решения уравнений пространства-времени Эйнштейна. Подобные замкнутые кривые позволяют возвращаться в исходную пространственно-временную точку.

Начав путешествие вдоль этой кривой, наблюдатель заметит, что время для него идёт естественно. Он может провести 20-30 лет своей жизни, созерцая будущее. Однако, продолжая путешествие, он вернётся в исходную точку (скажем, сделает круг вокруг Земли), а начальная точка будет не только пространственным началом координат, но и временным.

Таким образом, наблюдатель вернётся во времени к началу своего путешествия.

Эта концепция очень заинтересовала научный мир и на её основе, как из рога изобилия, посыпались различные теории и методы путешествия во времени, как хорошие, так и не очень.

На сегодня создано 8 теоретических выкладок, опирающихся на замкнутые время-подобные кривые, которые точно согласуются с уравнениями Эйнштейна и общеприняты научным сообществом. Самая последняя подобная теория – «TARDIS» — выведенная в 2017 году математическая модель машины времени, напоминающая небезызвестный Пузырь Алькубьерре.

Однако, если это чисто математика и замкнутые время-подобные кривые существуют только в наших расчётах, то космологи уже давно ищут аналогичную структуру пространства-времени, называемую “Космической струной”.

Космическая струна обладает теме же свойствами, что и замкнутые время-подобные кривые, но имеет естественное происхождение и может быть обнаружена.

На самом деле, открытия Космических струн многие учёные считают делом времени. Они настолько убеждены в их существовании, что многие надеялись найти их до открытия гравитационных волн.

Так, в 2010 году были обнаружены, а затем и экспериментально подтверждены косвенные свидетельства существования космических струн.

Комические струны можно считать реликтовым артефактом природной машины времени. И почти со 100%-й вероятностью учёные космологи уверены в их существовании.

Всё это обнадёживающие, но лишь гипотетические выкладки. А есть ли у нас какие-либо реальные доказательства возможности путешествовать в прошлое? Может быть, это вообще невозможно, и тогда печалька…

На самом деле, подобных экспериментов «вагон и маленькая тележка». Вот только их никто не может независимо повторить, за исключением одного.

Всё началось с обычного эксперимента с двумя щелями (Опыт Юнга) в 1803 году. На сегодняшний день установку усложнили настолько, что на ней можно отправлять сообщения в прошлое.

В 1999 году были опубликованы выводы эксперимента, исследующего временной парадокс, где нарушена причинно-следственная связь (то есть результат предшествует причине его получения). Эксперимент несёт концепцию Квантового ластика с отложенным выбором, и заключается в получении информации о фотоне ещё до того, как он определится в том, будет ли он волной или частицей. То есть мы получаем информацию о фотоне из будущего, что для самого фотона означает способность отправки информации о своём состоянии в прошлое. И это действительно впечатляюще.