Путешествие во времени как это сделать

Как сделать путешествие назад во времени физически возможным?

Мысль о том, что мы могли бы вернуться назад во времени, дабы изменить прошлое, стала одним из любимых приемов в фильмах, литературе и телесериалах. «Гарри Поттер», «Назад в будущее», «День Сурка» и многие другие фильмы обещали нам возможность сделать повторный выбор в своем прошлом. Для большинства людей такая возможность будет оставаться фантастической, потому что все законы физики указывают на то, что движение вперед во времени — это неизбежно и необходимо. В философии даже возник парадокс, подчеркивающий абсурдность такой возможности: если бы путешествия назад во времени были возможны, вы могли бы отправиться назад во времени и убить своего дедушку до того, как ваши родители вообще встретились, тем самым устранив возможность своего собственного существования. Долгое время считалось, что пути обратно нет. Но благодаря прелюбопытнейшим свойствам пространства и времени в общей теории относительности Эйнштейна, путешествие назад во времени может стать возможным, считает физик Итан Зигель.

Иллюстрация ранней Вселенной, состоящей из квантовой пены, в которой квантовые флуктуации проявляются на мельчайших масштабах. Положительные и отрицательные флуктуации энергии могут создавать крошечные квантовые червоточины

Начнем с физической идеи червоточины. В известной нам Вселенной в мельчайших масштабах на ткани пространства-времени проявляются крошечные квантовые флуктуации. Сюда входят энергетические флуктуации в положительных и отрицательных направлениях, зачастую происходящие очень близко друг к другу. Сильная, плотная, положительная флуктуация энергии может создавать определенным образом изогнутое пространство, а сильная, плотная, отрицательная флуктуация энергии будет искривлять пространство противоположным образом. Если соединить два этих региона кривизны, вы получите — ненадолго — квантовую червоточину. Если червоточины проживет достаточно долго, вы можете попробовать провести через нее частицу, так что она мгновенно исчезнет в одном месте пространства-времени и появится в другом.

Точный математический график лоренцевой червоточины. Если один конец червоточины построен из положительной массы/энергии, а другой из отрицательной массы/энергии, червоточина станет проходимой

Чтобы масштабировать все это, например, и позволить пройти через червоточину человеку, потребуется кое-что сделать. Хотя все известные частицы в нашей Вселенной обладают положительной энергией и либо положительной, либо нулевой массой, возможно существование частиц с отрицательной массой и энергией в рамках ОТО. Конечно, мы их пока не нашли, но если верить физикам-теоретикам, нет ничего, что исключало бы возможность их существования.

Если вещество с отрицательной массой и энергией существует, создание сверхмассивной черной дыры и ее аналога с отрицательной массой и энергией, а затем последующее их соединение позволит создать проходимую червоточину. Независимо от того, как далеко вы разводите два этих совмещенных объекта, если у них имеется достаточно массы и энергии — как положительных, так и отрицательных — мгновенная связь сохранится. Все это замечательно подходит для мгновенных путешествий через пространство. Но как насчет времени? И вот здесь-то в игру вступают законы специальной теории относительности.

Согласно закону специальной теории относительности, стационарные и движущиеся части стареют с разной скоростью

Если вы путешествуете близко к скорости света, вы испытываете явление, известное как замедление времени. Ваше движение в пространстве и движение во времени связаны скоростью света: чем быстрее вы движетесь через пространство, тем медленнее — через время. Представьте, что у вас есть пункт назначения в 40 световых годах отсюда, а вы можете двигаться с невероятной скоростью: свыше 99,9% скорости света. Если вы сядете в корабль, отправитесь к звезде почти на скорости света, затем остановитесь, развернетесь и вернетесь на Землю, обнаружится нечто странное.

Из-за замедления времени и сокращения длины, вы можете добраться до места назначения всего за год, а затем вернуться еще через год. Но на Земле пройдет 82 года. Все, кого вы знали, сильно постареют. Именно так с точки зрения физики возможны путешествия во времени: вы отправляетесь в будущее, и путешествие во времени будет зависеть только от вашего движения в пространстве.

Возможны ли путешествия во времени? Имея достаточно большую червоточину, например, созданную двумя сверхмассивными черными дырами (положительных и отрицательных масс и энергий), мы могли бы попытаться

Если же вы построите червоточину вроде той, что мы описали выше, история изменится. Представьте, что один конец червоточины будет недвижим, например, где-нибудь рядом с Землей, а другой будет путешествовать на скорости, близкой к световой. После года быстрого движения одного из концов червоточины, вы через нее проходите. Что происходит дальше?

Что ж, год будет для всех разным, особенно если все будут двигаться во времени и пространстве по-разному. Если мы говорим о тех же скоростях, что и раньше, «движущийся» конец червоточины постареет на 40 лет, но «спокойный» конец — всего на 1 год. Встаньте в релятивистский конец червоточины и попадете на Землю только через год после создания червоточины, а вы сами постареете на 40 лет.

Если 40 лет назад кто-то создал такую пару запутанных червоточин и отправил их в подобное путешествие, можно было бы шагнуть в одну из таких сегодня, в 2017 году, и отправиться в 1978 год. Единственная проблема заключается в том, что вы сами тоже не могли быть в этом месте в 1978 году; вам нужно было быть с одним из концов червоточины или же путешествовать через космос, чтобы догнать ее.

Варп-путешествие в представлении NASA. Если создать червоточину между двумя точками пространства, чтобы одна нора двигалась релятивистски относительно другой, проходящие через нее наблюдатели старели бы по-разному

И кстати, такая форма путешествия во времени также запрещает парадокс дедушки! Даже если бы червоточина была создана до того, как были зачаты ваши родители, вы никаким образом не могли бы появиться на другом конце червоточины достаточно рано, чтобы вернуться обратно во времени и найти своего дедушку до этого важнейшего момента. В лучшем случае вы могли бы взять своих новорожденных отца и мать на корабль, догнать другой конец червоточины, дать им повзрослеть, постареть, зачать вас и затем отправиться самостоятельно по червоточине обратно. Тогда вы встретите дедушку в расцвете сил, но технически это будет происходить уже в то время, когда родились ваши родители.

Вселенная дает волю самым необычным вещам. Особенно если отрицательная масса и энергия действительно существует во Вселенной и их можно контролировать. Но путешествие обратно во времени — это что-то совершенно из ряда вон выходящее. Из-за странностей как специальной, так и общей теории относительности путешествие во времени в прошлое может быть возможным не только в фантастике.

Источник

Путешествия во времени — что это и как работает

Мы перемещаемся во времени на постоянную величину в шестьдесят секунд каждую минуту. Но можно ли устремиться в далёкое будущее или повернуть время вспять и отправиться в прошлое? Реально ли перемещаться во времени?

Существующие законы физики не препятствуют этим перемещениям, однако, как путешествовать во времени, неизвестно до сих пор. Ученые предложили множество теоретических схем, чтобы осуществить перемещение из настоящего в прошлое или будущее и, возможно, когда-нибудь эти наработки воплотятся в жизнь.

Как замедлить время? Путешествие в будущее

Специальная Теория Относительности Альберта Эйнштейна отвечает на вопрос

Замедление времени — одно из главных следствий Специальной Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Это не просто теория, а явление, которое подтверждено экспериментально.

Были взяты атомные часы. Одни поместили на самолёт, а другие остались на Земле. По предсказаниям СТО, путешествующие на самолёте часы должны были отстать от находившихся на Земле, что подтвердилось. То есть движущиеся часы идут медленнее, чем находящиеся в состоянии покоя.

При приближении к скорости света время практически останавливается. Например, если космонавт окажется на борту космического корабля и разгонится до скорости, близкой к световой, то он состарится всего на секунду за год, который пройдёт на Земле, так как его биологические часы замедлятся.

Цезиевые часы HP 5061A Cesium Beam Frequency Standard, использованные в эксперименте, который подтвердил парадокс близнецов (эксперимент Хафеле — Китинга)

За год, проведённый космонавтом по его времени, на Земле пройдёт около 30 миллионов лет — это будет своеобразная «машина времени». Однако на данный момент у этого способа перемещения во времени есть проблемы:

• Пока что рекорд скорости аппарата, когда-либо созданного руками человека, принадлежит зонду NASA «Паркер» — 70000 м/с, однако сообщается, что его пиковая скорость — 190000 м/с.
• Никто не знает, как вернуться в своё время.

С СТО связан известный парадокс перемещения во времени — парадокс близнецов.

Один брат-близнец остаётся на Земле, а другой отправляется в космическое путешествие со скоростью, близкой к световой. С точки зрения брата, оставшегося дома, путешественник имеет замедленный ход времени, поэтому при возвращении он должен оказаться моложе. Но с точки зрения путешественника двигалась Земля, поэтому при возвращении моложе окажется брат, оставшийся дома.

Общая Теория Относительности Альберта Эйнштейна. Черные дыры

Теоретическое перемещение во времени возможно благодаря гравитационному замедлению времени — явлению Общей Теории Относительности.

Время замедляется при помещении тела в гравитационное поле.

Объекты с самым сильным гравитационным полем, известные на данный момент, — черные дыры.

Чёрная дыра — объект с сильным гравитационным полем, пределы которого не может покинуть даже свет.

Она состоит из двух компонентов:

• Горизонт событий — внешняя поверхность; если пересечь горизонт событий, то вернуться обратно будет невозможно.
• Сингулярность — центр, который невидим для стороннего наблюдателя.

С помощью мысленного эксперимента с чёрной дырой можно проследить относительность времени. Есть астронавт, пересекающий горизонт событий; пилот космического корабля, который повис вблизи горизонта, но не пересекает его; удалённый наблюдатель, смотрящий на это в телескоп.

Удалённому наблюдателю будет казаться, что астронавт будет падать на горизонт событий бесконечно долго. С точки зрения астронавта он быстро пересечёт горизонт и достигнет сингулярности в центре чёрной дыры. Его время замедляется только для удалённого наблюдателя. Аналогичное произойдёт со временем пилота.

Однако наибольший интерес вызывает сингулярность, находящаяся в центре чёрной дыры.

Сингулярность — точка с бесконечной плотностью, где нарушаются существующие законы физики, так что предсказать будущее становится невозможно.

По этой причине сингулярностью может оказаться что угодно. Например, есть версии, что сингулярность — это и есть портал в прошлое или червоточина.

Путешествие в прошлое. Кротовые норы

Червоточины (кротовые норы) — особые туннели в пространственно-временной структуре вселенной, позволяющие переместиться из одной точки пространства в другую, находящуюся на значительном расстоянии от первой.

Термин «червоточина» появился благодаря сравнению туннелей с ходами, которые проделывают черви, прогрызая яблоко. Дело в том, что расстояние от одного конца поверхности яблока до другого короче через червоточину, чем при передвижении по поверхности.

Идея путешествия во времени с помощью червоточин состоит в том, что один её конец располагается на Земле, а второй помещается на космический корабль, который на год отправляется в полёт на скорости, близкой к световой. Второй конец перемещается во времени на 30 миллионов лет, но благодаря замедлению стареет только на год, как и конец, оставшийся на Земле.

Простая кротовая нора в 2D

Самое главное, что оба этих конца сохраняют связь друг с другом. Получается, что человек, живущий 30 миллионов лет спустя, сможет отправиться в прошлое, то есть в наше настоящее, через червоточину.

Главная проблема кротовой норы. Гипотетическое устройство для перемещения — экзотическая материя

Сложность использования данного метода заключается в том, что уравнения Общей Теории Относительности указывают на существование неизвестного вида материи, с помощью которого можно создать и поддерживать открытой червоточину размером с человека.

Статья дает научный ответ на вопрос, безгранична ли Вселенная и как это доказать.

Этот вид материи назван экзотической материей. Давление такого вещества отрицательно, и энергия, связанная с этим видом давления, создаёт отрицательную или отталкивающую гравитацию, которая может поддерживать в открытом состоянии пространственно-временной туннель. Однако экзотическая материя добывается с большим трудом и в очень малых количествах, так что на данный момент этот способ путешествия во времени остаётся невозможным для реализации.

Состав Вселенной (данные аппарата Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)

Есть ещё один недостаток этого способа — невозможно переместиться во время, предшествующее созданию машины времени. Например:

Если вы вчера открыли червоточину, то не сможете понаблюдать сражения Отечественной войны 1812 года, убить Гитлера и даже отправиться в позавчерашний день.

По этой причине этот способ кажется не слишком привлекательным. С помощью него переместиться в прошлое сможет только человек, живущий спустя 30 миллионов лет. Однако, если найти червоточину, созданную миллионы лет назад естественным путём, то мечта увидеть динозавров окажется не такой невыполнимой. Зато этот путь откроет ещё большую проблему — временной парадокс.

Парадоксы путешествия во времени

Временной парадокс — мысленный эксперимент с путешествием во времени, при котором путешественник, посещая прошлое, совершает что-то, вызывающее причинно-следственные противоречия.

Самый известный временной парадокс — парадокс убитого дедушки. Если переместиться в прошлое и убить дедушку до того, как он встретит бабушку, не родится один из родителей, следовательно, и сам путешественник. А если он не родится, то не сможет отправиться в прошлое и убить дедушку, следовательно, он будет жив. Этот подход порождает две гипотезы:

• Гипотеза о защите линии времени: если подсыпать в блюдо яд, дедушка никогда его не съест. Если поднести к голове пистолет, при нажатии на спусковой крючок ничего не произойдёт.
• Множественная гипотеза вселенных: в результате убийства дедушки в прошлом, в настоящем создаётся временная шкала, в которой путешественник никогда не существовал. Таким образом возникает параллельная вселенная.

Наглядная иллюстрация парадокса убитого дедушки

Сейчас учёные продолжают исследовать вопрос путешествий во времени, чтобы дать на него ответ. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

• Джеймс Глик — «Путешествия во времени. История»
• Гарднер Мартин — «Путешествие во времени»
• Митио Каку — «Физика невозможного»
• Красников С. В. — «Некоторые вопросы причинности в ОТО: «машины времени» и «сверхсветовые перемещения»
• Стивен Хокинг — «Мир в ореховой скорлупке»
• Нил Деграсс Тайсон — «Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности»
• Баландин Р. — «Эйнштейн убивает время. Абсолютна ли теория относительности?»
• Альберт Эйнштейн — «Бог не играет в кости. Моя теория относительности»

Что посмотреть?

• «Путешествие во времени и теория относительности. Новые Тайны Вселенной» — Discovery
• «Машина времени» — BBC
• «Настоящий гений со Стивеном Хокингом: Возможно ли путешествие во времени?» — National Geographic
• «Космос: пространство и время» — National Geographic
• «Космос: персональное путешествие» — National Geographic
• «Интерстеллар» — режиссёр Кристофер Нолан

Путешествия во времени — FAQ

Это была информация о путешествиях во времени, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Чёрная дыра может возникнуть из любого объекта, если его достаточно сильно сжать. Радиус, до которого нужно сжать физическое тело, чтобы оно превратилось в сингулярность, называется радиусом Шварцшильда. Для Солнца радиус сферы Шварцшильда составляет примерно три километра, а для Земли — девять миллиметров. Физическое тело, радиус которого меньше его радиуса Шварцшильда, превращается в чёрную дыру.

Очень малое количество экзотической материи возникает при эффекте Казимира. Между двумя металлическими пластинами, помещёнными в миллиардных метра друг от друга, возникает сила притяжения, вызванная отрицательным давлением экзотической материи. Между пластинами возникает меньше волн, чем снаружи, что вызывает отрицательное давление. Количество появляющейся экзотической материи равняется 10-30 граммам. Чтобы поддерживать червоточину размером с человека, необходимо количество вещества, практически равное массе Юпитера.

Роджер Пенроуз назвал это явление гипотезой космической цензуры. Сингулярности, образующиеся вследствие гравитационного коллапса, появляются в таких местах, как чёрные дыры, где они надёжно скрыты от постороннего наблюдателя.

Квантовая механика, как и другие разделы теоретической физики, не отрицает перемещение во времени. Однако здесь всё зависит от интерпретации. Есть две наиболее известные интерпретации квантовой механики:

Копенгагенская (квантовые сущности описываются волновой функцией, но при их взаимодействии с окружением волновая функция коллапсирует к конкретным значениям величин). Если рассматривать путешествия во времени с точки зрения копенгагенской интерпретации, то придётся столкнуться с множеством парадоксов.

Многомировая (каждая квантовая вероятность влечёт за собой возникновение отдельной вселенной, где происходит тот или иной исход). Если рассматривать с точки зрения многомировой интерпретации — то парадоксы будут устранены, так как, путешествуя назад во времени, вы попадаете в прошлое другой вселенной, а не той, из которой пришли.

Квантовая телепортация — копирование состояния частиц без передачи энергии и вещества. Если одновременно образовать две частицы, то они окажутся связаны друг с другом. Если запустить их в разные концы вселенной и через некоторое время изменить состояние одной частицы, то изменится и другая. Это явление будет полезно при путешествии во времени.

Точного ответа нет. Однако Стивен Хокинг выдвинул гипотезу защиты хронологии — механизм, который препятствует перемещениям во времени. Машина времени либо разрушается в процессе создания, либо погибают все те, кто пытается ею воспользоваться.

Напоследок рекомендуем посмотреть научно-популярный фильм «Время с Алексеем Семихатовым», повествующий о природе времени и его противоречивости.

Источник